Konstruktor, przystępując do zaprojektowania urządzenia chłodniczego lub pompy ciepła, opiera się na założeniach, które obejmują głównie: parametry pracy, wydajność i jej zmienność, dokładność utrzymania temperatury, współpracę z innymi urządzeniami i na tej bazie dobiera odpowiednią sprężarkę lub ich zespół. Sprężarki spiralne SANYO znajdują zastosowanie praktycznie w całym obszarze temperaturowym działania techniki chłodniczej, począwszy od parametrów dla mroźni, poprzez chłodnictwo średniotemperaturowe, obszar klimatyzacji, do pomp ciepła.

Asortyment sprężarek spiralnych

     Podstawowy szereg produkcyjny opiera się na dwóch modelach konstrukcyjnych C-SB i C-SC. Każdy z nich wykonywany jest w serii singiel i tandem oraz w dwóch odmianach wymiarowych. Trzeci model to C-SC przeznaczony do napędu inverterowego AC, wykonany na bazie modelu C-SB i czwarty C-SD do napędu inverterowego DC.

     Ciąg wielkości związany z wydajnością oparty jest na mocach silników napędowych, których zasadnicze wartości wyrażone w jednostce HP to:

• 3,5; 4.0; 4,5; 5.0; 6.0; (7,0) dla C-SB,
• 8,0; 9,0; 10.0; 11,0; 12,0; (13,0); (15,0) dla C-SC,

     przy czym w różnych aplikacjach stosowane są różne ciągi mocy silników.

     Dla każdej wielkości silnika przypisana jest wydajność objętościowa sprężarki wyrażona w cm³/obr. (cm³ na jeden obrót wału). Jest to wielkość konstrukcyjna i zależy od rodzaju czynnika chłodniczego, dla którego sprężarka jest dedykowana. I tak dla czynników R22, R404A i R407C wielkości te są jednakowe, natomiast zdecydowanie mniejsze wartości stosowane są dla R410A, co jest związane z dużą właściwą pracą sprężania tego czynnika.

     Przykładowe wartości objętości skokowej przedstawiono w tabeli 1

Zasilanie elektryczne

     Sprężarki produkowane są w różnych wersjach silnikowych, przy czym na rynek europejski głównie dla zasilania 50 Hz:

• 1 faza (50 Hz, 220-240V) dla mocy 3,5÷5,8 HP,
• 3 fazy (50 Hz, 380-415V) pełen zakres.

     Zasilanie sprężarek z napędem inverterowym:

• inverter AC – 3f.
• inverter DC – 1f., 3f.

     Wyodrębnić można kilkadziesiąt wersji sprężarek pozwalających na zastosowanie ich w różnych instalacjach chłodniczych, w pełnym przedziale temperatury zakresu chłodniczego, klimatyzacyjnego oraz pomp ciepła.

     Sprężarki przystosowane są do pracy z czynnikami: R22; R134a; R404A; R407C i R410A.

 Rys1. Przekroje sprężarek modelu C-SB i S-SC

Budowa sprężarek

     Sprężarki modelu C-SB wykonane są w wymiarze średnicy płaszcza 176,4 mm o jednej dla wszystkich wysokości wynoszącej 451,4 mm. Średnice przyłączy wynoszą odpowiednio:

• króciec ssawny 7/8” (22,22 mm),
• króciec tłoczny ½” (12,7 mm).

     Króciec tłoczny umieszczony jest w górnej czaszy obudowy, natomiast króciec ssawny, w strefie górnej części silnika napędowego. Wszystkie łożyska ślizgowe wykonane są z odpowiedniego stopu brązu i impregnowane teflonem, co minimalizuje tarcie przy jednoczesnej odporności na wysokie temperatury i zapewnieniu właściwego smarowania. Uszczelnienia czołowe spiral z żywicy PPS poprawiają efektywność wolumetryczną sprężarek. Sprężarki wyposażono w cichy zawór zwrotny w części tłocznej, obniżający znacznie głośność sprężarki. Przeciwwagi umieszczone na wale napędowym zapewniają właściwy rozkład sił masowych, co gwarantuje stabilną pracę bez wibracji.

     W sprężarkach modelu C-SC zastosowano płaszcz o średnicy 209,0 mm i dwie wysokości sprężarek: dla silników o mocy 8,0 i 9,0 HP – 538,0 mm (kod projektowy D) a dla pozostałych silników – 553,0 mm (kod proj. E). Króciec tłoczny, o średnicy ¾” (19,05 mm), umieszczony jest w czaszy górnej, a króciec ssawny, o średnicy 1” (25,4 mm), w dolnej części uzwojenia silnika z uwagi na konieczność intensywniejszego chłodzenia silnika.

     Wał napędowy wyposażony został w łożyska główne toczne: górne – wałeczkowe, dolne – kulkowe. Łożysko czopa korbowego napędzającego spiralę orbitującą – ślizgowe jak w sprężarkach modelu C-SB. Pozostałe rozwiązania podobnie.

     Silniki sprężarek, asynchroniczne, zarówno jedno- jak i trójfazowe dla częstotliwości sieci 50 Hz mają obroty zbliżone do 2900 obr./min.

     Sprężarki inverterowe systemu AC w budowie zostały oparte na modelu C-SB. Zwiększona została tutaj całkowita wysokość sprężarki o 17,7 mm co spowodowało zwiększenie pojemności miski olejowej o około 20%. Poprawiło to zdolności smarowania podczas pracy przy obniżonych obrotach. Pozostałe wymiary, rozstawy i średnice króćców nie uległy zmianie. Silniki asynchro niczne przystosowane są do pracy przy zmiennych częstotliwościach i zmiennym napięciu zasilania.

     Sprężarki inverterowe systemu DC (C-SD) w swojej budowie również wywodzą się z modelu C-SB, lecz posiadają kilka istotnych zmian konstrukcyjnych, a mianowicie:

• króciec ssawny umieszczony w górnej czaszy sprężarki połączony jest z konstrukcją spirali stałej, co powoduje że zasysane pary dopływają bezpośrednio do przestrzeni ssawnej spiral,
• wytłaczane pary o wysokim ciśnieniu wypełniają przestrzeń wewnętrzną obudowy sprężarki i odprowadzane są na zewnątrz króćcem tłocznym usytuowanym pomiędzy korpusem łożyska górnego a silnikiem,
• silnik prądu stałego zajmuje mniejszą przestrzeń niż silniki indukcyjne i pracuje w podwyższonej temperaturze odpowiadającej temperaturze tłoczenia. Obroty silnika mogą się zmieniać w przedziale 1800÷5400 obr./min,
• spirala orbitująca podparta jest na pierścieniu ślizgowym, redukującym znacznie opory tarcia,
• zastosowanie silnika prądu stałego podwyższa jego sprawność o około 8% w stosunku do odpowiedniego silnika prądu przemiennego.

 Rys2. Sprężarka z napędem invertowym DC

     Doprowadzenie gazu zasysanego bezpośrednio do sprężarki z pominięciem chłodzenia uzwojeń silnika, nie powodujące dodatkowego ich przegrzania, podnosi wydajność masową sprężarki, co przekłada się bezpośrednio na wzrost wydajności chłodniczej. Ze względu na zasysane pary bezpośrednio do przestrzeni ssawnej spiral, wskazane jest instalowanie skutecznego osuszacza na rurociągu ssawnym. Wytłaczanie sprężonego gazu do przestrzeni obudowy sprężarki, gdzie zmniejsza się wielokrotnie prędkość przepływu, powoduje, że przestrzeń ta działa jak odolejacz, co obniża unoszenie oleju do instalacji poza sprężarką. Oddzielony olej spływa bezpośrednio do miski olejowej.

     Sprężarki poziome to sprężarki o ułożeniu poziomym, których wysokość całkowita wynosi tylko 180 mm. Wykonywane są w dwóch wersjach wydajności i przeznaczone do montażu w ograniczonej przestrzeni np. pojazdy, stropy podwieszane itp.

Głośność sprężarek

     Ogólnie biorąc sprężarki spiralne charakteryzują się niskim poziomem głośności w odniesieniu do innych rodzajów sprężarek. Głównymi źródłami hałasu są: zawór zwrotny tłoczenia oraz sprzęgło Oldhama. Przez zastosowanie cichego zaworu w sprężarkach SANYO poziom głośności jest wyjątkowo niski i wynosi przeciętnie dla:

• C-SB – 56÷59 dB(A),
• C-SC – 66÷69 dB(A),

     mierzone w odległości 1 m.

Zabezpieczenie wewnętrzne

     Sprężarki z silnikami prądu przemiennego posiadają wbudowany wewnętrzny bezpiecznik reagujący na przeciążenie prądowe oraz zbyt wysoką temperaturę zarówno uzwojenia jak i wnętrza sprężarki. Po zadziałaniu bezpiecznika a następnie ustaniu przyczyny zadziałania, bezpiecznik resetuje się automatycznie, pozwalając na dalszą pracę sprężarki.

Aplikacje

     Sprężarki spiralne SANYO mają zastosowanie praktycznie w całym obszarze temperaturowym działania techniki chłodniczej, począwszy od parametrów dla mroźni, poprzez chłodnictwo średniotemperaturowe, obszar klimatyzacji do pomp ciepła.

Przedstawione wykresy zastosowań sprężarek dla poszczególnych czynników chłodniczych obrazują zarówno podstawowe jak i krótkotrwałe obszary pracy.

Sprężarki na czynnik R407C

     Dla czynnika chłodniczego R407C możliwe są dwa obszary zastosowań. Pierwszy dla chłodnictwa i klimatyzacji (MBP i HBP), drugi natomiast dla pomp ciepła.

     Dla zastosowań w urządzeniach chłodniczych i klimatyzacyjnych zakres dopuszczalnych wartości podstawowych parametrów pracy jest szeroki (to = -15÷+12ºC i tk = 60ºC), dając duże możliwości aplikacyjne również dla urządzeń z odzyskiem ciepła.

     Dla tego czynnika chłodniczego dostępna jest również grupa sprężarek o podwyższonym współczynniku COP – Hi-COP Models. Wartości COP wynoszą powyżej 3,1 dla modeli o mocach silników do 5,5 HP.

     Zakres parametrów pracy w zastosowaniu sprężarek do urządzeń chłodniczych i klimatyzacyjnych przedstawia wykres stosowalności, przy przegrzaniu par na ssaniu wynoszącym 9 K (rys. 3.).

     Sprężarki przeznaczone do zastosowania w pompach ciepła mają w swej konstrukcji możliwość zastosowania wtrysku pary lub cieczy w strefę sprężania, przez co obniża się końcową temperaturę tłoczenia, przy jednoczesnym podwyższeniu wydajności masowej sprężarki. Instalacja wtrysku pary połączona jest z zastosowaniem ekonomizera, co w sumie daje efekt w postaci zwiększonej wydajności grzewczej nawet do 14%.

     Dla obszaru ograniczonego przerywaną linią czerwoną (rys. 4.) należy stosować wtrysk cieczy.

     Jak wynika z przedstawionego wykresu, obszar stosowania jest bardzo duży zarówno w strefie temperatury parowania jaki skraplania, co przekłada się na możliwości zastosowania praktycznego sprężarek.

Rys,3 Obszar zastosowania sprężarek dla chłodnictwa i klimatyzacji

Rys4. Obszar stosowania sprężarek dla pomp ciepła (z wtryskiem)

Sprężarki pracujące z czynnikiem R410A

     Sprężarki pracujące z czynnikiem R410A przeznaczone są do zastosowań w przedziale temperatury dla układów klimatyzacyjnych, jak i chłodnictwa średniotemperaturowego.

     Należy pamiętać, iż stosowanie wysokiej temperatury skraplania powoduje znaczny wzrost ciśnienia tłoczenia. Zalecane jest utrzymywanie temperatury skraplania w okolicy 50ºC, co ma wpływ również na wartość COP.

     Temperatura tłoczenia nie powinna przekraczać 115 a chwilowo 130ºC.

     Sprężarki pracujące z tym czynnikiem występują również w wersji Hi-COP Models, w pełnym zakresie mocy silników (również wydajności), tj. od 3,5 do 15 HP. Własności czynnika sugerują stosowanie sprężarek szczególnie w zakresie parametrów klimatyzacyjnych. Wykonania sprężarek występują w wersjach konstrukcyjnych: singiel, tandem oraz inverter-tandem.

Rys.5 Obszar stosowania sprężarek z czynnikiem R 410A

Sprężarki na czynnik R404A

    Jak wynika z przedstawionego wykresu na rysunku 6., stosowalność sprężarek pracujących z czynnikiem R404A w zakresie zastosowań dla chłodnictwa i klimatyzacji (MBP i HBP) jest bardzo duża.

     Dla obszaru zastosowań niskotemperaturowych (LBP), przeznaczone są sprężarki oznaczone w opisie modelu literką L. Są one konstrukcyjnie przystosowane do wtrysku cieczy chłodzącej podczas sprężania, co pozwala na kontrolę temperatury tłoczenia. Ograniczona jest, w porównaniu z pozostałymi sprężarkami, temperatura skraplania, wynosząca dla pracy ciągłej 50ºC. Przy zastosowaniu odpowiednio dużych skraplaczy, utrzymanie odpowiedniej temperatury skraplania nie stanowi problemu.

     Sprężarki te mogą być również kojarzone w zestawy tandem. Na rysunku 7. przedstawiony jest obszar możliwych zastosowań tych sprężarek.

Rys.6 Obszar stosowalności sprężarek na czynnik  R404A dla chłodnictwa i klimatyzacji.

Rys. 7. Obszar stosowania sprężarek niskotemperaturowych (z wtryskiem cieczy)

Sprężarki na R134a

     Sprężarki pracujące z tym czynnikiem stosowane są w instalacjach, gdzie wymagany jest niskociśnieniowy obieg chłodniczy, a szczególnie tam, gdzie do chłodzenia skraplacza stosowane jest medium o wysokiej temperaturze. Dotyczy to np. klimatyzatorów przemysłowych pracujących w hutach, kopalniach i w rozwiązaniach specjalnych.

     Obszar stosowania przedstawia rysunek 8.

Rys. 8 Obszar stosowania sprężarek dla chłodnictwa i klimatyzacji.

Rys.9 Zależność napięcia zasilania od częstotliwości prądu invertera AC

Rys. 10 Zmiana wydajności sprężarki w funkcji częstotliwości prądu

Rys. 11 Obszar pracy sprężarki z napędem inverterowym AC.

 Rys. 12 Wartość napięcia zasilającego w funkcji częstotliwości dla invertera DC.

Rys. 13 Obszar pracy sprężarek inverter DC dla czynnika R410A.

Rys. 14 Wydajność systemu tandem: sprężarka o stałych obrotach + inverter DC

Sprężarki inverterowe

Invertery prądu przemiennego AC

      Zmienne obroty silnika sprężarki uzyskuje się poprzez zmianę częstotliwości oraz napięcia zasilania przy prawie niezmiennym prądzie zasilania. Częstotliwość zmienia się w przedziale 30÷90 (120) Hz, co przedstawia rysunku 9.

     W wyniku zmiany obrotów i odpowiedniej mocy silnika, uzyskuje się charakterystykę zmiennej wydajności chłodniczej. Rysunek 10. przedstawia przykład zmiany wydajności od 4 do 18 kW, co w odniesieniu do częstotliwości bazowej 50 Hz daje zmianę -60% ÷ +80%.

     W efekcie uzyskuje się możliwość regulacji nawet w zakresie 15 ÷ 100% maksymalnej wydajności sprężarki. Zastosowanie sprężarek inverterowych możliwe jest w układach nisko-, średnio- i wysokotemperaturowych.

Invertery prądu stałego DC

      W sprężarkach inwerterowych prądu stałego, dzięki walorom przedstawionym w rozdziale dotyczącym budowy, uzyskuje się wyższą wartość COP oraz większy obszar stosowalności, co przedstawia rysunek 13. Wartość napięcia zasilającego zmienia się podobnie jak w inverterach AC, przy czym dodatkowo wymaga przekształcenia na prąd stały.

Systemy tandem i wielosprężarkowe

     Wszystkie modele sprężarek wykonywane są również w wersji tandem, posiadającej króciec wyrównania poziomu oleju. Dostępne są także wersje z wziernikiem poziomu oleju.

     Wersja bez wziernika pozwala na łączenie dwóch sprężarek w układy tandem z prostym systemem wyrównania oleju – rurką wyrównawczą. Sprężarki wyposażone dodatkowo we wzierniki poziomu oleju, mogą mieć zastosowany indywidualny regulator poziomu oleju, przez co mogą być instalowane w wielosprężarkowych systemach sprężających. Zarówno w wersji tandem jak i w wersji wielosprężarkowej stosować można sprężarki o takich samych oraz o różnych wydajnościach w ramach tej samej wersji wymiarowej. Pozwala to uzyskać większą liczbę stopni regulacji wydajności zespołu. Szczególnie korzystnym rozwiązaniem jest łączenie w układ tandem sprężarki z napędem stałym i sprężarki z napędem inverterowym, dający możliwość precyzyjnej regulacji w dużym przedziale zmienności wydajności chłodniczej. Rysunek 14. przedstawia przykład zestawu sprężarek, którego wydajność zmienia się ośmiokrotnie. Możliwe są zestawy kilku sprężarek o stałych obrotach z jedną sprężarką inverterową.

     Na życzenie klienta mogą być dostarczone gotowe zestawy tandem w wykonaniu fabrycznym.

Dobór sprężarek

     Do precyzyjnego doboru sprężarek do określonej aplikacji pomocny jest program doboru Sanyo Selection Software 1.4.2. Wstępnego doboru dokonać można, korzystając z katalogu, przy czym należy zwracać uwagę na parametry obiegu, dla których wydajność jest podawana. W kwestiach wątpliwych należy zwrócić się do dystrybutora w celu ich wyjaśnienia.

Dostępność

     Sprężarki dostępne są z magazynu dystrybutora we wszystkich modelach ujętych w cenniku oraz w wykonaniach specjalnych. Mogą być dostarczane pojedynczo lub w opakowaniach zbiorczych – paletowych.