Расчет спирального компрессора

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Казанский национальный исследовательский

технологический университет

И. О. Фамилия

РАСЧЕТ СПИРАЛЬНОГО 

КОМПРЕССОРА

Учебное пособие

Казань

Издательство КНИТУ

2022

УДК 621.514.001.24(075)
ББК 31.76-02я7

Р24

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. В. Л. Юша

канд. техн. наук, доц. Н. В. Соколов

Р24

Авторы: Е. Р. Ибрагимов, О. Ю. Паранина, А. Ф. Сарманаева, 
Ю. А. Паранин
Расчет спирального компрессора : учебное пособие / Е. Р. Ибрагимов, 
О. Ю. Паранина, А. Ф. Сарманаева, Ю. А. Паранин; Минобрна-
уки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во 
КНИТУ, 2022. – 100 с.

ISBN 978-5-7882-3162-4

Изложены особенности принципа действия и конструктивного испол-

нения спиральных компрессоров, представлена методика и последовательность 
выполнения расчета спирального компрессора. Приведены примеры 
термодинамического расчета спирального компрессора, расчета основных геометрических 
параметров спирали, а также расчета сил и моментов, действующих 
в спиральном компрессоре. 

Предназначено для магистров, обучающихся по направлению 15.04.02 

«Технологические машины и оборудование» по программе «Компрессорные 
установки и газоперекачивающие агрегаты для добычи, транспортировки и переработки 
нефти и газа».

Подготовлено на кафедре компрессорных машин и установок.

ISBN 978-5-7882-3162-4
© Ибрагимов Е. Р., Паранина О. Ю., 

Сарманаева А. Ф., Паранин Ю. А., 2022

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2022

УДК 621.514.001.24(075)
ББК 31.76-02я7

С о д е р ж а н и е

Введение................................................................................................................................5

1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СПИРАЛЬНЫХ 
КОМПРЕССОРОВ................................................................................................................7

2. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ СПИРАЛЬНЫХ КОМПРЕССОРОВ ..........................12

3. МЕТОДИКА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ХОЛОДИЛЬНЫХ 
СПИРАЛЬНЫХ КОМПРЕССОРОВ С ВПРЫСКОМ МАСЛА ......................................20

4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОЛИЧЕСТВА МАСЛА......................................................26

5. МЕТОДИКА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ХОЛОДИЛЬНЫХ 
СПИРАЛЬНЫХ КОМПРЕССОРОВ СУХОГО СЖАТИЯ..............................................28

6. ВЫБОР БАЗЫ СПИРАЛЬНОГО КОМПРЕССОРА И РАСЧЕТ 
ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СПИРАЛИ .........................................................34

7. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ГАЗОВЫХ СИЛ И МОМЕНТОВ, ДЕЙСТВУЮЩИХ 
НА РАБОЧИЕ ЭЛЕМЕНТЫ СПИРАЛЬНОГО КОМПРЕССОРА.................................36

7.1. Расчет радиальных сил...........................................................................................39

7.2. Расчет осевых сил ...................................................................................................43

7.3. Расчет крутящего момента от радиальных сил ....................................................44

7.4. Расчет опрокидывающего момента от радиальных сил ......................................45

7.5. Расчет момента от осевых сил ...............................................................................46

8. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ХОЛОДИЛЬНОГО СПИРАЛЬНОГО 
КОМПРЕССОРА С ВПРЫСКОМ МАСЛА .....................................................................49

9. РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА МАСЛА НА ВПРЫСК........................................................55

10. ВЫБОР БАЗЫ СПИРАЛЬНОГО КОМПРЕССОРА С ВПРЫСКОМ МАСЛА И 
РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СПИРАЛИ .........................................57

11. РАСЧЕТ ГАЗОВЫХ СИЛ И МОМЕНТОВ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА РАБОЧИЕ 
ЭЛЕМЕНТЫ СПИРАЛЬНОГО КОМПРЕССОРА С ВПРЫСКОМ МАСЛА................58

11.1. Расчет радиальных сил .........................................................................................58

11.2. Расчет осевых сил .................................................................................................63

11.3. Расчет крутящего момента от радиальных сил ..................................................65

11.4. Расчет опрокидывающего момента от радиальных сил ....................................67

11.5. Расчет момента от осевых сил .............................................................................68

11.6. Результаты расчетов сил и моментов..................................................................70

12. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ХОЛОДИЛЬНОГО СПИРАЛЬНОГО
КОМПРЕССОРА СУХОГО СЖАТИЯ .............................................................................71

13. ВЫБОР БАЗЫ СПИРАЛЬНОГО КОМПРЕССОРА СУХОГО СЖАТИЯ 
И РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СПИРАЛИ .....................................77

14. РАСЧЕТ ГАЗОВЫХ СИЛ И МОМЕНТОВ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА РАБОЧИЕ 
ЭЛЕМЕНТЫ СПИРАЛЬНОГО КОМПРЕССОРА СУХОГО СЖАТИЯ........................78

14.1. Расчет радиальных сил .........................................................................................78

14.2. Расчет осевых сил .................................................................................................83

14.3. Расчет крутящего момента от радиальных сил ..................................................85

14.4. Расчет опрокидывающего момента от радиальных сил ....................................86

14.5. Расчет момента от осевых сил .............................................................................87

14.6. Результаты расчетов сил и моментов..................................................................90

Библиографический список ...............................................................................................91

Приложения ........................................................................................................................92

Приложение А................................................................................................................92

Приложение Б ................................................................................................................93

Приложение В................................................................................................................94

Приложение Г ................................................................................................................95

Приложение Д................................................................................................................96

Приложение Е ................................................................................................................97

Приложение Ж ...............................................................................................................98

В В Е Д Е Н И Е

В 80-е годы ХХ века на мировом рынке появился новый тип ком-

прессора объемного сжатия – спиральный компрессор (СПК). Японская 
компания Hitachi выпустила первый спиральный компрессор, который 
был использован в воздушном кондиционере.

СПК чаще всего применяют в системах кондиционирования воз-

духа (на транспорте, в производственных помещениях), в холодильной 
промышленности, торговле (для хранения продуктов: в морозильниках,
охлаждаемых прилавках и т. п.), в тепловых насосах, медицинском оборудовании (
в стоматологии, медицинской технике и т. п.), для пневмо-
оборудования на пищевом производстве (при фасовке продуктов, сортировке, 
смешивании, просеивании и упаковке), в фармацевтической
и химической промышленности, в полиграфии, и даже для наддува двигателей 
внутреннего сгорания, а также в системе вентиляции салона автомобилей. 


СПК относится к классу роторных компрессорных машин объем-

ного сжатия малой и средней производительности и обладает рядом 
значительных преимуществ по сравнению с другими типами компрес-
соров1:

– высокая надежность и долговечность вследствие меньшего коли-

чества деталей (по сравнению с поршневым компрессором той же производительности – 
примерно в 2,5 раза);

– значительно меньшие габариты
(приблизительно на 40 %) 

и масса (на 15–20 %), чем у других известных типов компрессоров при 
одинаковой производительности; 

– низкий уровень вибраций и шума вследствие небольших скоро-

стей движения газа в машине;

– высокий эффективный КПД; 
– отсутствие «мертвого объема». Оставшееся невытесненным ра-

бочее вещество неидентично газу «мертвого объема» поршневого 

1 Кочетова Г. С., Сакун И. А. Состояние и направление развития спиральных 
компрессоров. Москва: Цинтихимнефтемаш, 1988. 57 с.; Бараненко А. В., Бухарин 
Н. Н., Пекарев В. Н. [и др.]. Холодильные машины: учебник для студентов. 
Санкт-Петербург: Политехника, 1997. 992 с.

компрессора, так как его наличие практически не влияет на полноту 
наполнения полостей всасывания свежим зарядом рабочего вещества; 

– достаточно эффективная регулировка производительности про-

стым изменением числа оборотов приводного вала;

– наличие всасывающего и нагнетательного клапанов необяза-

тельно; 

– отсутствие теплообмена с горячими стенками цилиндра при вса-

сывании (высокий объемный коэффициент);

– малая доля протечек. 
Разработка, изготовление и дальнейшее производство спиральных 

компрессоров – это чрезвычайно выгодно, так как потребность мирового 
и российского рынка в них достаточно велика в настоящее время 
и имеет тенденцию к дальнейшему росту. 

1 . К Л А С С И Ф И К А Ц И Я  И  П Р И Н Ц И П  Д Е Й С Т В И Я  

С П И Р А Л Ь Н Ы Х  К О М П Р Е С С О Р О В

Согласно несистематизированной ранее общей классификации

СПК2 в работе Е. Р. Ибрагимова3 классификационные признаки СПК 
детализированы на пять основных групп (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема классификации спиральных компрессоров по основным 

признакам

2 Косачевский В. А. Разработка метода расчета и анализ рабочего процесса 
спиральных компрессоров: дис. … канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 1998. 
188 с.; Кочетова Г. С., Сакун И. А. Указ. соч.
3 Ибрагимов Е. Р. Повышение эффективности спирального компрессора сухого 
сжатия: дис. … канд. техн. наук. Казань, 2009. 136 с.

Принцип действия будет рассмотрен на основе изображенного на 

рис. 1.2 вертикального одноступенчатого спирального полугерметич-
ного компрессора со встроенным электродвигателем СПК 1БС 4-2-3, 
предназначенного для работы на хладагенте R22 в составе холодильной 
машины. 
Данный 
компрессор 
был 
разработан 
специалистами 

АО «НИИтурбокомпрессор им. В. Б. Шнеппа».  

Рис. 1.2. Компрессор 1БС 4-2-3 У2: 1 – корпус; 2 – ротор 

электродвигателя; 3 – статор электродвигателя; 

4, 16 – противовесы; 5 – крышка; 6 – клапан предохранительный; 

7 – клапан перепускной; 8 – болт; 9 – спираль неподвижная; 

10 – клапан обратный; 11 – спираль подвижная; 12 – устройство 

противоповоротное; 13 – подшипник качения; 14 – штифт; 

15 – вал эксцентриковый; 17 – подшипник скольжения; 

18 – маслонасос

Компрессор состоит из подвижного (11) и неподвижного (9) рабо-

чих элементов – спиралей; противоповоротного устройства 12, эксцентрикового 
вала 15 с опорными подшипниками 13 и 17, опорного 
и внешнего корпуса 1. Оси подвижной и неподвижной спиралей параллельны 
и расположены на некотором расстоянии друг от друга, равном 
эксцентриситету.

Основные рабочие элементы – подвижная и неподвижная спи-

рали – вставлены одна в другую с разворотом на 180° между собой. При 
этом центры основных окружностей радиусом r0 находятся на расстоянии 
ε0 между собой и на одной оси. Подвижная спираль совершает движение 
только по определенной орбите радиусом ε0 вокруг оси неподвижной 
спирали, совпадающей с осью вала. Внешний вид спиралей 
представлен на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Поперечное сечение спиралей компрессора:

r0 – радиус основной окружности спирали; δ – толщина ребра 

спирали; ε0 – эксцентриситет; t – шаг спирали; F1П – площадь ячейки 

всасывания

На рис. 1.4 показаны взаимные положения подвижной и неподвиж-

ной спиралей при орбитальном движении подвижной спирали через 90°. 

Подвижная спираль, совершая плоскопараллельное орбитальное 

движение вокруг центра оси по часовой стрелке, образует с неподвижной 
спиралью замкнутые полости, которые будут смещаться к центру 
системы, уменьшаясь в объеме. 

 = 0°; 360°
 = 90°

 = 180°
 = 270°

Рис. 1.4. Взаимное положение подвижной и неподвижной спиралей
при перемещении подвижной спирали по орбите: 1 – неподвижная 

спираль; 2 – подвижная спираль

За один оборот подвижной спирали по орбите радиусом ε0 спираль-

ный компрессор совершает полный рабочий цикл (рис. 1.4). Рабочий 
цикл состоит из нескольких стадий, следующих друг за другом. Когда 
в одной паре полостей образуется новая пара полостей, в другой одновременно 
происходит процесс сжатия и последующее выталкивание
газа в окно нагнетания, расположенное в центре системы спиралей, затем 
процесс повторяется4.

Если движение подвижной спирали направить против часовой 

стрелки, то мы получим вакуумный насос, который будет вытеснять газ 
из центральной области к периферии5.

Изготовление спиральных компрессоров предъявляет высокие требо-

вания к точности изготовления деталей, сборки и балансировки ротора. 

В качестве образующих спиралей чаще всего используются эволь-

венты окружности. Основные зарубежные производители СПК, такие 
как Copeland Corр, Hitashi, Trane, используют эвольвенту круга в качестве 
базовой кривой. В России эвольвенты с этой кривой строились
в АО «НИИтурбокомпрессор» (г. Казань) и в «ВНИИхолодмаш» 
(г. Москва).

4 Кочетова Г. С., Сакун И. А. Указ. соч.
5 Косачевский В. А. Указ. соч.

2 .  Т И П О В Ы Е  К О Н С Т Р У К Ц И И  С П И Р А Л Ь Н Ы Х  

К О М П Р Е С С О Р О В

Особенности конструкций вертикальных одноступенчатых спираль-

ных полугерметичных компрессоров со встроенным электродвигателем 
рассмотрены на примере компрессора нового ряда 1-СКС, разработанного 
специалистами АО «НИИтурбокомпрессор им. В. Б. Шнеппа» (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Конструкция вертикального спирального компрессора:
1 – оболочка; 2 – корпус электродвигателя; 3 – вал; 4 – шпонка; 

5 – сальник; 6 – пластина; 7 – винт с потайной головкой; 8 – корпус 

подшипника; 9 – корпус компрессора; 10 – крышка компрессора; 

11 – клапан предохранительный; 12 – спираль неподвижная; 
13 – спираль подвижная; 14 – уплотнитель торцевой; 15, 16, 

39 – кольца уплотнительные; 17 – клапан обратный; 18 – кольцо 

регулировочное, 19 – шайба упорная; 20 – втулка подшипника; 
21, 23, 26 – противовесы; 22 – палец; 24 – ротор двигателя; 

25 – статор двигателя; 27 – подшипник опорно-упорный; 
28 – импеллер; 29 – амортизатор; 30 – пружина; 31 – винт 

с цилиндрической головкой; 32, 37 – обоймы; 33, 38 – кольца опорные; 
34 – шарик; 35, 40 – подшипники качения; 36, 41 – кольца стопорные