Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ауа компрессоры
Air compressor
Спиральды компрессор (сонымен қатар спиральды компрессор, спиральды сорғы және спиральды вакуумдық сорғы деп те аталады) – ауа немесе тоңазытқыш затты қысуға арналған құрылғы. Ол кондиционерлік жабдықтарда, автомобильдің турбокомпрессоры ретінде (онда спиральды типті турбокомпрессор деп белгілі) және вакуумдық сорғы ретінде қолданылады. Көптеген тұрғын үйлердегі орталық жылу сорғылары мен кондиционерлік жүйелер, сондай-ақ кейбір автомобильдердегі кондиционерлер дәстүрлі роторлық, поршеньдік және лопастьты компрессорлардың орнына спиральды компрессорды қолданады. Кері жұмыс істейтін спиральды компрессор спиральды кеңейткіш болып табылады және механикалық жұмыс атқара алады.
A scroll compressor (also called spiral compressor, scroll pump and scroll vacuum pump) is a device for compressing air or refrigerant. It is used in air conditioning equipment, as an automobile supercharger (where it is known as a scroll type supercharger) and as a vacuum pump. Many residential central heat pump and air conditioning systems and a few automotive air conditioning systems employ a scroll compressor instead of the more traditional rotary, reciprocating, and wobble plate compressors. A scroll compressor operating in reverse is a scroll expander, and can generate mechanical work.
Тарих
Леон Крю 1905 жылы Франция мен АҚШ-та (патент нөмірі 801182) алғашқы орамалы компрессорды патенттеді. Крю компрессорды айналмалы бу машинасы тұжырымы ретінде ойлап тапты, бірақ сол кездегі металл құю технологиясы жұмыс істейтін үлгі жасау үшін жеткілікті деңгейде дамымаған еді, себебі орамалы компрессор тиімді жұмыс істеуі үшін өте жоғары дәлдік талап етеді. 1905 жылғы патентте Крю бір осьтегі белгілі радиусты кривошиппен қоздырылатын, бір-бірімен айналатын немесе кері айналатын бу экспандерін сипаттайды. Дегенмен, орамалы кеңейтуші қозғалтқыш 1975 жылы Нильс Янгтың жұмысына дейін орамалы жұмыстың тиімділігіне жетуге кедергі келтіретін радиалды икемділіктің өңдеу қиындықтарын жеңе алмады. Алғашқы практикалық орамалы компрессорлар Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін ғана, жоғары дәлдікті машина құралдары оларды жасауға мүмкіндік бергеннен кейін нарыққа шықты. 1981 жылы Sanden автомобиль кондиционерлері үшін алғашқы коммерциялық орамалы компрессорларды өндіруді бастады.
Léon Creux first patented a scroll compressor in 1905 in France and the US (Patent number 801182). Creux invented the compressor as a rotary steam engine concept, but the metal casting technology of the period was not sufficiently advanced to construct a working prototype, since a scroll compressor demands very tight tolerances to function effectively. In the 1905 patent, Creux defines a co orbiting or spinning reversible steam expander driven by a fixed radius crank on a single shaft. However, the scroll expander engine could not overcome the machining hurdles of radial compliance inherent to achieving efficiency in scroll operation that would not be adequately addressed until the works of Niels Young in 1975. The first practical scroll compressors did not appear on the market until after World War II, when higher precision machine tools enabled their construction. In 1981, Sanden began manufacturing the first commercially available scroll compressors for automobile air conditioners.
Дизайн
Қаптамалы компрессор сұйықтықтар мен газдар сияқты ағындарды сору, сығу немесе қысымға келтіру үшін екі бірімен келісіп орналасқан қаптаманы пайдаланады. Қаптама геометриясы инволюта, Архимед спиралі немесе гибридтік қисықтар түрінде болуы мүмкін. Көбінесе қаптамалардың біреуі бекітілген, ал екіншісі айналмай, эксцентрлі түрде қозғалады, осылайша қаптамалар арасындағы ағын қалталарын тұтқындап, сорып немесе сығып шығарады. Эксцентрлі вал орбиталық қозғалысты қамтамасыз ете алады, бірақ қаптаманың айналуына жол бермеу керек, әдетте Олдхэм типті байланыс, қосымша эксцентрлі бос валдар немесе балға тәрізді буын (әсіресе жоғары тазалық талаптары бар қолдануларда) қолданылады. Сығу қозғалысын жасаудың тағы бір тәсілі – қаптамаларды синхронды қозғалыспен, бірақ айналу орталықтары өзгеше болатындай етіп айналдыру. Салыстырмалы қозғалыс, біреуі орбитада айналғанмен бірдей болады. Остік саңылаулардан ағып кетуді болдырмау үшін спираль тәрізді ұштық тығыздағыштар қолданылады, олар екі спиральдің ұштарындағы ойыстарға орналастырылады. Бұл ұштық тығыздағыштар да үйкелісті азайтуға көмектеседі және тозған кезде ауыстырылуы мүмкін. Кейбір компрессорлар екі қаптаманы бірге итеру үшін қысыммен шығарылатын газдарды пайдаланады, бұл ұштық тығыздағыштардың қажеттілігін жояды және пайдалану келемінде тығыздауды жақсартады; мұндай компрессорлар тозудың орнына «ішке сіңіп» тозады делінеді, бірақ Олдхэм сақинасы сияқты басқа бөліктер де тозуы мүмкін. Тағы бір нұсқасы – иілгіш (жазық) түтіктерді пайдалану, онда Архимед спиралі перистальтикалық сорғы ретінде әрекет етеді, ол тіс пастасының түтігі сияқты принциппен жұмыс істейді. Олар сорғы түтігінің сыртқы бетінің тозуын болдырмау және жылуды таратуға көмектесу үшін майлау материалдарымен толтырылған корпустарға ие және көбінесе «шлангтар» деп аталатын күшейтілген түтіктерді қолданады. Бұл сорғы класы көбінесе «шлангты сорғы» деп аталады.
A scroll compressor uses two interleaving scrolls to pump, compress or pressurize fluids such as liquids and gases. The vane geometry may be involute, Archimedean spiral, or hybrid curves. Often, one of the scrolls is fixed, while the other orbits eccentrically without rotating, thereby trapping and pumping or compressing pockets of fluid between the scrolls. An eccentric shaft can provide the orbital motion but the scroll must be prevented from rotating, typically with an Oldham type coupling, additional eccentric idler shafts, or a bellows joint (particularly for high purity applications). Another method for producing the compression motion is co rotating the scrolls, in synchronous motion, but with offset centers of rotation. The relative motion is the same as if one were orbiting. Leaks from axial gaps are prevented by the use of spiral shaped tip seals, placed into grooves on the tips of both spirals. These tip seals also help lower the friction and can be replaced when worn down. Some compressors use the pressurized discharge gas to push both scrolls together, eliminating the need for tip seals and improving sealing with use; these compressors are said to wear in instead of wear out, but other parts such as the Oldham ring can still wear out. Another variation is with flexible (layflat) tubing where the archimedean spiral acts as a peristaltic pump, which operates on much the same principle as a toothpaste tube. They have casings filled with lubricant to prevent abrasion of the exterior of the pump tube and to aid in the dissipation of heat, and use reinforced tubes, often called 'hoses'. This class of pump is often called a 'hose pumper'.
Басқа сорғылармен инженерлік салыстыру
Бұл құрылғылар кейбір қолданбаларда дәстүрлі компрессорлардан гөрі жақсырақ, тыныш және сенімді жұмыс істейтінімен белгілі.
These devices are known for operating more smoothly, quietly, and reliably than conventional compressors in some applications.
Ойналу және импульс ағыны
Сығу процесі коленвалдың шамамен 2-2½ айналымында жүзеге асады, бұл бұрылмалы компрессорлар үшін бір айналымға, ал поршеньді компрессорлар үшін жарты айналымға қарағанда көп. Оралымды сору және шығару процестері толық айналым бойына созылады, поршеньді компрессорлардағы сору процесі жарты айналымнан кем, ал шығару процесі төрттен бір айналымнан кемді құрайды. Поршеньді компрессорларда әдетте екіден алтыға дейін цилиндрлер болады, ал оралымды компрессорларда тек бір сығу элементі бар. Поршеньді компрессорлардағы көп цилиндрлердің болуы сору және шығару пульсацияларын азайтады. Сондықтан, кейбір оралымды компрессор жеткізушілерінің жиі айтатындай, оралымды компрессорлардың пульсация деңгейі поршеньді компрессорларға қарағанда төмен дейтінін нақты айту қиын. Тұрақты ағын газ пульсациясын, шуды және қосылған құбырлардың дірілдеуін азайтады, бірақ компрессордың жұмыс тиімділігіне ешқандай әсер етпейді.
The compression process occurs over approximately 2 to 2½ rotations of the crankshaft, compared to one rotation for rotary compressors, and one half rotation for reciprocating compressors. The scroll discharge and suction processes occur for a full rotation, compared to less than a half rotation for the reciprocating suction process, and less than a quarter rotation for the reciprocating discharge process. Reciprocating compressors have multiple cylinders (typically, anywhere from two to six), while scroll compressors only have one compression element. The presence of multiple cylinders in reciprocating compressors reduces suction and discharge pulsations. Therefore, it is difficult to state whether scroll compressors have lower pulsation levels than reciprocating compressors as has often been claimed by some suppliers of scroll compressors. The more steady flow yields lower gas pulsations, lower sound and lower vibration of attached piping, while having no influence on the compressor operating efficiency.
Клапандар
Скрулл компрессорларында ешқашан сору клапаны болмайды, бірақ қолданылуына байланысты босату клапаны болуы немесе болмауы мүмкін. Динамикалық босату клапанының қолданылуы жоғары қысым қатынасы бар қолданыстарда, әсіресе тоңазытқыштарда жиі кездеседі. Әдетте, кондиционердегі скрулл компрессорларында динамикалық босату клапаны болмайды. Динамикалық босату клапанының қолданылуы компрессордың жұмыс қысымының қатынасы компрессордың конструкциялық қысым қатынасынан әлдеқайда жоғары болғанда, жұмыс жағдайларының кең диапазонында скрулл компрессордың тиімділігін арттырады. Егер компрессор белгілі бір жұмыс нүктесінің жанында жұмыс істеуге есептелген болса, онда динамикалық босату клапаны болмаған жағдайда скрулл компрессор осы нүктеде тиімділігін арттыра алады (өйткені босату клапанының болуымен байланысты қосымша босату ағынының жоғалтылуы болады, сондай-ақ босату клапаны болғанда босату порттары кішірек болады).
Scroll compressors never have a suction valve, but depending on the application may or may not have a discharge valve. The use of a dynamic discharge valve is more prominent in high pressure ratio applications, typical of refrigeration. Typically, an air conditioning scroll does not have a dynamic discharge valve. The use of a dynamic discharge valve improves scroll compressor efficiency over a wide range of operating conditions, when the operating pressure ratio is well above the built in pressure ratio of the compressors. If the compressor is designed to operate near a single operating point, then the scroll compressor can actually gain efficiency around this point if there is no dynamic discharge valve present (since there are additional discharge flow losses associated with the presence of the discharge valve as well as discharge ports tend to be smaller when the discharge is present).
Тиімділік
Скрулл компрессорларының изентропиялық тиімділігі, компрессор бір таңдалған жұмыс нүктесіне жақын жұмыс істеуге есептелген кезде, әдеттегі поршеньді компрессордан сәл жоғары болады. Бұл жағдайда спиральді компрессорлар тиімдірек, себебі оларда қосымша құлдырауға себеп болатын динамикалық шығару клапаны жоқ. Дегенмен, шығару клапаны жоқ спиральді компрессордың тиімділігі, жоғары қысым қатынасы кезінде поршеньді компрессормен салыстырғанда төмендеуі мүмкін. Бұл, динамикалық шығару клапаны жоқ оң сығулы компрессорларда жоғары қысым қатынасы кезінде туындайтын жеткіліксіз сығу салдарынан болады. Спиральді сығу процесі тұтқынға алынған сұйықтықты соруда шамамен 100% көлемдік тиімділікке ие. Сору процесі ішкі сығу және шығару процестерінен бөлек, өзіндік көлемді құрайды. Керісінше, поршеньді компрессорлар цилиндрде аз мөлшерде сығылған газ қалдырады, себебі поршеньнің басқа немесе клапан тақтасына тікелей жанасуы мүмкін емес. Алдыңғы циклден қалған газ сору газына арналған кеңістікті иеленеді. Сыйымдылықтың төмендеуі (яғни көлемдік тиімділік) сору және шығару қысымдарына байланысты, шығару қысымының сору қысымына қатынасы жоғары болғанда одан да көп төмендеулер байқалады.
The isentropic efficiency of scroll compressors is slightly higher than that of a typical reciprocating compressor when the compressor is designed to operate near one selected rating point. The scroll compressors are more efficient in this case because they do not have a dynamic discharge valve that introduces additional throttling losses. However, the efficiency of a scroll compressor that does not have a discharge valve begins to decrease as compared to the reciprocating compressor at higher pressure ratio operation. This is a result of under compression losses that occur at high pressure ratio operation of the positive displacement compressors that do not have a dynamic discharge valve. The scroll compression process is nearly 100% volumetrically efficient in pumping the trapped fluid. The suction process creates its own volume, separate from the compression and discharge processes further inside. By comparison, reciprocating compressors leave a small amount of compressed gas in the cylinder, because it is not practical for the piston to touch the head or valve plate. That remnant gas from the last cycle then occupies space intended for suction gas. The reduction in capacity (i. e. volumetric efficiency) depends on the suction and discharge pressures with greater reductions occurring at higher ratios of discharge to suction pressures.
Өлшемі
Скрулл компрессорлары тығыз және жұмысы тегіс болып келеді, сондықтан серіппелі ілгеш қажет етпейді. Бұл оларға өте кішкентай корпус жасауға мүмкіндік береді, бұл жалпы құнды төмендетіп, сонымен қатар бос көлемді кішірейтеді.
Scroll compressors tend to be very compact and smooth running and so do not require spring suspension. This allows them to have very small shell enclosures which reduces overall cost but also results in smaller free volume.
Сенімділік
Роликті компрессорларда поршеньді компрессорларға қарағанда аз қозғалмалы бөлшектер болады, бұл теориялық тұрғыдан сенімділігін арттыруға тиіс. Копленд спиральді компрессорларын өндіретін Emerson Climate Technologies компаниясы мәліметінше, спиральді компрессорларда дәстүрлі поршеньді компрессорларға қарағанда 70 пайызға аз қозғалатын бөлшектер бар. Кем дегенде бір өндіруші жүргізген сынақтар спиральді компрессордың конструкциясы поршеньді компрессорларға қарағанда жұмыс істеу кезінде жақсы сенімділік пен тиімділік көрсеткенін анықтады.
Scroll compressors have fewer moving parts than reciprocating compressors which, theoretically, should improve reliability. According to Emerson Climate Technologies, manufacturer of Copeland scroll compressors, scroll compressors have 70 percent fewer moving parts than conventional reciprocating compressors. At least one manufacturer found through testing that the scroll compressor design delivered better reliability and efficiency in operation than reciprocating compressors.
Скролл кеңейтуі
Скрулл экспандері – негізінен төмен қысымды жылуды қайтару қолданылатын жұмыс жасайтын құрылғы. Ол негізінен кері жұмыс істейтін орамалы компрессор болып табылады; жоғары энтальпиялы жұмыс сұйықтығы немесе газ компрессордың шығару бөлігіне кіріп, эксцентрикалық ораманы айналдырып, содан кейін компрессордің кіреберісінен шығады. Орамалы компрессорды скрулл экспандеріне түрлендіру үшін қажетті негізгі өзгеріс – компрессордың шығаруындағы кері клапанды алып тастау.
The scroll expander is a work producing device used mostly in low pressure heat recovery applications. It is essentially a scroll compressor working in reverse; high enthalpy working fluid or gas enters the discharge side of the compressor and rotates the eccentric scroll before discharging from the compressor inlet. The basic modification required to convert the scroll compressor to a scroll expander is to remove the non return valve from the compressor discharge.