Новые поршневые компрессоры «Octagon». Часть 1. Сравнение поршневых, винтовых и спиральных холодильных компрессоров
- Выпуск: Том 93, № 3 (2004)
- Страницы: 24-26
- Раздел: Статьи
- URL: https://freezetech.ru/0023-124X/article/view/101144
- DOI: https://doi.org/10.17816/RF101144
- ID: 101144
Цитировать
Полный текст
Аннотация
На рынке компрессоров малой объемной производительности для холодильной техники и установок кондиционирования воздуха наметилась тенденция использования ротационных компрессоров, в то время как в низкотемпературной холодильной технике, как и прежде, предпочтение отдается поршневым компрессорам. Возрастающие требования к энергетической эффективности, простоте в эксплуатации, использованию новых экологически безопасных хладагентов обостряют конкуренцию в этом секторе рынка. В настоящей статье на примере полугерметичных поршневых компрессоров новых серий «Octagon» мы хотели бы показать, как с помощью простых технических решений можно создавать продукцию, соответствующую повышенным требованиям современного рынка. Прежде всего рассмотрим некоторые принципиальные отличия поршневых компрессоров от спиральных и винтовых.
Ключевые слова
Полный текст
Поршневые компрессоры
Изменение давления в таких компрессорах происходит при возвратно-поступательном движении поршня в цилиндрической камере сжатия. Индикаторные диаграммы компрессора при работе в режимах охлаждения и замораживания представлены на рис. 1
Рис. 1. Индикаторные диаграммы поршневого компрессора
Отчетливо видно, что при более высокой степени сжатия коэффициент подачи падает, причем главным образом из-за увеличения влияния процесса обратного расширения.
При обратном расширении работа передается на коленчатый вал (заштрихованная область), происходит охлаждение газа и изоэнтропический КПД компрессора уменьшается, но не так сильно, как коэффициент подачи. Это свойство характерно только для поршневых компрессоров.
На практике описанные особенности работы поршневых компрессоров приводят к тому, что объемная производительность при глубоком охлаждении заметно падает, что влияет на выбор рабочего объема. Тот же эффект может наблюдаться в случаях привода компрессора от двигателя с изменяемой частотой вращения. При увеличении частоты вращения степень сжатия повышается и коэффициент подачи уменьшается (рис. 2).
Рис. 2. Изменение раоочего процесса (поршневой компрессор) при изменении чистоты вращения
В компрессорах автомобильных кондиционеров, приводимых от двигателя внутреннего сгорания, этот эффект может быть полезно использован. При увеличении частоты вращения обеспечивается желаемое сокращение холодопроизводительности. Поэтому в автобусных установках кондиционирования воздуха часто отказываются от каких-либо специальных систем регулирования производительности.
Если эффект уменьшения производительности нежелателен (например, в морозильных установках), то следует переходить на двухступенчатый поршневой компрессор (рис. 3).
Рис. 3. Рабочий процесс при двухступенчатом сжатии в поршневом компрессоре
Спиральные компрессоры
В традиционной конструкции спиральных компрессоров, используемых на сегодняшний день в технике кондиционирования, подвижный спиральный элемент выполняет орбитальное движение. За один оборот подвижной спирали компрессора производятся впуск порции всасываемого газа, его сжатие и выталкивание нагнетаемого газа.
В спиральных компрессорах нет нагнетательных клапанов, т. е. газ сжимается до заложенной при проектировании степени сжатия. Другая особенность спирального компрессора заключается в уменьшении объема камеры сжатия снаружи к центру и наличии радиального отверстия для нагнетания в самой маленькой центральной камере. Это также ограничивает эффективность рабочего нагнетательного клапана, имеющегося в некоторых низкотемпературных компрессорах.
Рис. 4. Характеристика изменения давлений в спиральном компрессоре: а — для систем кондиционирования воздуха (+7,2/54,4°С); б — для установок нормального охлаждения
На рис. 4, а представлена индикаторная диаграмма давления в спиральных компрессорах для систем кондиционирования воздуха, на рис. 4, б - для нормального охлаждения.
В случае применения в системах кондиционирования воздуха, где, как известно, отношения давлений низкие, спиральный компрессор может продемонстрировать свои преимущества: отсутствие потерь в клапанах; высокий КПД при небольшой тепловой и механической нагрузке из-за низкого трения, что связано с низкой относительной скоростью; малые внутренние перетечки (благодаря относительно небольшой разности давлений).
В таком же компрессоре при более высокой степени сжатия (см. рис. 4, б) величина работы сжатия увеличивается в конце этого процесса из-за обратного расширения в направлении, противоположном направлению вращения.
Это повышает тепловую нагрузку и увеличивает внутренние перетечки, что определяет снижение КПД. Равномерность сжатия в спиральном компрессоре для нормального охлаждения значительно меньше, чем в компрессоре, работающем в системах кондиционирования воздуха, что может привести к повышенным пульсациям газа. В этом состоит принципиальный недостаток спиральных компрессоров по сравнению с поршневыми, который усугубляется с ростом степени сжатия.
Рис. 5. Сравнительная характеристика поршневого компрессора серии Octagon (4CC-6.2Y) и спиральных компрессоров (ESL): а — коэффициент подачи; б — изознтропный КПД
Сравнивая поршневые и спиральные компрессоры, можно отметить, что коэффициент подачи спиральных компрессоров выше, чем у поршневых, при любой степени сжатия (рис. 5, а).
Несмотря на это, изоэнтропический КПД двух разных по эффективности спиральных компрессоров в любом случае ниже изоэнтропического КПД поршневых компрессоров при степени сжатия, превышающей степень сжатия компрессоров, применяемых в кондиционировании воздуха (рис. 5, б).
Винтовые компрессоры
Винтовой компрессор по различным причинам иногда предпочтительнее для применения в холодильной технике, чем спиральный. Правда, речь идет о винтовых компрессорах, традиционно охлаждаемых маслом. Кроме того, в винтовых компрессорах большой объемной производительности можно «искусственно подпитать» процесс сжатия посредством ЭКОНОМАЙЗЕРНОГО РЕЖИМА (рис. 6).
Рис. 6. Диаграмма изменения давления при работе винтового компрессора с экономайзером и без него
В спиральных компрессорах реализовать это гораздо труднее, так как в них сечения каналов недостаточны для подвода газа. Возможность установки порта экономайзера ограничена толщиной стенок спиралей. Кроме того, затраты на подключение экономайзера к спиральным компрессорам относительно более высоки. Поэтому в спиральных компрессорах часто используют неэкономичный впрыск жидкости, который в действительности лишь предотвращает тепловую перегрузку компрессора, не влияя на увеличение давления.
Винтовые и спиральные компрессоры рекомендуется применять при малых степенях сжатия (среднетемпературное охлаждение и кондиционирование воздуха), где они могут быть особенно эффективны. Но в отличие от спиральных винтовые компрессоры с масляным охлаждением и экономайзером при больших рабочих объемах являются наиболее интересным и перспективным решением для использования в холодильной технике.
(Продолжение следует)
Список литературы
Дополнительные файлы
