Как работает винтовой компрессор

Устройство винтового компрессора

Винтозубые компрессоры роторного типа за 80 лет эксплуатации унифицировались и потеснили поршневые. Низкие параметры шумовой нагрузки, экономичность в потреблении энергии и эксплуатационных затратах дают фору, особенно на производствах, требовательных к чистоте подаваемого сжатого воздуха или специального газа.

Принципиальное устройство винтовых компрессоров

Сжатие и подача газообразной среды достигается синхронным разнонаправленным вращением пары роторов с винтовыми зубьями. Эксплуатационные расходы и характеристики работы агрегата находятся в обратной пропорции. Оборудование демонстрирует эффективность на фоне малозатратности.

Цилиндрический корпус компрессора винтового типа с винтовой парой: ведущим и ведомым роторами в большинстве типов компрессоров имеет масляное наполнение. Слой масла обеспечивает:

• Снижение коэффициента трения.
• Является уплотнением, герметизирующим систему.
• Осуществляет теплоотвод при работе трущихся деталей.

Винтовые компрессоры относятся к необслуживаемому оборудованию, ориентированы на автономную работу. Техническое обслуживание проводится 1 раз в течение года. Персонал не требует высокой квалификации и специального обучения. Пусконаладочные работы краткосрочны.

Недавно мы обсуждали компании где можно подобрать винтовой компрессор. Очень важно на данном этапе обращаться именно к тем, кто работает в данной сфере не один день.

Огромное спасибо компании Pressair, которая подготовила замечательное видео для нашего портала.

Работа поршневого компрессора периодически прерывается на регламентированный простой для осмотра и техобслуживания, роторный аналог способен работать без остановки. При этом качество газовой среды на выходе выше (по присутствию паров влаги) и масла в пользу последнего.

Предприятия пищевой, химической и фармацевтической промышленности полностью перешли на экологичные компактные винтовые компрессоры с экономией потребления энергии не менее 30%. Производства непрерывного цикла экономят и на установке дублирующей техники.

Малый вес агрегата, ресивер минимального объёма, отсутствие вибрации при работе позволяет обходиться без заложения фундамента. Изоляция в отдельном помещении требуется только для винтовых компрессоров мощностью свыше 10 кВт.

Последовательность рабочего цикла, устройство и принцип работы винтовых компрессоров

Запуск и переход в рабочий режим занимает 5–10 сек. Срабатывает входной клапан, ответственный за перевод компрессора на холостой ход и обратно. Входной клапан меняет режим работы при достижении пика давления в системе, перед выключением.

Накопление воздуха в ресивере идёт, пока не откроется клапан минимального давления. Он настраивается на минимальный параметр сети. Для одноступенчатого компрессора это 3–4 бар. Многоступенчатые вступают в работу последовательно.

Электрический мотор выводит компрессор на рабочий режим. Винтовая пара через 2 ступени воздушного фильтра получает очищенный воздух в смеси с маслом. В контактном межроторном зазоре создаётся смазывающий роторы и удерживающий газ запирающий масляный клин.

Зазор уплотняется, газовый поток сжимается, давление возрастает. Действие винтовых компрессоров ведётся и при сухом сжатии газовой среды. Полости между корпусом и винтовым блоком работают без масляной смазки.

Сжатый воздух поступает в отделитель масла. В маслоотделителе проводится двухступенчатое разделение сред. Первичное деление проходит под действием центробежной силы, окончательное — в фильтре-сепараторе.

Остывшее масло фильтруется и возвращается в винтовой отсек. Контролирует температурные параметры термостат. При отсутствии превышения температуры нагрева смазка возвращается без затрат времени на охлаждение в радиаторе.

Газ на охлаждение после очистки подаётся из ресивера в концевой охладитель. Температурный баланс радиатора обеспечивает прямоточная вентиляция. Далее воздух винтового компрессора подаётся потребителю.

Контролирует параметры работы винтового нагнетательного оборудования блок управления. Вручную производится только пуск и остановка по регламенту. Переключение режимов работы и аварийную остановку проводит электроника.

Краткий обзор параметров винтовых компрессоров

Роторные механизмы подачи газовой смеси под давлением оснащаются преимущественно электродвигателем, но работают и автономно с дизельным, бензиновым двигателем.

Об устройстве и принципе работы винтовых компрессоров

Устройство компрессоров винтового типа

Установки, входящие в группу винтовых компрессоров, могут быть различны, но при этом они имеют оснащение, общее для всех видов оборудования данного типа. Входящие в состав винтовых компрессоров устройства выполняют определенные функции, обеспечивая при этом эффективную и бесперебойную работу установок.

В состав винтовых компрессоров входят следующие составляющие:

• Воздушный фильтр всасывающий – выполняет функцию очистки воздуха, который попадает в компрессорную установку. Зачастую состоит из двух элементов – предварительного фильтра, находящегося в том месте, где происходит забор воздуха, а также фильтра, расположенного перед входным клапаном.
• Входной клапан – обеспечивает регулировку производительности всего компрессора и оснащен пневматическим управлением. Регулирование работы установки обеспечивается переходом клапана на холостой ход.
• Винтовой блок – представляет собой один из главных рабочих элементов установки винтового типа. В состав винтового блока входят два, расположенных параллельно по отношению друг к другу ротора, одни из которых имеет вогнутый винтовой профиль, а другой – выпуклый. Именно наличие роторов отличает устройство винтовых компрессоров и принцип их действия от установок других типов.
• Ременная передача – представляет собой два шкива, задающих необходимую скорость вращения роторов. Один из шкивов расположен на винтовой паре, а другой находится на двигателе.
• Электродвигатель – обеспечивает вращение винтовой пары посредством муфты, редуктора или же ременного привода.
• Масляной фильтр – проводит очистку масла, прежде чем оно возвращается в блок с винтами.
• Отделитель масла – бак, изготовленный из металла, в середине которого расположена перегородка с отверстиями. Сила инерции, возникающая при закрутке потока, приводит к очистке воздуха от масла специальным фильтром.
• Термостат – обеспечивает наиболее оптимальный температурный режим. При низких значениях температуры масла, термостат пропускает его, не затрагивая при этом охлаждающий радиатор, что позволяет ускорить получение наиболее оптимальной температуры в установке.
• Охладитель масла – выполняет функции охлаждения масла, после того, как оно отделилось от сжатого воздуха.
• Концевой охладитель воздуха – охлаждает до необходимого уровня сжатый воздух перед тем, как он подается потребителю.
• Предохранительный клапан – обеспечивает безопасную работу устройства и предотвращает его поломку. Данный клапан срабатывает при значительном повышении уровня давления в маслоотделительном баке, которое может вывести из строя все оборудование.
• Система трубопроводов – имеет различные трубопроводы для воздушно-масляной смеси, воздуха и масла.
• Реле давления – устанавливает параметры и режим работы установки в зависимости от показателей уровня давления. Так, при достижении максимального значения давления, работа винтовых компрессоров переходит на холостой ход. При снижении давления установка вновь начинает работать.
• Блок управления – необходим для электронного управления и контроля над работой оборудования, а также позволяет передавать на дисплей все необходимые рабочие параметры и характеристики компрессора.
• Вентилятор – предназначен для забора воздуха в компрессор с одновременным охлаждением рабочих деталей и элементов оборудования.

Принцип действия компрессоров винтовой группы

Действие винтовых компрессоров заключается в следующем. Посредством системы привода, двигатель приводит в движение винтовую пару, в которую затем поступает уже очищенный воздух. Далее происходит смешивание воздуха с маслом, которое необходимо для создания между роторами масляного клина. При вращении роторов происходит уплотнение зазора между нами и корпусом, что приводит к сжиманию воздуха и повышению давления. Кроме того, в данном процессе масло также выполняет функцию смазывания рабочих механизмов компрессорной установки.

После сжатия, смесь из масла и воздуха поступает в специальную емкость, где воздух отделяется от масла, затем охлаждается и подается на выход компрессорного оборудования. После охлаждения масло проходит дополнительную фильтрацию, а затем вновь подается в блок с винтами.

Подобное устройство и принцип работы винтовых компрессоров обеспечивает наличие в оборудовании высоких рабочих и технических показателей, позволяющих значительно повысить эффективность работы и производительность установки. Благодаря этому винтовые компрессоры сегодня являются одними из наиболее часто используемых установок, которые могут применяться как в промышленном масштабе, так и на небольших производствах.
Установки винтового типа могут быть различны в зависимости от типа привода, использованию масла, количеству ступеней и другим параметрам, исходя из которых необходимо выбирать наиболее оптимальный тип установки.

Воздушные винтовые компрессоры

Потребность различных отраслей промышленности и строительства в сжатом воздухе постоянно возрастает. Пневматические инструменты (бытовые и промышленные), автоматизированные приёмно-подающие устройства, средства безопасности – неполный перечень оборудования, которое использует для своего функционирования такой энергоноситель. Соответственно растут и требования к компрессорам. Современные компрессоры винтового типа в значительной степени удовлетворяют поставленным требованиям.

Принцип работы

Для выполнения своей главной задачи – подачи воздуха с необходимыми значениями давления и расхода – компрессору винтового типа предстоит выполнить следующие действия:

• отобрать из окружающей среды необходимое количество исходного воздуха;
• очистить его от возможных примесей, микрочастиц и пыли;
• перенаправить очищенный воздух в зону его сжатия;
• сформировать поток воздуха, набравшего нужные показатели давления;
• очистить воздух от посторонних включений;
• стабилизировать физические показатели – температуру, относительную влажность;
• произвести транспортировку подготовленного энергоносителя по своему дальнейшему применению.

При этом необходимо реализовать следующие задачи и действия: давление и расход должны регулироваться, причём, по возможности, плавно, а удельная энергоёмкость агрегата (соотношение между производительностью и расходом электроэнергии) должна быть минимальной.

Схема устройства винтового компрессора

По этим показателям винтовой компрессор превосходит машины поршневого типа. Они имеют компактное устройство, отличаются гарантированно устойчивой непрерывной работой, меньшим уровнем шума и вибраций. Поэтому удельный вес такого оборудования в общей доле машин аналогичного предназначения постоянно возрастает. Приобрести винтовые компрессоры вы можете у наших партнеров: Компания ПрессАэр.

Основные узлы и детали

Современные конструкции рассматриваемого типа оборудования включают в себя:

1. асинхронный электродвигатель;
2. систему интеллектуального управления двигателем;
3. винтовую пару роторов, встречно вращающихся на рабочих валах;
4. фильтр-очиститель входного воздуха;
5. масляный контур, конструкция которого включает в себя фильтр, маслоотделитель-сепаратор и термостат;
6. конечный охладитель сжатого воздуха;
7. всасывающий вентилятор центробежного типа;
8. систему управления;
9. блокировочные и перепускные устройства;
10. трубопроводы.

Винтовой блок маслозаполненного винтового компрессора в разрезе

С целью сокращения непроизводительных потерь мощности, увеличения компактности и эксплуатационной долговечности за передачу крутящего момента винтовой паре в схеме имеется блок электронного управления вращением ротора двигателя. Поэтому традиционные клиноременные или зубчатые передачи в машинах современного типа отсутствуют.

Винтовой блок безмаслянного винтового компрессора

Применяемые устройства для управления винтовыми компрессорами обеспечивают постоянное изменение числа оборотов двигателя в момент его пуска и установившегося цикла работы машины. Поэтому регулировка технологических характеристик агрегата происходит плавно, при оптимальном расходе электроэнергии. Одновременно увеличивается и эксплуатационный ресурс всех подвижных элементов конструкции.

Последовательность получения энергоносителя

Стадии получения энергоносителя в рассматриваемых установках происходят по следующей схеме. Исходный воздух через впускной клапан засасывается вентилятором в фильтр очистки, после чего направляется в постепенно уменьшающийся спиральный зазор к винтовой паре. Одновременно туда из другого, масляного, контура поступает масло. В рассматриваемой технике оно выполняет следующие функции:

• смазывает подшипника рабочих валов, вращающихся с большой скоростью;
• сжимает воздушный поток, который поступает в промежуток между винтовыми роторами;
• способствует его охлаждению, поскольку при сжатии воздушная среда неизбежно нагревается.

В процессе перемещения механической смеси воздуха и масла в спиральном зазоре площадь последнего постоянно уменьшается. Этому способствует конструкция винтовых роторов, один из которых – ведущий – имеет четырёхвитковый шаг, а второй, ведомый – шестивитковый. Учитывая разницу в плотности масла и воздуха (даже с учётом постепенного сжатия последнего), действие масла является своеобразным дополнительным поршнем, увеличивающим давление в масляно-воздушной смеси. Оно может регулироваться, в зависимости от расхода масла и скорости вращения винтовых роторов.

На выходе из спирального зазора смесь поступает в сепарирующее устройство, где и разделяется, причём масло последовательно поступает в фильтр очистки и термостат для охлаждения, а затем вновь возвращается в исходный контур. Сжатый воздух через систему клапанов проходит в фильтр-осушитель. Там воздух дополнительно очищают и понижают температуру до требуемых значений, после чего энергоноситель уже может транспортироваться по трубопроводам к месту своего применения.

Достоинства и ограничения

При выборе типоразмера машины следует принимать во внимание следующее. Винтовой компрессор работает в режиме непрерывного вращения винтовых роторов. Поэтому, в отличие от поршневых машин, там нет цикла холостого хода, а потому действие происходит без толчков и вибраций. Соответственно, снижаются нагрузки на фундамент. Наличие масляного смазывающего клина существенно снижает шум при работе данных устройств, и одновременно способствует увеличению периода их беспрерывного действия (у современных моделей оно может составлять сутки и более). Достоинством устройства винтовых компрессоров можно также считать улучшенную регулируемость выходных характеристик, а также повышенное качество конечного воздуха.

Принцип работы винтового компрессора современного типа полностью автоматизирован, что допускает его эффективное действие в составе автоматизированной поточной линии.

Винтовой компрессор обладает и рядом недостатков:

1. Конструкция винтовых роторов весьма сложна, поэтому их ремонт или восстановление на неспециализированных предприятиях невозможен. При этом установить винтовую пару от другого производителя невозможно, поскольку они не унифицируются.
2. Стоимость винтовых компрессоров, из-за технологической сложности его узлов, значительно превышает стоимость других типов агрегатов аналогичного назначения.
3. Устройство масляного контура предполагает тщательную отладку на свою синхронную работу с воздушной частью схемы, что потребует высокой квалификации обслуживающего персонала.
4. При работе на неоптимальных режимах (высокий расход воздуха при одновременно сниженном давлении и наоборот) потребление масла данными агрегатами резко возрастает.

Что такое винтовой компрессор

Конструкция винтового компрессора – это ротационный агрегат. Его работа основывается на объемном принципе действия. У винтовых компрессоров есть ряд преимуществ:

• Их можно устанавливать в абсолютно разных производственных условиях.
• Они удобны в эксплуатации и обслуживании.
• Они практически не издают шума. Это происходит благодаря тому, что данное оборудование не вибрирует при работе.

Данные плюсы винтового компрессорного оборудования сегодня ценятся. Это и понятно – оно сделано с использованием технических новинок и отвечает всем современным требованиям, процессам и задачам производства.

Но винтовое компрессорное оборудование также имеет несколько разновидностей. Среди них выделяют две первостепенные группы:

• С одинарным винтом.
• С двойным винтом.

Принцип работы винтовых компрессоров с одинарным винтом

В пневмоустройствах с одинарным винтом обычно есть две шестерни, которые присоединяются с боку к роторам. Те, в свою очередь, вращаются в разные стороны. Из-за этого совершается сжатие паров хладагента.

Вращение всех роторов происходит благодаря центральному ротору-винту. Хладагент проходит сквозь отверстие компрессорного устройства, которое находится на входе. Эти пары заставляют двигатель охладиться. Далее они оказывается в наружном секторе шестерен роторов, совершающих обороты. После этого, хладагент сжимается и выходит сквозь скользящий клапан в выпускное отверстие.

Компрессоры с двойным винтом выделяются присутствием двух роторов. Они называются основной и приводной. Здесь отсутствуют впускные и выпускные клапаны.

Пары хладагента всасываются с одной стороны, а выпускаются всегда с другой. Данный вариант сжатия способствует понижению уровня шума (это выгодно отличает винтовые компрессоры от поршневых). Сжатие хладагентов происходит из-за вращения роторов в разные стороны.

Ротор-винт, который находится в центре, запускает боковые роторы. Они начинают вращаться в разные стороны. Охлаждение двигателя проистекает за счет паров хладагента. Они просачиваются в компрессорное устройство сквозь отверстие входа. После того, как двигатель охладился, пары попадают во внешний сектор через специальные каналы. Там располагаются роторные шестерни. На данном этапе пары сжимаются и выходят наружу (это происходит через особые отверстия, у которых имеется специальный клапан).

Принцип работы винтовых компрессоров с двойным винтом

Особенность еще одной разновидности винтовых компрессоров (в данном случае мы говорим о двухроторных) — присутствие двух роторов. Это основной и вторичный ротор. Благодаря им работает приводной механизм.

Общей чертой выпускного компрессора, вне зависимости от специфических особенностей, является то, что у них отсутствуют впускные и выпускные клапаны. Пары хладагента входят в компрессор и выходят из него с противоположных сторон. Это обеспечивает компрессору бесшумность (в поршневом механизме достичь данного эффекта невозможно).

Преимущества винтовых компрессоров

Как можно заметить, разновидностей пневмоагрегатов очень много. И среди них особенно можно выделить ротационные (или винтовые). Сегодня они все больше и больше становятся популярными, т.к. имеют много плюсов, по сравнению с другими видами компрессоров:

Такое компрессорное оборудование рассчитывает (в зависимость от специфики деятельности) насколько необходимо сжать возжух. Нужный уровень сжатия достигается с помощью специального окна нагнетания. Современные компрессоры имеют возможность регулирования степени сжатия воздуха, благодаря, зафиксированным уровням нагнетания.

При работе винтового оборудования используется масло. Оно необходимо для того, чтобы сделать минимальными допустимые утраты сжатого воздуха. Такие потери могут произойти между зубьями шестерни и впадинами устройства. В данные узлы и впрыскивается масло, которое обеспечивает герметичность работы компрессора.

Но это еще не все функции, которые выполняет масло. Оно необходимо и для охлаждения. Таким образом, в винтовых компрессорах мы имеем дело не только с хладагентом. Дополнительную помощь ему оказывает масло. В особенности его действие можно заметить в финальном процессе сжатия воздуха до необходимой степени. Именно из-за этого винтовые компрессоры лучше всего подходят для пневмообеспечения в тех условиях, когда предполагаются перепады температур и давления: винтовые компрессоры можно применять во всевозможных ситуациях и при различных производственных процессах.

Следующая важная черта винтовых установок – это присутствие весьма компактных винтовых пневмосистем. Они предполагают малую производительность. Стоит помнить о данной особенности винтового пневмооборудования и не использовать его тогда, когда необходимо производство большого объема с большими затратами воздуха. Однако небольшая производительность таких компрессорных устройств означает, что оборудование весьма экономично и удобно в своем применении на производстве.

Особенный уход за такими устройствами не нужен. О тратах на профилактику также можно забыть. Кроме того, подобные компрессоры служат долгие годы.

Кроме таких экономичных, но не очень мощных винтовых компрессоров, существуют и весьма мощные модели. Они не проигрывают в мощности поршневым и центробежным компрессорам (данные пневмосистемы способны обеспечивать снабжение воздухом равное тому, что производят другие компрессоры, но быстрее и при значительно более меньших энергозатратах). Винтовые компрессоры способны достигать необходимой степени воздухосжатия при одноступенчатом цикле. В то время, как в поршневых компрессорных установках подобный эффект достигается только в рамках двух циклов.

Еще одно достоинство винтового компрессора – немалый моторесурс. Такие пневмосистемы отлично осиливают любой газ и комбинированные газовые смеси. Благодаря чему появляется возможность настраивать агрегат на нужный уровень давления и плавно изменять частоты вращения ротора.

Дополнительные плюсы данного оборудования — низкая изнашиваемость винтовой пневмосистемы.

Также эти установки вырабатывают более качественный воздух, который подается на производство при помощи винтовых компрессоров.

Итак, характеризуя винтовые компрессоры, необходимо еще раз подчеркнуть, что данное оборудование имеет много плюсов, относительно других разновидностей компрессоров. Благодаря последним достижениям в области разработки пневмообеспечения, винтовые установки удобны, надежны и функциональны.

Ограничения винтовых компрессоров

Безусловно, у винтовой пневмосистемы существуют некоторые недочеты, а точнее ограничения:

Винтовые компрессоры имеют сложный механизм. Так что, используя данное оборудование, необходимо тщательно изучать инструкцию по эксплуатации устройства.

Как мы уже говорили ранее, при использовании винтового оборудования используется масло и маслоохладитель.

Если применять данный вид пневмосистем для подачи воздуха или газов в пределах 15-20% от объема, то они не будут работать эффективно в районе промежуточного всасывания.

Сотрудники компании «Компрессор-центр» всегда с готовностью ответят на все вопросы. Простосвяжитесь с нами.