Спиральные компрессоры: технология и область применения
Безмасляный сжатый воздух широко применяется в сферах, где чистота воздуха очень важна. Но привычный способ очистки с помощью фильтров не позволял добиться нужного качества. Это стало толчком к появлению технологии, которая полностью исключает использование масла.
Немного истории
Впервые данную конструкцию разработал и запатентовал французский инженер Леон Круа в 1905 году. Но как это обычно бывает, технологии того времени не позволили воплотить данную разработку в жизнь, так как требовалась высокая точность изготовления элементов конструкции. Поэтому проект ушёл на полку, ждать технологического прогресса. Как бы это парадоксально не звучало…
Первые образцы удалось создать лишь во второй половине XX-ого века. А уже во второй половине 1980-х годов начали использоваться в холодильной технике и в системах управления климатом в помещениях, то есть сжимал не воздух, а пока только хладагент.
Зачем они нужны?
Как уже говорили выше, изначально компрессоры спирального типа использовались только в холодильниках и кондиционерах, но в процессе эксплуатации выяснилось, что они обладают высоким КПД и давлением по сравнению с аналогами того времени. К тому же не требовалось никакого масла, а отсутствие трущихся деталей значительно увеличивало их надёжность. И тогда в таком типе оборудования увидели большой потенциал для промышленного использования.
Потребность в безмасляном сжатом воздухе в этот период времени давно уже была актуальна. Безмасляные компрессоры используются в стоматологии и медицине, где сжатый воздух может использоваться при лечении или оперировании людей. Также активно используются безмасляный сжатый воздух в пищевой, химической или фармакологической промышленностях, где возможен его контакт с продуктом и попадание масла является недопустимым.
Чтобы получить сжатый воздух не содержащий масла, предпринимались различные попытки с использованием имеющихся средств. Но все они не давали того же соотношения цены и качества, которое могли бы дать спиральные машины.
Принципиальные различия
Основным и, по сути, главным отличием спиральных компрессоров от поршневых и винтовых (будем брать их для сравнения, как основные виды оборудования) является отсутствие масла в системе. Это обусловлено несколькими факторами.
Во-первых, изначальное проектирование их как безмасляных. Как мы уже писали выше, такая потребность у промышленности была и требовала решения. Поэтому сама идея создания и её последующее воплощение предполагали полное исключение масла из процесса и получение чистого технического безмасляного воздуха.
Во-вторых, точность исполнения конструктивных элементов. С появлением возможности высокоточного изготовления деталей, стало возможным минимизировать зазоры между деталями, исключая их соприкосновение. Поршневое и винтовое безмасляное оборудование, наоборот, спроектировано изначально как масляное. Элементы в них соприкасаются, так как подразумевается, что между ними должна быть масляная плёнка. По факту, безмасляные поршневики и винтовики лишь частично безмасляные, так как имеется в виду рабочая зона сжатия воздуха. И это, к сожалению, не даёт 100% гарантии отсутствия частиц масла в воздухе, потому как оно используется для смазки вспомогательных рабочих элементов.
Спиральные компрессор требует лишь установки фильтров на поступающий воздух из окружающей среды. Да, поршневые и винтовые, возможно, менее требовательны к этому показателю. Но отсутствие фильтрации входящего воздуха позитивно на них тоже не скажется.
Разберём технологию более детально
Основным элементом компрессора спирального типа является спиральный блок, который и составляет основную стоимость. Данный блок в свою очередь состоит из двух эвольвентных (архимедовых) спиралей – одна из которых статичная, а другая подвижная. Частота движения подвижной спирали может достигать десятков тысяч циклов в минуту.
Во время работы спирального блока между спиралями образуются полости с воздухом, в которых с движением от периферии к центру воздух от атмосферного давления постепенно сжимается до максимального значения. Благодаря такому принципу и конструкции самого блока, отсутствует большая разница давлений между полостями воздуха и снижаются радиальные (между спиралями) и тангенциальные (между спиралями и корпусом) перетечки сжимаемого воздуха. Как следствие, мы имеем высокий КПД спирального компрессора и экономию электроэнергии.
Особенности и недостатки
О преимуществах уже поговорили, теперь обсудим и недостатки.
В спиральных установках происходит сухое сжатие, из-за чего мы получаем безмасляный воздух высокого качества – это неоспоримое преимущество данного типа компрессоров. Но масло в масляных компрессорах помимо функции смазки трущихся деталей выполняет ещё одну немаловажную функцию – отведение тепла. А в спиральных компрессорах, увы, эффективно отводить выделяемое при работе тепло не получается. Поэтому температура сжатого воздуха на выходе может достигать 200°С. В спиральном оборудовании, конечно же, предусмотрена система охлаждения, но она служит для предотвращения перегревов и поддержания бесперебойной работы оборудования.
Ещё одним нюансом спиральных установок является ограничение по давлению – 10 бар. Это связано с несколькими факторами. Во-первых, температурного режим, в котором работает спиральный компрессор. Для увеличения степени сжатия требуется и более эффективное отведение тепла. Во-вторых, давайте вспомним с какой частотой вращается подвижная спираль – десятки, а то и несколько десятков тысяч циклов в минуту. Это приводит подшипники и остальные элементы к работе в экстремальных условиях. А повышение скорости вращения, усилит эту нагрузку ещё во много раз.
Безусловно, решить данную проблему можно установкой дополнительного охлаждения и более выносливых деталей, но это очень сильно скажется на цене. И тогда уже будет сложно конкурировать с аналогами.
Итог
Спиральный компрессор обладает со своими особенностями и нюансами, но прекрасно справляется со своей задачей – получение безмасляного сжатого воздуха. Несмотря на высокую стоимость данный вид технического оборудования широко применяется в различных сферах. Низкий уровень шума и отсутствие вибраций при работе накладывает значительно меньше ограничений при установке. Сюда же можно добавить простой монтаж, небольшую массу и габариты. Простая конструкция – в спиральных компрессорах банально меньше деталей, чем в других типах компрессоров. Это сказывается как на надёжности, так и на стоимости обслуживания.
Технология, по которой работают спиральные компрессоры, ещё относительно нова, так как их массовое производство для промышленных целей началось на начало 21-ого века, что относительно недавно. Поэтому можно сказать, что у спиральных компрессоров впереди большое будущее, если конечно не случится новый технологический «бум»…