Устройство и принцип работы
Основной рабочий орган, как следует из названия класса агрегатов — архимедова спираль. В компрессоре их две. Одна статическая и неподвижна, может выполняться на элементах корпуса, если речь идет об устройстве с внешним приводом. Вторая спираль вращается на валу. Принцип работы агрегата следующий:
- во время вращения рабочей спирали между ее концом и стенками стационарного элемента отсутствует зазор;
- в процессе оборачивания образуется зона сжатия, по мере поступления к центру спирали воздух сжимается;
- сжатое рабочее тело выбрасывается в выходной тракт.
Такой процесс работы считается одним циклом спирального компрессора. Он повторяется многократно, так как число оборотов на валу привода может достигать тысяч в минуту. Процесс сжатия стабилен, у него нет резких бросков давления в пределах одного цикла, как это происходит в поршневых компрессорах.
Данная схема функционирования реализуется путем смещения осей спиралей, рабочей и неподвижной. Это называется эксцентриковым расстоянием.
Основное внимание производителей спиральных компрессоров приковано к профилированию спиралей, снижению перетечек, повышению срока службы элементов компрессора. Но есть и более специфические наработки.
Так, для расширения температурных границ работы спиральных компрессоров была предложена технология Enhanced Vapor Injection (EVI). Суть ее заключается в подаче дополнительного потока хладагента в виде перегретого пара в процессе сжатия. Для этого часть жидкости после конденсатора направляют в небольшой теплообменник, где она выкипает и поступает обратно в компрессор.
В свою очередь, спиральные компрессоры помимо отверстий для подачи и нагнетания хладагента оснащаются портом для впрыскивания дополнительного объема хладагента. В спиральных компрессорах газ движется от наружных витков спиралей к внутренним. Впрыскивание дополнительного объема хладагента производится на середине этого пути.
В спиральных компрессорах новых кондиционеров компании Daikin проработан вопрос снижения перетечек хладагента из зоны с высоким давлением в зону с более низким давлением. Чтобы избежать таких перетечек, подвижная и неподвижная спирали должны быть плотно прижаты друг к другу.
Эффективность компрессоров может быть повышена и косвенным путем — за счет изменения режима работы других элементов холодильного контура. Примером такого решения может служить технология EMS, применяющаяся в кондиционерах компании Midea.
В Midea изучили, при какой производительности компрессор наиболее эффективен. Выяснилось, что пик коэффициента полезного действия соответствует 50—80%-ной загрузке. Следовательно, нужно сделать так, чтобы компрессор максимально долго работал именно с такой загрузкой.
Есть несколько технологических показателей, по которым спиральные нагнетатели обходят конкурентов. В обывательской формулировке можно описать их преимущества достаточно просто.
- Спиральные компрессоры показывают коэффициент подачи на 20-30% выше, чем у поршневых установок.
- При высоких температурах (более +10 градусов) у них на 10-15% выше КПД.
- Спиральные компрессоры очень тихие, не вносят примеси в воздух, формируют стабильный поток без заметного биения пара.