Спиральные компрессоры благодаря многочисленным преимуществам нашли широкое применение во многих холодильных установках коммерческого и промышленного назначения и в системах кондиционирования воздуха. Со времени внедрения миллионы спиральных компрессоров несут службу во всем мире, успешно работая в пищевой промышленности, судовых холодильных установках, системах кондиционирования жилых зданий и торговых предприятий. Основные преимущества спиральных компрессоров: высокий холодильный коэффициент, малые уровень шума и вибрации, большой ресурс работы. В связи с этим представляет интерес сравнение спиральных компрессоров различных производителей, а также спиральных компрессоров с компрессорами других типов.
Спиральные компрессоры Danfoss Performer доказали свою надежность, при этом не уступая, а чаще превосходя по эффективности компрессоры других типов. Основное отличие компрессоров спирального типа — в принципе уплотнения спиральных элементов. Производители спиральных компрессоров используют термин «совмещение» (compliance).
В компрессоре с радиальным совмещением подвижная спираль движется по извилистой траектории, которая определяется ее контактом с неподвижной спиралью. Разгрузочное устройство, установленное между подвижной спиралью и валом электродвигателя, сглаживает изменения радиуса подвижной спирали, которые возникают из-за отклонений при машинной обработке поверхностей и сборке деталей. Принцип осевого совмещения спиралей основан на способности подвижной и неподвижной спиралей разделяться в осевом направлении.
Компания Danfoss в компрессорах марки Performer использует так называемый «принцип контролируемого вращения» (controlled orbiting), что подразумевает движение спиралей по фиксированной траектории без соприкосновения подвижной и неподвижной спиралей. Такой принцип движения сохраняется при любых условиях
эксплуатации компрессора.
Эффективность компрессоров во многом определяется величиной внутренних радиальных и осевых утечек газа в процессе сжатия. Радиальные утечки происходят между соприкасающимися боковыми поверхностями спиралей, осевые – между верхним торцом одной спирали и опорной плитой другой. Осевые утечки обычно более значительные, чем радиальные (ASHRAE, 2004 г.). Утечки ведут к увеличению потребляемой мощности компрессора, снижению его холодопроизводительности и эффективности работы.
Принцип совмещения спиралей подразумевает контакт подвижной и неподвижной спиралей. Однако только что изготовленные компрессоры обычно не создают эффективного однородного уплотнения во всех точках контакта, так как для этого необходим период «притирки», в процессе которого между поверхностями образуется необходимый контакт. Касание боковых поверхностей спиралей является обязательным условием для таких компрессоров.
Компрессоры Performer с контролируемым вращением для получения гарантированного уплотнения должны иметь спирали сверхточного профиля. Точную геометрию спиралей создают станки с программным управлением, обеспечивающие микронные допуски (1 мкм = 1×10¯⁶ м). Боковые поверхности таких спиралей никогда не соприкасаются друг с другом, а тонкая пленка масла, уплотняющая зазор, обеспечивает смазку спиралей без трения и износа их поверхности. Поскольку концепция контролируемого вращения не допускает контакта между боковыми поверхностями спиралей, спиральная пара сохраняет свою геометрию на протяжении всего периода эксплуатации компрессора.
Работоспособность конструкции зависит от плотности контакта между верхним торцом одной спирали и опорной плитой другой. В этом случае необходима осевая упругость одной из спиралей, чтобы обеспечить гарантированный допуск на термическое расширение и износ. Некоторые изготовители компрессоров для уплотнения прижимают подвижную спираль к неподвижной, используя давление сжимаемого газа.
В компрессорах Performer динамический контакт между верхним торцом подвижной спирали и опорной плитой неподвижной спирали поддерживается с помощью плавающего уплотнения. Этот уплотняющий элемент находится в канавке, прорезанной в верхнем торце подвижной спирали. Газ под давлением давит на плавающее уплотнение снизу и заставляет его прижиматься к опорной плите.
Компания Danfoss в сотрудничестве с компанией Carrier подошла к решающему моменту в биографии спиральных компрессоров. Длительные научные исследования и конструкторские разработки сделали возможным изготовление одиночных агрегатов холодопроизводительностью до 92 кВт (на R22). Использование нескольких установок с параллельно работающими двумя, тремя и четырьмя спиральными компрессорами позволяет довести холодопроизводительность чиллеров до 1056 кВт.