Мировые новости, №90

Мировой рынок компрессоров

1. Обзор рынка компрессоров

Негативное влияние экономических и погодных факторов не позволило мировому рынку бытовых кондиционеров воздуха в 2014 году продемонстрировать сколь-нибудь заметный рост по сравнению с предыдущим годом. В то же время уверенно рос рынок полупромышленных и коммерческих систем кондиционирования — благодаря масштабному росту объемов городской застройки в развивающихся странах. Как результат — увеличение спроса на спиральные, винтовые и центробежные компрессоры для климатического оборудования (на 5,9%, 6,2% и 12,2% соответственно). Также вырос спрос и на компрессоры для холодильной техники — рост составил 2,1% для устройств поршневого типа, 4,5% — спирального и 12,4% — винтового.

Ротационные компрессоры

Спрос на компрессоры ротационного типа вырос в 2014 году на 10,7%. Если говорить о распределении по регионам, то на долю Юго-Восточной Азии пришлось 12,2 миллиона устройств, доля Китая составила 110 миллионов, Японии — 3,6 миллиона, Бразилии и Индии — по 3,2 миллиона. Объем ближневосточного рынка ротационных компрессоров вырос до 2,6 миллиона штук, доля Европы составила 1,9 миллиона, США — 1,5 миллиона.

Производство ротационных компрессоров сосредоточено в Азии — прежде всего в Китае, а также в Таиланде, Японии и Малайзии. Благодаря развитию технологий ротационные компрессоры применяются сегодня не только в бытовых, но и полупромышленных кондиционерах, в чиллерах, предназначенных как для нужд кондиционирования, так и для использования в холодильных системах.

Компрессоры со сдвоенным ротором, сравнимые по мощности с устройствами спирального типа, все чаще используются в полупромышленных системах кондиционирования и небольших чиллерах. Ротационные компрессоры также применяются в тепловых насосах «воздух — вода». Для увеличения эффективности тепловых насосов, предназначенных для регионов с холодным климатом, были разработаны ротационные компрессоры двухступенчатого сжатия.

В Китае бурный рост массового производства ротационных компрессоров вызвал существенное падение цен на этот вид изделий. Наиболее яростная ценовая конкуренция между производителями наблюдалась в сегменте компрессоров с постоянной скоростью вращения ротора (неинверторных) мощностью около 1 л. с. (700 Вт). Участие в «ценовых войнах» ощутимо бьет по прибыли компаний, поэтому многие производители стараются увеличить долю инверторных компрессоров в общем объеме продукции (а неинверторных, соответственно, уменьшить).

И производство, и продажи инверторных ротационных компрессоров растут отчасти благодаря ужесточению норм минимальной энергоэффективности во многих странах.

Кроме того, увеличивается спрос в таких сегментах рынка, как тепловые насосы «воздух — вода», VRF-системы, чиллеры, где традиционно использовались компрессоры спирального типа, однако в последние годы ведущие производители смогли предложить в качестве альтернативы ротационные компрессоры мощностью от 3 л. с. (2,1 кВт) и выше.

Основным хладагентом для ротационных компрессоров остается гидрохлорфторуглерод R22. При этом в Китае расширяется производство инверторных ротационных компрессоров для работы с ГФУ R410A.

В ближайшей перспективе следует ожидать перехода климатической и холодильной индустрии на хладагенты с низким потенциалом глобального потепления (ПГП), и производители ротационных компрессоров уже сейчас ведут работу в этом направлении.

Так, при поддержке Многостороннего фонда Монреальского протокола в Китае уже созданы компрессоры, работающие с такими перспективными хладагентами, как R32 и R290, однако эти изделия еще не запущены в серийное производство. Япония уже переводит сегмент бытовых кондиционеров на R32, в Индонезии, Малайзии и Таиланде такой переход — дело ближайшего будущего.

Спиральные компрессоры

В 2014 году рынок спиральных компрессоров продемонстрировал небольшой подъем, главным образом за счет роста спроса на данный вид оборудования в США и Китае. Объем рынка США составил 6,17 миллиона компрессоров, Китая — 4,02 миллиона штук. В странах Европы и в Японии было продано соответственно 1,24 и 1,14 миллиона спиральных компрессоров.

Спрос на спиральные компрессоры в климатической индустрии растет, благодаря их широкому применению в VRF-системах и полупромышленных кондиционерах. Кроме того, в Европе компрессоры этого типа традиционно используются в различном холодильном оборудовании. Ужесточение экологических норм, как ожидается, повысит спрос на спиральные компрессоры для высокоэффективных чиллеров с функцией теплового насоса.

Благодаря значительному диапазону мощностей область применения спиральных компрессоров весьма широка. Многие производители компрессоров рассматривают увеличение продаж изделий спирального типа как основное направление стратегии развития.

И хотя недавно появившиеся на рынке мощные ротационные компрессоры (3,5–5 кВт), отличающиеся более низкой себестоимостью, имеют все шансы потеснить изделия спирального типа в их традиционной нише, большинство кондиционеров коммерческого назначения по-прежнему оснащается спиральными компрессорами.

Разработка компрессоров с одной спиралью мощностью до 45 кВт расширила область применения этой технологии сжатия, позволив агрегатам, объединяющим сразу несколько компрессоров, конкурировать с устройствами винтового типа.

За пределами Европы, в США и Японии большинство спиральных компрессоров в системах кондиционирования используют хладагент R22. В холодильной индустрии основным хладагентом является R404A. В Японии наблюдается тенденция к применению R410A в морозильных и холодильных системах, кроме того, широкое распространение получили установки Eco Cute, где в качестве хладагента используется диоксид углерода.

На выставках в Европе и Китае ряд производителей демонстрировали прототипы спиральных компрессоров на R32 и углеводородах, однако к серийному выпуску подобной продукции ни одна компания пока не приступила.

Винтовые компрессоры

Потребность развивающихся стран в винтовых компрессорах обеспечила годовой рост мирового рынка этих изделий на 5,8% — до 148 000 штук.

Спрос на такие компрессоры в климатической индустрии на протяжении нескольких лет остается на одном уровне, а в холодильной отрасли — уверенно растет. Кроме того, рост обеспечивается и развитием сегмента коммерческих и промышленных тепловых насосов.

Крупнейший рынок винтовых компрессоров — Китай, следом идут США и страны Европы.

Компании из США и Японии, как правило, изготавливают винтовые компрессоры для собственных холодильных машин, в то время как европейские производители специализируются на выпуске компрессоров для последующей продажи.

Холодопроизводительность современных винтовых компрессоров достигает 1000 кВт, что близко к максимально возможному значению для этой технологии. В дополнение к моделям со сдвоенным винтом недавно были разработаны трехроторные винтовые компрессоры, отличающиеся более высокой эффективностью и надежностью.

Раньше основным хладагентом для винтовых компрессоров, использовавшихся в сфере кондиционирования воздуха, был R22, сейчас ему на замену пришли такие альтернативы, как R134a и R407С. Инженеры ряда европейских компаний сконструировали компрессоры, работающие на ГФО 1234ze.

Поршневые компрессоры

Спрос на полугерметичные поршневые компрессоры для систем кондиционирования в 2014 году составил 170 000 штук. Вырос спрос на поршневые компрессоры для холодильного оборудования и для применения в тепловых насосах, предназначенных для нагрева воды.

Китайские компании, традиционно поставлявшие в Европу герметичные поршневые компрессоры для коммерческих климатических и холодильных систем, недавно приступили к поглощению европейских производителей.

Разработанные не так давно герметичные поршневые компрессоры на R290 и диоксиде углерода считаются наиболее экологически безопасными устройствами на рынке. Кроме того, появились модели полугерметичных компрессоров, использующих гидрофторолефины и диоксид углерода.

В Европе, Китае и Японии рост спроса на полугерметичные поршневые компрессоры вызван распространением тепловых насосов, использующих в качестве хладагента диоксид углерода.

Центробежные компрессоры

Объем мирового рынка центробежных чиллеров в 2014 году оценивался в 14 920 единиц оборудования, что на 12,2% больше показателей предшествующего года.

Два крупнейших производителя и потребителя чиллеров с компрессорами центробежного типа — США и Китай. Объем рынка центробежных чиллеров в США составил в 2014 году 3050 единиц, в Китае — 4310, в Японии — 450 устройств, значительная часть из которых — с инверторным управлением.

Основная масса центробежных компрессоров и чиллеров на их базе — это продукция компаний из США. В последнее время существенно вырос экспорт чиллеров из США и Китая в страны Ближнего Востока и Юго-Восточной Азии. Ряд производителей при этом приобретают центробежные компрессоры у азиатских компаний, другие же сами изготавливают компрессоры для собственных нужд.

Для удовлетворения потребности ближневосточного рынка в системах централизованного охлаждения производители разрабатывают все более и более мощные компрессоры. В настоящее время холодопроизводительность центробежных чиллеров достигает 14 450 л. с. (10 630 кВт).

Основной хладагент для центробежных компрессоров — R134a. Производители из США и Японии проводят испытания хладагента с низким ПГП ГФО 1234ze в качестве замены ГФУ и ГХФУ. Кроме того, разработаны экологичные холодильные машины с компрессорами центробежного типа, в качестве хладагента в которых используется вода.

В июне 2014 года компания Trane представила центробежный чиллер Series E CenTraVac на хладагенте нового поколения ГФО 1233zd(E).

2. Развитие технологий

С 14 по 17 июля 2014 года в Университете Пердью (Индиана, США) проходили: 22-я Международная инженерная конференция по компрессорам, 15-я Международная конференция по кондиционированию воздуха и охлаждению и 3-я Международная конференция по высокоэффективным строениям. Ниже представлены технологические инновации, оказавшиеся в центре внимания участников Международной инженерной конференции по компрессорам.

Поршневые компрессоры

Исследования, касающиеся поршневых компрессоров, затрагивают множество областей, таких как поведение клапанов, повышение энергоэффективности, снижение уровня шума, уменьшение потерь на преодоление силы трения, улучшение характеристик смазки. Наиболее активными исследователями процессов, происходящих в поршневых компрессорах, показали себя специалисты из Бразилии, на втором месте — Индия, следом идут США и Китай.

Традиционно большой интерес вызывает тема поведения клапанов, которой на конференции ежегодно отводится две сессии. В этом году Ф. Йошизуми (F. Yoshizumi) с коллегами представил детальное исследование задержки открытия клапанов, вызванной залипанием из-за вязкости масляной пленки. Ряд докладов был посвящен анализу поведения клапанов, проводимому при помощи модели жидкостно-структурного взаимодействия (FSI). Группа исследователей во главе с Жозе Луисом Гаше (J. L. Gasche) провела моделирование поведения впускного клапана и сравнила результаты с натурными измерениями. В докладе, подготовленном группой, руководит которой Дж. К. Сильва (J. C. Silva), были представлены результаты анализа напряжений во впускном клапане поршневого компрессора с инверторным приводом. Измерения для этого доклада производились при помощи проволочного тензометра.

Большое количество представленных исследований касалось проблем, связанных с шумом и вибрацией, создаваемыми компрессором во время работы. Команда ученых под руководством Карлоса Эдуардо Вендрами (C. E. Vendrami) исследовала эффективность применения глушителей в компрессорах, предназначенных для холодильного оборудования. В докладе, подготовленном Клаудио де Пеллегрини (C. Pellegrini) и его коллегами, оценивались шумовые характеристики недавно разработанного компрессора с регулируемой производительностью на базе возвратно-поступательного мотора. Исследование показало, что уровень шума такого компрессора существенно ниже, чем у традиционных устройств.

Ротационные компрессоры

Ротационные компрессоры Представленные на конференции работы, касающиеся ротационных компрессоров, были посвящены повышению производительности и надежности оборудования. В одном из докладов говорилось об исследовании компрессора со скользящим поршнем, к которому присоединялись пластина и вал. Цель исследования — определить пути повышения эффективности, изучая поведение пластины и вала методами теоретической механики.

Аналогичное устройство стало предметом еще одного исследования, показавшего, что использование подобной схемы позволяет существенно повысить надежность компрессора, так как позволяет избежать перетекания хладагента между сторонами высокого и низкого давления.

Группа инженеров во главе с Й. Ито (Y. Ito) провела комплексное исследование, проанализировав, как силы трения, толщина масляной пленки и другие аспекты влияют на эффективность процесса сжатия.

Т. Чинен (T. Chinen) и его коллеги подготовили доклад о компрессоре для теплового насоса «воздух — вода», использующего в качестве хладагента диоксид углерода. Коэффициент производительности (COP) такого водонагревателя удалось увеличить за счет повышения эффективности сжатия компрессора и усовершенствования других компонентов устройства.

Дж. Дж. Хугенрот (J. J. Hugenroth) представил описание безмасляного компрессора с качающимся ротором (swing-компрессора) для переносных кислородных концентраторов. В докладе, подготовленном группой инженеров под руководством Дж. Б. Ли (J. B. Lee), говорилось о разработке компрессора для малогабаритных бытовых устройств. Для снижения уровня шума в этом компрессоре был уменьшен внешний диаметр (до 54,8 мм) и применен мотор с регулируемым моментом вращения.

В докладах, прозвучавших на конференции, была затронута и тема внедрения хладагентов с низким потенциалом глобального потепления (ПГП). М. Танака (M. Tanaka) и его коллеги, изучавшие свойства масел, пригодных для применения совместно с хладагентом R32, пришли к выводу, что обеспечить надежность работы компрессора с R32 можно, подобрав соответствующую смазку и используя присадки, повышающие максимально допустимое давление, а также кислотные акцепторы.

Б. Гао (B. Gao) привел результаты исследования, показавшего, что в компрессоре для хладагента R290 (пропана) можно уменьшить расход смазки, усовершенствовав механизм подачи масла. Это позволит также сократить объем хладагента в системе, увеличить производительность и повысить эксплуатационную надежность.

Спиральные компрессоры

Несколько докладов были посвящены повышению производительности и расширению области применения спиральных компрессоров. С. Бертаньолио (S. Bertagnolio) представил компрессор для многокомпрессорных систем, оборудованный механизмом впрыска жидкости и газа. Такая схема дает возможность повысить теплопроизводительность системы и расширить диапазон рабочих мощностей спиральных компрессоров. Ф. Нагаока (F. Nagaoka) рассказал об увеличении мощности 12-киловаттного инверторного компрессора за счет снижения турбулентности масла и усовершенствования способа его подачи, что дополнительно позволит повысить надежность системы.

Спиральные компрессоры Доклад Р. Иидзимы (R. Iijima) был посвящен доказательству того, что сочетание байпаса всасывающего механизма, управляемого путем широтно-импульсной модуляции, с инверторным управлением скоростью вращения ротора, позволяет повысить эффективность работы компрессора при частичной нагрузке. Дж. Рэк (J. Rak) представил безмасляное устройство спирального типа, оборудованное встроенным холодильным контуром. Л. Мендоза (L. Mendoza) рассказал о прототипе компрессора с двумя вращающимися спиралями, собранном и используемом для нагнетания сжатого воздуха

Кроме того, были представлены доклады, касающиеся отдельных элементов спиральных компрессоров. Так,  М. Мотозаки (M. Motozaki), исследовав поведение уплотнительных прокладок, показал, что на их характеристики значительное влияние оказывает профиль канавки под уплотнение. Э. Дж.П. Циммерманн (A.J.P. Zimmermann) показал компрессор с прозрачной верхней частью корпуса, что позволило воочию наблюдать за поведением выпускного клапана и образованием масляных капель.

В представленных докладах также рассматривались: механизм подачи масла в многокомпрессорных системах, оценка производительности компрессоров с несколькими портами впрыска газа, построение диаграмм «давление — объем» (PV-диаграмм) для устройств, оборудованных клапаном предотвращения чрезмерного сжатия, исследование возможностей снижения температуры газов на выходе, связанное с перспективой применения хладагента R32.

Винтовые компрессоры

Что касается винтовых компрессоров, то и здесь в центре внимания участников конференции оказались вопросы, связанные с повышением производительности и расширением области применения устройств этого типа.

В докладе, подготовленном группой инженеров под руководством  М. Д. Бакни (M. D. Buckney), был проведен анализ работы компрессора на основе модели, учитывающей локальную тепловую деформацию. Данный анализ показал влияние величины зазоров, образующихся вследствие деформации, на температуру выходящих газов и объем утечки.

Мохаммад Ардженех (M. Arjeneh) представил исследование двухфазного потока через впускной порт винтового компрессора для сжатия воздуха, продемонстрировав, как впрыск воды в поступающий воздух позволяет регулировать температуру на выходе и повышать эффективность работы устройства.

Еще в одном докладе содержалась оценка влияния впрыска воды на производительность работы компрессора, изготовленного в качестве прототипа, оформленная в виде PV-диаграммы. Кроме того, были рассмотрены элементы бесконтактных уплотнителей, а также рекомендации по подбору роторов в зависимости от требуемой скорости вращения вала компрессора.

Часть исследований была посвящена энергетическим аспектам использования расширителей, в которых реализован цикл Ренкина. Так, М. Рид (M. Read) и его коллеги изучили цикл Ренкина для влажного пара, сконцентрировав внимание на зависимости эффективности процесса от влажности на входе в расширитель. А. Дезидери (A. Desideri) представил одновинтовой расширитель, в котором удалось добиться производительности 7,8 кВт и адиабатической эффективности около 65% за счет утилизации бросового тепла. Группа инженеров во главе с Ивой Пэйпс (T. I. Papes) оценила параметры утечек в расширителе, работающем в цикле Ренкина, используя методы гидродинамики для моделирования поведения неидеального газа и учета влияния газового впрыска. Еще одна группа исследователей под руководством Р. Бидема (R. Biedema) представила этапы создания установки для утилизации грунтового тепла на базе винтового расширителя, работающего в цикле Ренкина.

Другие типы компрессоров и прочие инновации

Темой ряда докладов, представленных на конференции, стали новые нетрадиционные методы и технологии компрессии. Так, в работе, подготовленной командой инженеров под руководством О. Куртулуса (O. Kurtulus), оценивались перспективы производства безмасляных компрессоров для диоксида углерода, разработанных на основе механизма качающегося рычага Сандерсона (SRAM, недавно изобретенной конструкции, эффективно преобразующей поступательное движение во вращательное). Данное устройство позволяет достичь объемной эффективности в 95%, а адиабатической эффективности — в 75%.

В докладе М. Хейдари (M. Heidari) предложен новый поршневой механизм, главное отличие которого от уже существующих — оребрение, обеспечивающее изотермический характер процесса сжатия.

В еще одном исследовании (автор — Н. А. Джеймс (N. A. James)) цикл Эриксона сравнивается с другими термодинамическим циклами, используемыми в современных компрессорах.

Несколько докладов были посвящены перспективам коммерческого применения spool-компрессоров — устройств, представляющих собой разновидность роторно-пластинчатого механизма.

Разумеется, на конференции звучало множество докладов о компрессорах центробежного типа. Й. Шиффманн (J. Schiffmann) представил созданный им прототип сверхмалого безмасляного компрессора с газовой подвеской. Конструктор считает, что подобная схема позволяет добиться более высокой эффективности, чем у существующих аналогов.

Т. Уолтер (T. Walter) с коллегами подготовили доклад о возможности применения центробежных компрессоров в качестве устройства наддува (компрессора первой ступени) совместно с компрессором объемного сжатия с целью повышения эффективности тепловых насосов, предназначенных для работы в холодном климате.

3. Технические тенденции в разработке компрессоров большой мощности

Одна из самых заметных новейших тенденций в конструировании компрессоров большой мощности (винтового и центробежного типов) — внедрение частотно-регулируемых приводов (VFD-моторов), обеспечивающих значительное повышение сезонной эффективности. Кроме того, в компрессорах большой мощности вслед за устройствами ротационного и спирального типов стали применяться электромоторы с постоянными магнитами (PM-двигатели). Сегодня еще одним направлением развития сегмента компрессоров большой мощности стало сочетание PM-двигателей с технологией безмасляного подвеса ротора. Применение инноваций позволило за последние пять лет увеличить холодильную мощность чиллеров до 1500 холодильных тонн (около 5275 кВт).

Что касается хладагентов, то сейчас во всем мире ведутся разработки компрессоров для веществ с низким потенциалом глобального потепления (ПГП).

Центробежные компрессоры

Центробежные компрессоры Принцип действия устройств центробежного типа отличается от компрессоров объемного сжатия, здесь давление рабочей среды повышается за счет скорости вращения крыльчатки. Для повышения степени сжатия компрессора нужно либо повышать скорость вращения, либо использовать несколько крыльчаток.

Как правило, для ускорения вращения крыльчатки применяется повышающая передача, при этом производительность компрессора регулируется за счет открытия и закрытия лопатки направляющего аппарата, установленного на входе в компрессор.

Однако в последнее время все большее распространение получает метод управления производительностью путем уменьшения скорости вращения крыльчатки с помощью частотно-регулируемого привода.

Параметры работы центробежного компрессора можно выразить формулой:

Потребляемая мощность α (об/мин)3.

Это выражение означает, что со снижением частоты вращения существенно снижается потребляемая компрессором мощность. Следовательно, уменьшение частоты вращения крыльчатки при неполной нагрузке способствует значительному энергосбережению.

Развитие электроники позволило сделать частотно-регулируемые приводы компактнее и дешевле, а алгоритмы управления — совершеннее.

В настоящее время в 80% центробежных чиллеров, продаваемых в США, используются частотно-регулируемые приводы. Как правило, частотное регулирование применяется для снижения скорости вращения традиционных индукционных электромоторов переменного тока.

Технически очень сложно создать установку, в которой бы крыльчатка, соединенная напрямую с индукционным электродвигателем, вращалась со скоростью, превышающей 10 000 оборотов в минуту.

Эту проблему удалось решить компании Danfoss Turbocor Compressors Inc., разработавшей компактный центробежный компрессор с крыльчаткой, напрямую соединенной с мотором с постоянными магнитами. В данной конструкции применяется безмасляный магнитный подвес вала.

Для увеличения холодильной мощности подобных устройств до 200 холодильных тонн (700 кВт) и выше требуются мощные электромоторы с постоянными магнитами, создание которых сопряжено с рядом технологических проблем.

Центробежные компрессоры Используя новейшие разработки в области электроники и алгоритмов управления, компании Daikin, Trane и Johnsons Controls создали безмасляные центробежные компрессоры холодопроизводительностью свыше 700 кВт с мотором на постоянных магнитах и валом на магнитном подвесе или на керамических подшипниках, смазываемых хладагентом.

Mitsubishi Heavy Industries, Gree и Midea также разработали безмасляные центробежные компрессоры с мотором на постоянных магнитах. Недавно Danfoss-Turbocor выпустила подобный компрессор производительностью до 350 холодильных тонн (около 1200 кВт).

Помимо упомянутых выше технологий в последнее время большое внимание уделяется разработке и внедрению подшипников с газовой смазкой.

В США производятся, как правило, одноступенчатые центробежные чиллеры, исключение составляют лишь машины на базе многоступенчатых компрессоров для хладагентов с низким рабочим давлением. Это связано с тем, что климат на территории США боле умеренный, чем в странах Азии, и преимущества в эффективности двухступенчатых систем с экономайзером не перевешивают там их высокой начальной стоимости. В то же время в Азиатском регионе именно двухступенчатые системы с экономайзером — основной тип центробежного чиллера на рынке.

Параметры энергоснабжения различаются от страны к стране и от региона к региону. Как правило, для питания чиллеров производительностью свыше 1500 холодильных тонн (5275 кВт) используется среднее и высокое напряжение — от 3 до 13 киловольт. Рост производительности и распространение холодильных машин порождает спрос на высоковольтные электромоторы. Сегодня на рынке доступны практически все типы полугерметичных высоковольтных моторов.

Однако системы частотного регулирования (VFD) для таких моторов чрезвычайно дороги. Снижение цены этих систем — дело ближайшего будущего.

Почти все современные центробежные чиллеры используют хладагент ГФУ 134a. Возможность применения веществ с более низким ПГП пока только изучается. Одна из перспективных альтернатив — ГФО 1234ze c ПГП, равным 6. Этот хладагент имеет схожие с ГФУ 134a характеристики, и для использования его в уже имеющихся холодильных машинах потребуется лишь незначительная доработка. Однако применению данного вещества препятствует его воспламеняемость (по шкале ASHRAE степень его опасности обозначается как A2L). Тем не менее испытания ГФО 1234ze ведут производители как компрессоров, так и хладагентов. В Европе натурные испытания уже завершены и их результаты подтверждают эффективность использования этого хладагента.

В то же время экологичной замены для ГХФУ 123 — хладагента с низким рабочим давлением, который в силу опасности для озонового слоя должен в ближайшее время быть полностью выведен из употребления, — до последнего времени не было.

В 2014 году на европейском рынке появились чиллеры, использующие хладагент ГФО 1233zd(E) с низким рабочим давлением и ПГП менее 5. Эффективность чиллеров на новом хладагенте сравнима с характеристиками машин на ГХФУ 123. При этом степень опасности ГФО 1233zd(E) — A1, то есть он невоспламеняем и нетоксичен (в то время как ГХФУ 123 — ядовит).

Винтовые компрессоры

Существует огромное количество видов винтовых компрессоров средней и большой мощности: с одним, двумя или тремя роторами, полугерметичные, открытые…

Они используются в промышленных холодильных системах, чиллерах с воздушным и водяным охлаждением, тепловых насосах и теплоаккумуляторах.

Эти компрессоры могут работать с ГФУ, ГФО, природными хладагентами (аммиаком, диоксидом углерода, пропаном).

С развитием возобновляемой энергетики, к которой относятся и тепловые насосы, увеличивается потребность в винтовых компрессорах, наилучшим образом подходящих для применения в таких устройствах.

Значимой вехой в развитии винтовых компрессоров стала разработка для них метода плавного изменения скорости вращения путем частотного регулирования. Для винтовых компрессоров зависимость потребляемой мощности от скорости вращения выглядит иначе, чем для устройств центробежного типа. Регулирование скорости позволяет избежать потерь, возникающих при отводе газа через плоский золотник, увеличив тем самым эффективность при частичной нагрузке. Измерения показывают, что плавное изменение скорости вращения способно поднять интегральный показатель эффективности при частичной нагрузке на 39%. Кроме того, регулирование частоты вращения обеспечивает стабильную работу при самой малой нагрузке, так как в этом случае отсутствует опасность возникновения «помпажа».

Японская компания Kobelco первой разработала двухступенчатый полугерметичный компрессор с мотором на постоянных магнитах. Благодаря такому мотору, эффективность которого практически не меняется в зависимости от температуры, компрессор способен развивать достаточную мощность даже в мороз от –30 до –60 оС. Недавно эта двухступенчатая схема была адаптирована для применения в тепловых насосах для нагрева воды до 90 оС. Вода такой высокой температуры используется для чистки и стерилизации продуктов в пищевой промышленности.

Для чиллеров, предназначенных для систем кондиционирования воздуха, производители из США, такие как Carrier и Johnson Controls, производят полугерметичные компрессоры с частотным регулированием. Как правило, в таких чиллерах (и с водяным, и с воздушным охлаждением конденсатора) частотное регулирование используется в сочетании с обычными индукционными электродвигателями. Тем не менее недавно компания Trane выпустила чиллер с воздушным охлаждением, где использован винтовой компрессор с мотором на постоянных магнитах и системой регулирования скорости. Холодильная мощность устройства — 525–1050 кВт. Такие же моторы используются в недавних разработках Daikin и Bitzer.

Несмотря на то что моторы на постоянных магнитах позволяют снизить энергопотребление, их цена все еще значительно выше, чем у индукционных электродвигателей. Однако рост массового производства позволит уменьшить стоимость, что наверняка поспособствует широкому распространению моторов на постоянных магнитах.

Переход на хладагенты с низким ПГП не требует внесения значительных изменений в конструкцию устройств винтового типа.

Аммиак уже широко применяется в промышленном холодильном оборудовании. Этот хладагент обеспечивает высокую производительность, он безопасен для окружающей среды, однако токсичен и имеет степень воспламеняемости 2L. Аммиак вступает в реакцию с медью, поэтому в компрессорах и теплообмениках аммиачных систем используются только сталь и алюминий.

В компрессорах открытого типа существует опасность утечки аммиака через уплотнители вала. Чтобы избежать этого, Mayekawa и Kobelco разработали полугерметичные винтовые компрессоры. Обмотки используемых в них моторов на постоянных магнитах изготовлены из алюминия.

По материалам JARN



наши проекты
  • АПИК
  • Университет климата
  • Выставка «Мир климата»
  • АПИК-тест