aris281084@hotmail.com

Ερωτησεις και προτασεις

ΣΠΕΙΡΟΕΙΔΕΙΣ ΣΥΜΠΙΕΣΤΕΣ (SCROLL)

Posted by   on Pinterest

ΠΡΟΛΟΓΟΣ

Η εργασία πραγματοποιήθηκε έχοντας ως κύριο στόχο την λεπτομερή ανάλυση της λειτουργίας των ΣΠΕΙΡΟΕΙΔΩΝ ΣΥΜΠΙΕΣΤΩΝ (SCROLL) που εφαρμόζονται ως κύρια εξαρτήματα στον κύκλο ψύξης, για την αρτιότερη κατανόηση του αντίστοιχου μαθήματος του Γ΄ Εξαμήνου κατάρτισης. Βασικές έννοιες και λειτουργίες που αφορούν την διαδικασία της ψύξης, έχουν αναπτυχθεί με σκοπό την καλύτερη κατανόηση του συγκεκριμένου είδους συμπιεστών.

1. Εισαγωγή

Η εργασία με θέμα ¨Σπειροειδείς Συμπιεστές¨ αποτελεί μια τεχνική αναφορά του βασικότερου εξαρτήματος του κύκλου ψύξης με συμπίεση ατμών και περιορίζεται στην περιγραφή μόνο των εν λόγο συμπιεστών. Κύριο μέλημα της έρευνας για την ολοκλήρωση της εργασίας, αποτέλεσε η περισυλλογή κάθε τεχνικού στοιχείου που ήταν δυνατόν να συσχετισθεί με τους Σπειροειδείς Συμπιεστές. Κύριο εργαλείο για την περισυλλογή στοιχείων αποτέλεσε το διαδίκτυο αλλά και το εκπαιδευτικό εγχειρίδιο που χρησιμοποιήθηκε κατά την διάρκεια του Γ΄εξαμήνου κατάρτισης. Για την καλύτερη κατανόηση της εργασίας κρίνεται απαραίτητη η περιγραφή ορισμένων βασικών ορισμών.

1.1 Ιστορική Αναδρομή

Η ψύξη υπήρξε απαραίτητη καθόλη τη διάρκεια της ζωής του ανθρώπου. Η βασική και θεμελιώδης χρήση της ψύξης ήταν η συντήρηση των τροφίμων. Ήδη από το 1200 π.Χ. στην Κίνα διατηρούνταν τρόφιμα και κρασιά μέσα σε πάγο και αργότερα, σε Ελλάδα και Ρώμη τοποθετούνταν πάγος με διάφορα υλικά μέσα σε ειδικούς χώρους και δεν επιτρέπονταν η συναλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον. Τον 17ο, 18ο αιώνα χρησιμοποιήθηκε ο φυσικός πάγος από τα βουνά και τις λίμνες, Ο οποίος αποθηκευόταν το χειμώνα μέσα στη γη, ώστε να χρησιμοποιείται κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού.

Το πρώτο μεγάλο βήμα προόδου σημειώθηκε όταν οι μηχανικοί κατόρθωσαν να παράγουν πάγο με τεχνητό τρόπο. Αυτό πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1858, με την κατασκευή ψυγείου για παγάκια, από τον Γάλλο μηχανικός Carr, του οποίου η λειτουργία βασιζόταν στη συμπίεση.

Το επόμενο μεγάλο βήμα πραγματοποιήθηκε την κατασκευή του οικιακού ψυγείου (1918). Η πρώτη εταιρία κατασκευής οικιακών ψυγείων υπήρξε η Αμερικανική Kelvinator. Το σπουδαιότερο επίτευγμα εκείνου του ψυγείου ήταν ότι ο συμπιεστής του λειτουργούσε με το ηλεκτρικό ρεύμα του δικτυού μέσω ηλεκτροκινητήρα μικρής ισχύος (μικρότερη από 1HP).

Ακόμη, ένας σημαντικός σταθμός στη βιομηχανία της ψύξης ήταν η ανακάλυψη των λεγομένων τότε ασφαλών ψυκτικών μέσων, τα οποία είχαν εξαιρετικά καλές θερμοδυναμικές ιδιότητες, δεν ήταν τοξικά και δεν αναφλέγονταν. Τα ψυκτικά αυτά μέσα ονομάζονται χλωροφθοράνθρακες, επειδή στο μόριο τους έχουν άνθρακα C, φθόριο F και χλώριο CI. Το πρώτο ψυκτικό μέσο που ανακαλύφθηκε (1931) ήταν το R-12, δηλαδή το διχλωροιφθορο-μεθάνιο (CCI2F2), το οποιο χρησιμοποιήθηκε ευρέως στα ψυγεία και στους καταψύκτες, αντικαθιστώντας την αμμωνία (NH3), η οποία παρουσιάζει επικινδυνότητα λόγω της τοξικότητας της. Οι χλωροφθορανθρακες έδωσαν μεγάλη ώθηση στη βιομηχανία της ψύξης, αλλά μετά από 50 περίπου χρονιά (δεκαετία του 70) οι επιστήμονες Rowland και Molina ανακάλυψαν ότι τα ψυκτικά αυτά μέσα καταστρέφουν το προστατευτικό στρώμα του όζοντος της ατμοσφαίρας, το οποίο παρέχει προστασία από τις επικίνδυνες υπεριώδεις ακτίνες του ηλίου.

Η παραπάνω αιτία, οδήγησε εκατό και πλέον χώρες στην υπογραφή του πρωτόκολλου του Μόντρεαλ (Σεπτέμβριος 1987) όπου προβλέπετε η σταδιακή αντίσταση των χλωροφθορανθρακων με αλλά ψυκτικά μέσα που δεν καταστρέφουν το όζον της ατμοσφαίρας (αμελητέα περιεκτικότητα χλωρίου).

Η βιομηχανία της ψύξης γιγαντώθηκε μόλις σε μερικές δεκαετίες. Η εκρηκτική αυτή ανάπτυξη οφείλεται στις παρακάτω αιτίες:

1. εξέλιξη των μεθόδων μηχανουργικών κατεργασιών

2. ανακάλυψη ασφαλών ψυκτικών μέσων

3. ανακάλυψη ηλεκτροκινητήρα με ισχύ μικρότερη από έναν ίππο

Σήμερα, έχοντας ως εξαίρεση τους εργαζόμενους στη βιομηχανία ψύξεως, δεν είναι αντιληπτός ο τεράστιος ρόλος της ψύξης στην τεχνολογική ανάπτυξη του κόσμου και η εξάρτιση της σύγχρονης κοινωνίας από την μηχανική συμπίεση. Πως θα μπορούσε να τρέφεται ο πληθυσμός των πόλεων, αν δεν υπήρχαν τα μεγάλα ψυγεία για τη συντήρηση η κατάψυξη των τροφίμων; Πως θα μπορούσαμε να ζούμε και να εργαζόμαστε τους καλοκαιρινούς μήνες, αν δεν υπήρχαν οι κλιματιστικές μονάδες; Τα παραπάνω αποτελούν ερωτήματα που ταλανίζουν την σύγχρονη σκέψη των αναπτυγμένων κοινωνιών του κόσμου.

Οι πιο γνωστές εφαρμογές της ψύξης αφορούν τη ρύθμιση της θερμοκρασίας και υγρασίας του αέρα (εφαρμογές τεχνιτών συνθηκών άνεσης), καθώς και την κατάψυξη, συντήρηση, αποθήκευση, μεταφορά και επίδειξη των τροφίμων στα καταστήματα. Ωστόσο, ο κατάλογος των διεργασιών που πραγματοποιούνται ή βελτιώνονται με την χρήση της ψύξης είναι σχεδόν ατελείωτος.

1.2 Ψύξη και Χρησιμότητα

Η ψύξη δημιουργείται με την αφαίρεση θερμότητας από ένα χώρο (ψυκτικό θάλαμο) και αποβάλλεται στο περιβάλλον με τις κατάλληλες ψυκτικές μηχανές. Τα συστήματα ψύξης εγκαθίστανται για να παράγουν ή να διατηρούν τη θερμοκρασία ενός χώρου ή υλικού σε σταθερή χαμηλή θερμοκρασία.

Η ψύξη κυρίως χρησιμοποιείται για την διατήρηση χαμηλών θερμοκρασιών σύμφωνα με τις απαιτήσεις βιομηχανικών διαδικασιών ή για την διατήρηση θερμοκρασιών άνεσης στους χώρους κατοικίας και εργασίας.

Η επιλογή όμως των ψυκτικών συστημάτων συνήθως πραγματοποιείται με μοναδικό κριτήριο την απαιτούμενη ψυκτική ικανότητα, χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η απόδοση και το κόστος ψύξης.

Η αποδοτική λειτουργία ενός ψυκτικού συστήματος είναι αναμφίβολα συνδυασμένη με το σκοπό της αγοράς, το σχεδιασμό , την εγκατάσταση και τη χρήση. Προτού πραγματοποιηθεί η αγορά αλλά και η λειτουργία ενός ψυκτικού μηχανήματος κρίνεται σκόπιμη η έρευνα για την πραγματική ανάγκη ψύξης. Η χρησιμοποίηση φυσικών πόρων είναι ικανή να παρέχει σε ικανοποιητικά επίπεδα ψύξη ή δροσισμό, ορισμένες εφαρμογές εμφανίζονται ακολούθως:

1. πύργοι ψύξης που ψύχουν το νερό στους 30oC

2. χρήση του νυχτερινού αερισμού κατά τη διάρκεια των καλοκαιρινών μηνών.

3. χρήση νερού από πηγάδια μικρού βάθους γεωτρήσεων ή πηγών

4. εφαρμογή μόνωσης για να διατηρείται η ζητούμενη θερμοκρασία

1.3 Βασικές Έννοιες

Οι διατάξεις συμπίεσης ατμού και συγκεκριμένα οι αντλίες θερμότητας και οι υπόλοιπες ψυκτικές εγκαταστάσεις λειτουργούν με βάση την αρχή ότι τα καθαρά υγρά εξατμίζονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες και σε διαφορετικές πιέσεις - οι υψηλές πιέσεις δίνουν υψηλά σημεία βρασμού - και κατά τον βρασμό απορροφούν λανθάνουσα θερμότητα από το περιβάλλον τους. Αντίστροφα, κατά την μετατροπή ατμού σε υγρό, εκλύεται θερμότητα. Εάν η εξάτμιση μπορεί να λάβει χώρα σε μια δεδομένη πίεση και η συμπύκνωση σε άλλη, τότε η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί από ένα επίπεδο σε άλλο.

Στην ψύξη μεταφέρετε θερμότητα από κάποια χαμηλή (ψυχρή) θερμοκρασία σε μία υψηλότερη. Ο ατμός που παράγεται από το υγρό που βράζει σε χαμηλή πίεση συμπιέζεται σε υψηλότερη πίεση έτσι ώστε να συμπυκνωθεί σε υψηλότερη θερμοκρασία. Η συμπίεση ατμού απαιτεί μηχανική ενέργεια και όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά μεταξύ των θερμοκρασιών υγροποίησης και εξάτμισης τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς που απαιτείται από τον συμπιεστή για την ίδια ποσότητα ψύξης.

Η ενέργεια απορροφάται από το ψυκτικό μέσο στον εναλλάκτη θερμότητας γνωστό ως εξατμιστής. Αυτή η ενέργεια προέρχεται από το προς ψύξη υλικό που είναι συνήθως νερό, αέρας, αλατόνερο. Ο συμπιεστής αυξάνει την πίεση και συνεπώς την θερμοκρασία του ψυκτικού μέσου. Ο συμπιεσμένος ατμός ψύχεται και υγροποιείται μέσα στον εναλλάκτη θερμότητας τον αποκαλούμενο συμπυκνωτή και αποβάλλει την λανθάνουσα θερμότητα του, συνήθως στον περιβάλλοντα αέρα ή το νερό. Το υγροποιημένο ψυκτικό μέσο διέρχεται με υψηλή πίεση, μέσω εκτονωτικής βαλβίδας και μετατρέπεται σε χαμηλή πίεση, πριν εισέλθει στον εξατμιστή. Στο Σχήμα 1 παρουσιάζεται ο κύκλος ψύξης με το Διάγραμμα Mollier πίεσης - ενθαλπίας του ψυκτικού μέσου.

clip_image002

Σχήμα 1: Διάγραμμα ψυκτικού μέσου R-22

Το ψυκτικό μέσο αναρροφάται από τον συμπιεστή με χαμηλή πίεση και σε μία θερμοκρασία μερικών βαθμών υψηλότερη από το σημείο βρασμού στην ίδια πίεση.

Εντός του συμπιεστή το ψυκτικό αέριο θα αυξήσει τόσο τη θερμοκρασία όσο και τη πίεση του. Για τον ίδιο βαθμό συμπίεσης ένας λιγότερο αποδοτικός συμπιεστής θα χρησιμοποιήσει περισσότερη ισχύ για να παρέχει θερμότερο αέριο.

Το αέριο από τον συμπιεστή οδηγείται προς τον συμπυκνωτή. Το αέριο ψύχεται από την θερμοκρασία κατάθλιψης του συμπιεστή στην θερμοκρασία κορεσμού συμπύκνωσης αποδίδοντας την αισθητή θερμότητα.

Το μεγαλύτερο ποσό θερμότητας που μεταφέρεται στον συμπυκνωτή εμφανίζεται όταν το ψυκτικό μέσο μετατρέπεται από αέριο σε υγρό. Το υγρό μπορεί στη συνέχεια να "υποψυχθεί" σε μία θερμοκρασία κάτω από την θερμοκρασία συμπύκνωσης. Συνήθως η υπόψυξη μέσα στον συμπυκνωτή είναι μόνο μερικούς βαθμούς. Ο συμπυκνωτής είναι κάτι ανάλογο προς ένα εναλλάκτη ατμού μέσα στον οποίο ο καυτός ατμός υγροποιείται αποβάλλοντας την λανθάνουσα θερμότητα. Εάν παρομοιαστεί ο συμπυκνωτής με εναλλάκτη ατμού, τότε η εκτονωτική βαλβίδα αποτελεί την ατμοπαγίδα. Όταν το υγρό ψυκτικό μέσο ρέει από την υψηλή στη χαμηλή πίεση, μέρος από το υγρό σχηματίζει ένα μίγμα από υγρό και ατμό χαμηλής θερμοκρασίας. Συνεχίζοντας το μηχανικό ανάλογο με το κύκλωμα ατμού ο εξατμιστής είναι ο λέβητας όπου το υγρό ψυκτικό μέσο εξατμίζεται σε σταθερή θερμοκρασία. Ο ψυκτικός ατμός επιστρέφει τότε στον αναρροφητικό συμπιεστή και έτσι ολοκληρώνεται το κύκλωμα.

2.1 Διατάξεις Ψύξης

Πολλές διατάξεις παραγωγής ψύξης εφαρμόζονται, όμως η μηχανική συμπίεση έχει επικρατήσει. Στη χώρα μας η ψύξη πραγματοποιείται ως επί το πλείστον με μηχανική συμπίεση ατμού και εφαρμόζεται σε ψυκτικές εγκαταστάσεις ισχύος 40W έως 17,5ΜW ανά μονάδα. Βεβαίως για να λειτουργήσουν απαιτείται μηχανική ενέργεια ώστε να τεθεί σε κίνηση ο συμπιεστής. Υπάρχουν και άλλες ψυκτικές διατάξεις, συμπεριλαμβανομένου και του κύκλου ψύξης με απορρόφηση, στις οποίες δεν υπάρχει συμπιεστής αλλά μία πηγή θερμότητας (συνήθως υγραέριο). Οι διατάξεις αυτές δεν έχουν επικρατήσει λόγω υψηλού λειτουργικού κόστους σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας.

clip_image002[5]

Σχήμα 2: Μηχανική Συμπίεση

2.2 Συμπιεστές

Το σπουδαιότερο τμήμα του ψυκτικού συγκροτήματος με την μεγαλύτερη ενεργειακή κατανάλωση είναι ο συμπιεστής. Οι συμπιεστές είναι μηχανικές διατάξεις που αντλούν τον ψυκτικό ατμό από τον εξατμιστή, αυξάνοντας την πίεση του και κινούν το ψυκτικό μέσο στο κύκλωμα. Η αύξηση της πίεσης επιτυγχάνεται με τη μείωση του όγκου του χώρου συμπίεσης με κάποιο μηχανικό τρόπο.

clip_image002[7]

Σχήμα 3: Μηχανική Διάταξη

2.3 Κατηγορίες Συμπιεστών

Ανάλογα με το είδος του μηχανισμού που εφαρμόζεται διακρίνονται σε δύο κατηγορίες:

  1. παλινδρομικούς ή εμβολοφόρους
  2. περιστροφικούς

Μια άλλη κατάταξη των συμπιεστών γίνεται ανάλογα με τον τρόπο κατασκευής του ζεύγους ηλεκτροκινητήρα και συμπιεστή. Χωρίζονται σε:

  1. Ανοικτού τύπου
  2. Ημίκλειστου τύπου
  3. Κλειστού τύπου

Ανοικτού τύπου καλούνται οι συμπιεστές που ο κινητήρας (ηλεκτρικός ή άλλος) είναι ξεχωριστός από τον συμπιεστή. Η κίνηση μεταδίδεται μέσω καταλλήλου συνδέσμου (π.χ. τροχαλίες, μεταλλικό κόμπλερ κλπ.).

clip_image002[9]

Σχήμα 4: Συμπιεστής Ανοικτού Τύπου

Ημίκλειστου τύπου καλούνται οι συμπιεστές που ο ρότορας του ηλεκτροκινητήρα και ο άξονας ή στρόφαλος του συμπιεστή είναι κοινός. Το αέριο ψυκτικό μέσο διέρχεται μέσα από το σώμα του ηλεκτροκινητήρα.

clip_image002[11]

Σχήμα 5: Συμπιεστής Ημίκλειστου Τύπου

Κλειστού τύπου συμπιεστές ονομάζονται αυτοί που κινητήρας και συμπιεστής εδράζονται σε κοινό κλειστό περίβλημα.

clip_image004

Σχήμα 6: Συμπιεστής Κλειστού Τύπου

 

2.4 Σπειροειδής Συμπιεστές (τύπου Scroll)

Οι σπειροειδείς συμπιεστές είναι περιστροφικού τύπου συμπίεσης με θετικό εκτόπισμα. Χρησιμοποιούνται ως επί το πλείστον σε μικρές συσκευές κλιματιστικών αντλιών θερμότητας, σε συστήματα κλιματιστικών αυτοκινήτων.

clip_image002[13]

Σχήμα 7: Σπειροειδής Συμπιεστής Σχήμα 8:Σπειροειδής Συμπιεστής σε Τομή

Το σπειροειδές είναι ανοικτό σπείρωμα υποστηριζόμενο σε μια επίπεδη πλάκα. Η σπειροειδής διάταξη αποτελείται από δύο σπειροειδή όπου το ένα είναι σταθερό και το άλλο, είναι τοποθετημένο σε σχέση με το σταθερό κατά γωνία 180°, κινούμενο γύρω από το σταθερό σημείο του σταθερού (παράλληλη μετατόπιση).

Καθώς το κινούμενο μετατοπίζεται παράλληλα, το αέριο εισέρχεται στο μεταξύ διάστημα των σπειροειδών και συγκεκριμένα στα άκρα της διάταξης. Καθώς το αέριο κινείται εσωτερικά, ο όγκος του κενού μειώνεται και το αέριο συμπιέζεται. Τέλος η θυρίδα εκτόνωσης ανοίγει και το αέριο εκτονώνεται. Ο σπειροειδής συμπιεστής έχει σταθερή σχέση συμπίεσης. Η σχέση συμπίεσης ρυθμίζεται από τον αριθμό των τυλιγμάτων του ανοικτού σπειρώματος και την θέση των θυρίδων αναρρόφησης και κτόνωσης. Οι σπειροειδείς συμπιεστές είναι κατά 10% πιο αποδοτικοί από όλους του περιστροφικούς που χρησιμοποιούνται σήμερα στις κλιματιστικές μονάδες. Στο σχήμα που ακολουθεί απεικονίζεται η φάση της συμπίεσης ενός σπειροειδή συμπιεστή.

clip_image004

Σχήμα 9: Η Φάση της Συμπίεσης

2.5 Κύρια Εξαρτήματα Σπειροειδή Συμπιεστή

Τα κυριότερα εξαρτήματα από τα οποία αποτελείται ένας σπειροειδής συμπιεστής αναγράφονται παρακάτω:

  1. Στρεφόμενη σπείρα
  2. Στροφέας
  3. Υποδοχή στροφέα
  4. Απόσταση κέντρων
  5. Άξονας Ηλεκτροκινητήρα

Τα κύρια μέρη που αποτελούν την κινούμενη σπείρα ενός συμπιεστή Scroll εμφανίζονται στο Σχήμα 10.

clip_image002[15]

Σχήμα 10: Κύρια Εξαρτήματα Κινούμενης Σπείρας Συμπιεστή Scroll

 

2.6 Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα Συμπιεστή Scroll.

Τα βασικότερα πλεονεκτήματα των σπειροειδών συμπιεστών μπορούν να συνοψιστούν στα παρακάτω:

  1. Οι συμπιεστές τύπου scroll έχουν λιγότερα κινούμενα εξαρτήματα από τους παλινδρομικούς(περίπου 60% λιγότερα) και επομένως λιγότερες τριβές και λιγότερες φθορές. Αυτό σημαίνει μεγαλύτερες αποδόσεις και μακροζωία του συμπιεστή.
  2. Δεν επηρεάζονται από την παρουσία σταγόνων ψυκτικού υγρού που μπορεί να επιστρέψει στο συμπιεστή, καθώς και από την παρουσία ξένων σωματιδίων.
  3. Λειτουργούν αθόρυβα και χωρίς κραδασμούς, παράγοντας πολύ σημαντικός στις εγκαταστάσεις μικρών και μέσων μονάδων κλιματισμού.
  4. Στους συμπιεστές scroll, δημιουργείται ταυτόχρονη είσοδος ψυκτικού αερίου (αναρρόφηση) συμπίεση, και εξαγωγή του συμπιεσμένου αερίου. Αυτό σημαίνει πολύ μεγαλύτερη απόδοση των συμπιεστών scroll, σε σύγκριση πάντα με τους παλινδρομικού τύπου, αφού δεν υπάρχουν «νεκροί χρόνοι».

Τα κυριότερα μειονεκτήματα των σπειροειδών συμπιεστών παραθέτονται παρακάτω:

  1. Χρησιμοποιούνται μόνο σε μονάδες κλιματισμού μικρής και μέσης ισχύος.
  2. Χρησιμοποιούνται μονό σε συμπιεστές κλειστού τύπου. (ερμητικούς)
  3. Περιορισμένη εφαρμογή για δεδομένη ισχύ

    3. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

    Τα κυριότερα συμπεράσματα της έρευνας μπορούν να συνοψιστούν στα παρακάτω σημεία.

    1. Κάνουν λιγότερο θόρυβο σε σχέση με τους συμπιεστές άλλου τύπου.
    2. Έχουν 20% καλύτερες επιδόσεις από τους άλλους τύπους συμπιεστών.
    3. Έχουν λιγότερα κινητά μέρη άρα λιγότερες τριβές.
    4. Μακροχρόνια χρήση και ασθενέστερη παρουσία βλαβών.



      4. Πηγές Πληροφοριών

      1.1 Βιβλιογραφία

      1. Ασημακόπουλος Α., “Τεχνολογία Ψυκτικών Εγκαταστάσεων”, Αθήνα, 1998
      2. ΙΙΕΚ ΔΕΛΤΑ Θεσσαλονίκης, “Βιβλίο Πιστοποίησης Τεχνικού Εγκαταστάσεων Ψύξης”, Εκδόσεις Γκιούρδας

      4.2 Internet Sites

      1. www.Google.gr

      2. www.AltaVista.com

      3. www.Wikipedia.com

      4. www.pi-schools.gr

      5. www.Carrier.gr

      6. www.Cres.gr

      Θέμα: Σπειροειδείς Συμπιεστές
      Τεχνικός Ψυκτικών Εγκαταστάσεων:Τσαπάρας Γεώργιος

Δεν υπάρχουν σχόλια:
Write Σχολια

Ακολουθήστε με στο twitter και μαθετε ολα τα νεα για τα κλιματιστικα...! https://twitter.com/arisgev
Εγγραφη σε νεα