Který kompresor je lepší, spirálový nebo pístový?

Při výběru kompresoru často vyvstává otázka: co je lepší – šroubový nebo pístový? Veškerá průmyslová výroba byla dlouhou dobu vybavena pouze pístovými kompresory. Nyní se ale situace změnila – moderní šroubové kompresory nahrazují zastaralé pístové motory. Je ale taková volba oprávněná? Pojďme to zjistit!

Obsah

1. Rozdíly mezi pístovým kompresorem a šroubovým kompresorem
2. V jakých situacích není pístový kompresor vhodný?
3. Cena kompresoru, montáž a hlučnost
4. Důležitou nuancí jsou náklady na energii
5. Snadná údržba a dlouhá životnost
6. přihláška
7. Porovnání provozních faktorů
8. Mrtvý objem.
9. Hydraulické ztráty.
10. Parní ohřev.
11. Netěsnosti.
12. Koeficienty dodávky pro spirálové (SC) a pístové kompresory (PC)
13. Celkové hodnoty účinnosti pro spirálové (SC) a pístové kompresory (PC)
14. Závislost účinnosti na kompresním poměru
15. “Pulzace páry” v pístových a spirálových kompresorech
16. Ve spirálovém kompresoru:
17. Závěr

Rozdíly mezi pístovým kompresorem a šroubovým kompresorem

Nejprve musíte pochopit, jak se kompresory liší v provozních principech. Ve šroubovém kompresoru je vzduch stlačován pomocí šroubů, které se otáčejí v opačném směru. K tomuto procesu dochází ve šroubovém bloku naplněném olejem, díky kterému zcela zmizí tření klíčových prvků kompresoru. Pístový kompresor stlačuje vzduch vratným pohybem pístu ve válci a tato konstrukce je náchylnější ke tření. Tření je u nás hlavní příčinou opotřebení a nižší účinnosti, a proto je životnost šroubového kompresoru znatelně delší než kompresoru pístového. Průměrná životnost pístových kompresorů je 2-3 roky a u šroubových kompresorů bez problémů dosahuje 10-12 let.

V jakých situacích není pístový kompresor vhodný?

Klíčový rozdíl mezi šroubovým kompresorem a pístovým kompresorem je v tom, že tyto dva typy jsou vhodné pro dva zásadně odlišné provozní režimy.

Pístový kompresor pracuje přerušovaně – to je způsobeno zvláštnostmi jeho konstrukce, zatímco šroubový kompresor může pracovat 24 hodin denně a nepřetržitě dodávat stlačený vzduch. Pro aplikace, kde je vyžadována nepřetržitá dodávka stlačeného vzduchu, je tedy vaší nejlepší volbou jednoznačně šroubový kompresor.

Cena kompresoru, montáž a hlučnost

Pokud uvažujeme jednotky přibližně stejného výkonu, jsou pístové kompresory vždy o 20-40% levnější než šroubové kompresory. Neměli byste však okamžitě dělat závěry.

Pokud máte vysoce výkonný pístový kompresor, pak kvůli vysoké hladině hluku a silným vibracím budete muset pro jeho instalaci postavit speciální základ a v některých případech vyčlenit pro jednotku samostatnou místnost. To už jsou dodatečné náklady.

Na rozdíl od pístových kompresorů jsou šroubové kompresory vybaveny pryžovými ložisky, která tlumí vibrace. Pro instalaci tedy bude stačit rovná plocha. Zvukotěsné pouzdro ve svém provedení pohlcuje hluk a umožňuje zaměstnancům pracovat ve stejné místnosti jako kompresor. Z toho vyplývá, že šroubový kompresor lze instalovat vedle spotřebičů stlačeného vzduchu, aniž by se plýtvaly prostředky na výstavbu samostatných místností a dlouhých pneumatických sítí.

Důležitou nuancí jsou náklady na energii

Dalším rozdílem mezi šroubovým kompresorem a pístovým kompresorem jsou náklady na elektřinu. Kromě nákladů na pořízení zařízení je dalším klíčovým výdajem elektřina na jeho provoz, která po pěti letech představuje téměř cenu kompresoru při nákupu. Spotřeba energie šroubových kompresorů je díky jejich vysoké účinnosti mnohem nižší. Výsledkem je, že šroubové jednotky splácejí své pořizovací náklady mnohem rychleji než pístové jednotky.

Kromě toho existují modely šroubových kompresorů s frekvenčním měničem. Je schopen přizpůsobit produktivitu stroje v závislosti na aktuálních výrobních potřebách. S jeho pomocí je možné ušetřit dalších 30-50 % nákladů na elektřinu.

Snadná údržba a dlouhá životnost

Dalším důležitým aspektem při výběru kompresoru je snadná údržba. V tomto případě jsou všechny argumenty ve prospěch šroubových kompresorů. Moderní šroubové jednotky jsou vybaveny elektronickými regulátory s širokou škálou funkcí pro řízení parametrů. Tím je minimalizováno riziko nouzových situací a je možné naprogramovat provozní režimy kompresoru na dlouhou dobu.

Životnost šroubového kompresoru je mnohem delší: je navržen pro nepřetržitý provoz. Pístové kompresory takto fungovat nemohou – jsou nutné přestávky. Také v pístové jednotce je nutné často měnit ventily, pístní kroužky, vložky a další díly s rychlým opotřebením.

Šroubové kompresory mají také spotřební materiál: vzduchové filtry, olejové filtry, separátory. Mají ale mnohem delší životnost a snadno se vyměňují. Při jejich včasné výměně je kvalita stlačeného vzduchu ze šroubového kompresoru mnohem lepší – obsahuje méně oleje a pevných částic.

Chladicí kompresor je nedílnou součástí průmyslové chladicí jednotky, která do značné míry určuje její kvalitu a účinnost. Úkolem kompresoru je cirkulovat chladivo. K dosažení tohoto cíle nasává páry chladiva z výparníku přes mechanické hnací zařízení a poté je tlačí do kondenzátoru. Obecně se jeho princip fungování téměř neliší od podobných zařízení určených pro stlačování plynů.

Moderní chladicí kompresory lze podle konstrukce rozdělit do několika typů: rotační, šroubové, pístové a odstředivé. Navíc mohou být utěsněné nebo polouzavřené (bez těsnění).

Hermetické kompresory mají jednodílné pouzdro a relativně nízký výkon, a proto je jejich použití často omezeno na maloobchod. Polohermetické mají vyšší výkon, což umožňuje jejich použití jako součást průmyslových chladicích jednotek. Výkon elektromotorů polohermetických kompresorů je až 500 kW.

přihláška

Chladicí kompresory, které jsou součástí průmyslových chladicích jednotek, se používají v celé řadě průmyslových odvětví: rafinace ropy, chemický, potravinářský a další. V obchodě se chladicí jednotky používají k udržení nízkých teplot nezbytných pro skladování masa, mléčných výrobků a dalších potravinářských výrobků.

Průmyslové chladicí jednotky vyráběné naší společností jsou vybaveny produktivními a ekonomickými pístovými a šroubovými kompresory Copeland, Bitzer, Maneurope a L’UniteHermetique.

• otevřeno;
• zapečetěné;
• polohermetické
• polohermetický kompakt.

Polohermetické šroubové kompresory Bitzer mají výkon od 84 do 780 kW, což umožňuje jejich použití v mrazicích komorách s proudovým mrazem a také tam, kde je nutná plynulá regulace úrovně výkonu. Kombinací několika kompresorů v jedné instalaci můžete dosáhnout chladicího výkonu 2800 kW nebo více.

• malé velikosti;
• nízká hlučnost a žádné vibrace;
• vysoký výkon, stejně jako schopnost pracovat se všemi typy chladiv;
• spolehlivé a výkonné elektromotory.

Polohermetické pístové kompresory ze společnosti Bitzer široce používané ve všech oblastech výroby, které využívají chlazení, hluboké mrazení a klimatizaci. Moderní pístové kompresory “generace 2” Úspěšně pracují s chladivy obsahujícími chlór i HFC. Na trhu moderních chladicích zařízení je největší poptávka po kompresorech řady Octagon, které se vyznačují svou všestranností, multifunkčností, kompaktností, ekonomickou spotřebou energie, nízkou hlučností a absence vibrací.

• inovativní design ventilové desky;
• přítomnost vestavěných vysoce výkonných motorů se systémem zpětného vedení oleje a chladicím systémem přes sací páru;
• přítomnost klikových hřídelů s vysokou odolností proti opotřebení;

• integrovaný systém chlazení kapalinou;
• používat k provozu chladiva bez chlóru;
• mít a nízká spotřeba energie;
• vyznačující se kompaktními rozměry.

Scroll kompresor byl původně objeven v roce 1905. V té době byla technologie málo pokročilá k výrobě skutečných modelů, které by se začaly vyrábět až v 1970. letech XNUMX. století, kdy byl komerční zájem o myšlenku obnoven.

V dnešní době dynamicky se rozvíjející výroba spirálových kompresorů stále více vytlačuje své konkurenty, kteří kdysi drželi silnou pozici v určitém rozsahu chladicích výkonů. Vyvstávají otázky: proč se to děje, jaké jsou charakteristické rysy spirálového kompresoru, jaké jsou jeho výhody oproti konkurentům.

Článek se pokouší odhalit některé výhody provedením srovnávací analýzy sacího a výtlačného procesu spirálového kompresoru s jeho nejbližším konkurentem, pístovým kompresorem.

• Během pracovního cyklu kompresoru nedochází k žádným ztrátám hmotnosti plynu.
• Mrtvý objem je nulový.
• Hydraulické ztráty na sání a výtlaku jsou nulové.
• Mezi pracovní látkou a vnějším prostředím nedochází k výměně tepla a proces stlačování probíhá podél izoentropu „m=k“.
• V pohyblivých částech mechanismů nedochází k žádnému tření.
• Ke spojení spárovaných dutin spirál s okénkem a výtlačnou komorou dochází současně (tento bod platí přímo pro spirálový kompresor).

Porovnání provozních faktorů

Mrtvý objem.

V pístovém kompresoru je koeficient mrtvého objemu významnou částí koeficientu průtoku a rovná se:
¥с=0,7…0,9

Ve spirálovém kompresoru hraje zbývající nevytlačený plyn úplně jinou roli než plyn v mrtvém prostoru pístového kompresoru. Nevytlačená pracovní látka prakticky neovlivňuje úplnost plnění sacích dutin a expanduje nikoli na sací tlak, ale na vnitřní kompresní tlak:
¥с=1

Hydraulické ztráty.

U pístového kompresoru se správně navrženými sacími a výtlačnými cestami a ventily nejsou tyto ztráty tak velké:
¥gd=0,95…0,98
Ve spirálovém kompresoru bez vypouštěcího ventilu:
¥gd=1

Parní ohřev.

K ohřevu páry v pístovém kompresoru dochází v sacím kanálu, protože sací a výtlačné potrubí, které mají různé teploty, jsou blízko sebe a pára se ohřívá i ve válci kompresoru.
¥w=0,87…0,92
U spirálového kompresoru je sací a výtlačné potrubí umístěno odděleně a stlačování probíhá postupně z dutiny do dutiny a teplota se postupně mění z teploty sání na teplotu výtlaku, resp. ohřev páry není tak výrazný.
¥w=1

Netěsnosti.

V pístovém kompresoru dochází k netěsnostem podél mezery mezi pístem a válcem a rovnají se:
¥pl=0,96…0,98
U spirálového kompresoru je tento ukazatel rozhodující. Je poměrně obtížné vyrobit spirály, které zajišťují těsné vzájemné spojení a s malou mezerou mezi kontaktními body spirál. Pravděpodobně proto trvalo tak dlouho uvést myšlenku spirálového kompresoru k životu. V dobrém kompresoru by měl mít koeficient úniku tendenci k 1:
¥pl-1
Pro kvantitativní srovnání napájecího koeficientu byly dva extrémní kompresory z objemové výkonové řady vzaty proti dvěma pístovým kompresorům stejné produktivity a byl pro ně spočítán napájecí koeficient ve třech různých provozních režimech. Výsledky jsou uvedeny v tabulce. 1. Jak vidíte, koeficient posuvu spirálového kompresoru je vyšší než u pístového kompresoru ve všech provozních režimech a ve všech provedeních. stůl 1

Koeficienty dodávky pro spirálové (SC) a pístové kompresory (PC)

Celkové hodnoty účinnosti pro spirálové (SC) a pístové kompresory (PC)

Závislost účinnosti na kompresním poměru

(počítáno pro spirálový kompresor o výkonu 75 m3/h)

Jak je patrné z tabulky, s ostatními parametry u spirálového kompresoru nejsou výsledky tak působivé jako u podávacího poměru. Scroll kompresor je výhodný pouze ve vysokoteplotních provozních režimech s nízkým kompresním poměrem (πk). S nárůstem kompresního poměru (viz graf 1) hodnota celkové účinnosti lineárně klesá a při hodnotě πk=8 překračuje hranici 50 %. Je těžké přesně říci, proč k tomu dochází, ale z analýzy můžeme dojít k závěru: pro spirálový kompresor je mnohem výhodnější pracovat s velkým množstvím stlačené páry při nízkém kompresním poměru.

“Pulzace páry” v pístových a spirálových kompresorech

V pístovém kompresoru dochází periodicky k nasávání a vypouštění páry. Z tohoto důvodu dochází k jevu zvanému „pulzace páry“. To negativně ovlivňuje procesy v kondenzátoru a také vytváří další hluk při provozu kompresoru. K odstranění tohoto problému se používají tlumiče. Jejich role se liší podle toho, na jaké lince se nacházejí. Hlavním účelem výtlačného tlumiče je snížit kolísání průtoku plynu ve výtlačném potrubí a kondenzátoru a tím snížit hlučnost a také zvýšit spolehlivost stroje jako celku. Tlumič sání snižuje pulzace plynu ve skříni a přímo snižuje hlučnost kompresoru. Kompresory řady Octagon (Bitzer, Německo) mají exkluzivní patentovaný systém tlumiče výfuku zabudovaný do krytu válce (viz obr. 1), což je dlouhý úzký zakřivený kanál umístěný na výstupu z výtlačné komory a slouží jako jakýsi plynový polštář pro páry opouštějící válec kompresoru. Tento systém výrazně snižuje kolísání páry ve výtlačném potrubí (viz obr. 2).

Rýže. 1. Schematický nákres vestavěného tlumiče výfuku (samotný tlumič je dlouhá úzká trubka). Pravý konec této trubky je uzavřen, opírá se o kovové tělo kompresoru, její druhý konec jde do výtlaku. Ve střední části trubky je vytvořen otvor, do kterého vstupuje pára stlačená v kompresoru. Pára vstupující do otvoru je rozdělena do dvou proudů: jeden jde doleva, druhý doprava. Proud, který jde doprava, naráží na slepý konec trubice, vrací se zpět, dostává se do otvoru, setkává se tam s párou nově stlačenou v kompresoru a tlumí její pulsace v důsledku různých směrů pohybu a různých fází kmitání.

Rýže. 2. „Pulzace páry“ (nahoře – s použitím vestavěného tlumiče, dole – bez něj).

Ve spirálovém kompresoru:

• Procesy sání, komprese a vstřikování probíhají kontinuálně a probíhají podél úhlu natočení hřídele
• Rotační pohyb pohyblivé spirály je zcela vyvážený a dělá plynulý pohyb
• Neexistují žádné překážky, které by bránily volnému proudění plynu

Závěr

• Rychlost posuvu je o 20-30% vyšší.
• Účinnost ve vysokoteplotním provozním režimu je o 10-15% vyšší.
• Nižší hladina hluku a vibrací.

Všechny údaje o kompresorech jsou převzaty z katalogů Bitzer (Německo).
Pro výpočty byly vybrány následující typy kompresorů: