Tagi wpisu: Rodzaje sprężarek

Sprężarka to podstawowy element obiegu chłodniczego (zobacz „KOMPONENTY OBIEGU CZYNNIKA CHŁODNICZEGO”). Powoduje ona cyrkulację czynnika chłodniczego w obiegu, zasysając go jako gaz z parownika i sprężając i wtłaczając pod ciśnieniem do skraplacza.

Nie wszystkie zastosowania klimatyzacyjne i chłodnicze mają takie same wymagania pod względem wydajności, hałasu, efektywności i zakresu pracy, dlatego istnieją różne rodzaje sprężarek:

Sprężarki tłokowe

Sprężarki tłokowe, dzielące się na hermetyczne, półhermetyczne i otwarte, stosowane są przede wszystkim w układach z bardzo wysokimi wymaganiami wydajności. W przeszłości były też stosowane w układach o małej wydajności ze względu na ich niską cenę, jednak zostały w tym przypadku zastąpione przez sprężarki rotacyjne.

Ten typ sprężarek stosuje system sprężania objętościowego z wykorzystaniem tłoków i działa bardzo podobnie do silnika spalinowego. Tłoki poruszają się w górę i w dół wewnątrz cylindrów, wytwarzając ssanie i sprężanie gazu chłodniczego. Każdy cylinder ma zawór ssący gazu chłodniczego i zawór upustowy by przekazywać gaz do skraplacza po jego sprężeniu. Oczywiście w tym przypadku nie zachodzi spalanie jak w przypadku silników spalinowych. Ogólnie rzecz biorąc są to głośne sprężarki i wytwarzają spore wibracje odczuwane na całej długości obiegu.

Jednak ich budowa jest dość prosta i ugruntowana co czyniło je w przeszłości najlepszym wyborem dla niedrogich i nisko wydajnych zastosowań domowych czy komercyjnych. W tym przypadku zostały teraz zastąpione przez sprężarki rotacyjne, oferujące lepsze działanie i niższe koszty. Mogą one jednak osiągać wysoką wydajność i dla zastosowań wymagających więcej niż 1 megawat są obecnie jedynym dostępnym rozwiązaniem.

Sprężarki tłokowe określane są jako otwarte gdy jeden koniec wału korbowego wystaje poza obudowę (zawierającą tłoki i mechanizmy wewnętrzne) i mogą być otwierane. Półhermetyczne sprężarki to takie w których sama sprężarka i silnik zawarte są w jednej obudowie, która może być otwarta w celach sprawdzenia i konserwacji. W tym przypadku wał silnika i wał korbowy to pojedynczy element. Półhermetyczne sprężarki zbudowane są tak by zapobiegać dostawaniu się do mechanizmu powietrza i pyłu. Sprężarki tłokowe nazywane są hermetycznymi, gdy obudowa jest spawana i szczelna i nie ma dostępu do głowic cylindrów w celu ich sprawdzenia czy konserwacji.

Sprężarki rotacyjne

Sprężarki rotacyjne, wliczając sprężarki łopatkowe, spiralne, śrubowe i odśrodkowe, to sprężarki hermetyczne mające wiele zastosowań w różnych zakresach pracy.

Sprężarki rotacyjne łopatkowe

Sprężarki rotacyjne łopatkowe składają się z cylindrycznej obudowy, dwóch otworów – ssącego i tłocznego – i rotora umiejscowionego mimośrodowo względem obudowy. Sprężanie następuje przez przepływ czynnika do komory gdzie dzięki rotacji mimośrodowej następuje pożądane ograniczenie objętości. Zalety sprężarek łopatkowych to niski koszt i kompaktowe wymiary, co sprawia że są najlepszym wyborem dla domowych zastosowań o niskiej wydajności (lodówki, zamrażarki, klimatyzatory).

Wersją bardziej zaawansowaną jest sprężarka „podwójna” wyposażona w dwa rotory obracające się w przeciwnych kierunkach; są jeszcze cichsze i generują mniejsze drgania, co stawia je często nad sprężarkami spiralnymi, które są droższe i większe. Podwójne sprężarki rotacyjne jest także bardziej wydajna i tak samo niedroga jak wersja tradycyjna. To czynie je odpowiednie dla zastosowań o większej wydajności (do 50 kW), z dobrymi wynikami w kontekście przemysłowym.

Najbardziej zaawansowane technologicznie sprężarki rotacyjne wyposażone są w inwertery i bezszczotkowe silniki prądu stałego. Obecnie, są to sprężarki z najlepszym stosunkiem wydajności do wymiarów, osiągające 7800 rpm w porównaniu z 5400-6600 zwykle osiąganymi przez sprężarki spiralne.

Sprężarki spiralne

Sprężarki spiralne używają dwóch spiral, jednej nieruchomej i drugiej poruszającej się połączonej z silnikiem. Spirale ułożone są w taki sposób by stykać się w różnych miejscach tworząc coraz mniejsze kieszenie powietrza w kierunku środka. Czynnik jest sprężany przez spiralę poruszającą się względem spirali nieruchomej do czasu gdy jest wytłaczany w środku.

Sprężarki spiralne są szeroko stosowane w domowych i komercyjnych systemach klimatyzacji w pompach ciepła i systemach klimatyzacji dla potrzeb telefonii (schrony, jednostki obwodu zamkniętego). Wydajność waha się od 3 do 120 kW, więc mają ograniczone zastosowanie w systemach chłodniczych o niskiej wydajności, gdzie preferowane są sprężarki tłokowe i rotacyjne i w systemach klimatyzacji o dużej wydajności, gdzie preferowane są sprężarki śrubowe lub odśrodkowe.

Zalety sprężarek spiralnych to relatywnie małe rozmiary i znacznie mniejsza waga niż sprężarki tłokowe średniej wydajności, jednak większa niż sprężarek rotacyjnych. Cechują się także doskonałą wydajnością dla określonego stosunku sprężania, która jednak zmniejsza się wraz ze zmianami warunków pracy.

Inne zalety to niski poziom hałasu i ograniczone drgania. Wersje o wysokiej wydajności są także wyposażane w inwertery i bezszczotkowe silniki prądu stałego.

Sprężarki śrubowe

Sprężarki śrubowe opierają się na mechanizmie składającego się z dwóch splatających się śrub, zwanych rotorami. Wraz z obrotem śrub czynnik zasysany jest przez otwór ssawny, wypełniając przestrzeń pomiędzy płatami. Gdy te przestrzenie wypełniają się czynnikiem ssanie ustaje a czynnik jest wtłaczany poprzez obrót rotorów w bardzo małą przestrzeń, co powoduje jego sprężanie. Gdy płaty osiągają określona pozycję, sprężony czynnik zostaje w całości wytłoczony przez otwór tłoczny. Takie sprężarki wymagają obfitego smarowania z powodu zazębiania się rotorów. Takie smarowanie i późniejsze chłodzenie oleju za pomocą specjalnego wymiennika ciepła gwarantuje wyższy współczynnik sprężania niż w przypadku sprężarek tłokowych, co pozawala na szerokie zastosowania w systemach chłodniczych i klimatyzacyjnych (duże chillery pracujące z R410A).

Wreszcie, mechanizm zaworu ślizgowego, który otwiera przestrzeń pomiędzy otworem ssawnym a obudową sprężarki w pozycji w której rotory częściowo sprężyły już czynnik, umożliwia ciągłe ograniczanie przepływu czynnika, do 25% wartości maksymalnej, gwarantując większą wydajność sprężarki dla warunków częściowego obciążenia.

Sprężarki odśrodkowe

Sprężarki odśrodkowe składają się  żeliwnej obudowy, stalowego wału i odlewanego aluminiowego wirnika. Czynnik zasysany jest przez wirnik w pobliżu jego osi i dzięki sile odśrodkowej wypychany jest do krawędzi obudowy. Czynnik opuszcza wirnik ze znaczną energią kinetyczną, która zamieniana jest na ciśnienie w dyfuzorze. Zastosowania ograniczają się do układów chłodniczych wysokiej wydajności (zwykle duże chillery pracujące z R134A) Wydajność chłodnicza może być regulowana z pomocą łopatek zmieniających kąt pod jakim czynnik zasysany jest przez wirnik.

Źródło artykułu: www.carel.pl