Винтовой компрессор. Многообразие областей применения. Компрессор винтовой

Воздушные винтовые компрессоры: устройство и принцип работы

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.

Винтовой компрессор Boge

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:

асинхронный электродвигатель;
систему интеллектуального управления двигателем;
винтовую пару роторов, встречно вращающихся на рабочих валах;
фильтр-очиститель входного воздуха;
масляный контур, конструкция которого включает в себя фильтр, маслоотделитель-сепаратор и термостат;
конечный охладитель сжатого воздуха;
всасывающий вентилятор центробежного типа;
систему управления;
блокировочные и перепускные устройства;
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:

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.
Стоимость винтовых компрессоров, из-за технологической сложности его узлов, значительно превышает стоимость других типов агрегатов аналогичного назначения.
Устройство масляного контура предполагает тщательную отладку на свою синхронную работу с воздушной частью схемы, что потребует высокой квалификации обслуживающего персонала.
При работе на неоптимальных режимах (высокий расход воздуха при одновременно сниженном давлении и наоборот) потребление масла данными агрегатами резко возрастает.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

stankiexpert.ru

Устройство и принцип работы винтового компрессора

Винтовые компрессоры получили свое название из-за особенностей строения. Снижение внутреннего давления, нарастающего при работе, «гасится» при помощи вращения двух роторов (винтов), приводящих механизм в движение. Такое строение позволяет повысить КПД, а также работать практически бесшумно. Компактные габариты, простота ремонта и мобильность делают такое ротационное компрессионное оборудование более востребованным. Каково устройство винтового компрессора, его преимущества и недостатки, а также отзывы пользователей, разберем далее.

Конструктивные особенности и принцип работы

Строение винтового компрессора несколько сложнее его поршневого собрата.

Если рассматривать общую схему, то компрессор выглядит в виде металлического корпуса, в который погружены два ротора – ведущий и ведомый. Поверхности роторов плотно соприкасаются друг с другом, образуя рабочие камеры. При поступательных движениях камеры увеличиваются за счет равномерного отдаления выступов от впадин.

Схема винтового компрессора

Более детальную конструкцию позволяет рассмотреть схема, на которой указываются следующие элементы:

всасывающий клапан – нагнетает воздух извне;
фильтр – очищает нагнетаемый воздух от сторонних примесей;
блок управления – запрограммированная микросхема (плата), которая способна самостоятельно регулировать и контролировать все процессы в компрессоре;
двигатель – основной рабочий элемент, позволяющий превращать энергию в полезную работу;
термостат – отвечает за поддержание определенной температуры, регулируя работу охладительных элементов;
вентилятор – охлаждает внутренние детали, защищая всю конструкцию от перегрева и преждевременного износа;
маслоотделитель – клапан, регулирующий подачу масла для смазки, а также отвод отработанного масла в утиль;
датчики давления – показывают показатели давления, контролируя и не допуская поломки.

Принцип действия агрегата заключается в следующем: двигатель приводит винтовую часть аппарата в движение. При этом вращение ротора обеспечивает всасывание воздуха, который проходит через специальные фильтры. Винты плотно припадают друг к другу (впадина к выпуклости), образуя единую плоскость. В результате образуется сжатый воздух, который в дальнейшем можно использовать по назначению.

На видео говорится об устройстве винтового компрессора

Преимущества и недостатки

устройство винтового компрессора Положительные стороны использования винтовых компрессоров заключаются в таких показателях, как:

низкий уровень шума и вибраций, что позволяет использовать устройство в закрытых помещениях;
мобильность устройства обеспечивается небольшими компактными габаритами;
принцип работы позволяет считать агрегат экологически чистым;
простота обслуживания и ремонта.

О других преимуществах можно узнать из видео, которое раскрывает нюансы и подробности эксплуатации винтового компрессора, делая его востребованным и популярным на рынке нагнетательного оборудования.

Однако существуют и недостатки, среди которых самым весомым является необходимость использования дорогостоящих комплектующих деталей, одной из которых является отделитель для масла. Если его не предусмотреть, то работа всей конструкции может быть усложнена: отработанная смазка может попадать в рабочие элементы, приводя их в негодность.

Принцип работы винтового компрессора продемонстрирован на видео

Режимы работы

Даже самые простые модели в базовой комплектации содержат не менее 5 режимов работы:

Холостой ход – необходим для подготовки компрессора к полноценной работе. Двигатель приводит в работу роторы, которые вращаются, нагнетая воздух, но не на полную мощность.
Рабочий режим – определяется полноценным действием всех конструктивных элементов, давая на выходе сжатый воздух.
Режим ожидания – в период его активации отмечается торможение всех процессов до тех пор, пока давление в системе не восстановиться. Удобно при периодическом использовании компрессора в производстве, который позволяет не выключать агрегат, а притормозить его работу на определенный период.
Пуск – данный режим оптимизирует запуск компрессора, исключая перегрузки сети. Напряжение подается дозировано, позволяя приступить к работе через 10-15 секунд после включения.
Стоп – обеспечивает постепенное выключение компрессора, переводя его вначале на холостой ход, а затем подготавливая к полному выключению. Этот режим позволяет также избежать поломок и преждевременного износа деталей из-за резких перепадов напряжения и давления.

В отдельных моделях также имеется режим Stop-Alarm – экстренное прекращение работы агрегата при возникновении какой-либо неполадки или превышении показателей давления и температуры. Данный режим может быть как автоматическим (срабатывает при сигнализации датчиками контроля), так и ручным (кнопка на панели управления).

Разновидности

устройство винтового компрессора Винтовые компрессоры подразделяются на две подгруппы:

Масляные или маслозаполненные – контакт и стачивание лопастей соприкасающихся роторов предотвращает впрыскиваемое масло. Маслянистая структура позволяет металлическим стенкам скользить по поверхности друг друга, исключая вероятность их истощения.
Безмасляные – отсутствие тесного контакта рабочих лопастей достигается за счет использования других веществ или принципа работы. Бывают двух видов:

Сухого сжатия – двигатели приводят роторы в работу синхронно, предотвращая их тесный контакт между собой. Обладают низким уровнем КПД, а также не практичны в использовании, поскольку не могут работать длительное время (требуют постоянного охлаждения).
Водозаполненные – имеют массу преимуществ, позволяя получать действительно экологически чистый компрессор, использующий силу воды, а не масла. Тем более, что нет необходимости беспокоиться о том, как и куда отработанное масло утилизировать.

Выбор типа винтового компрессора обычно зависит от сферы его применения и места эксплуатации. В быту и в промышленности требования разные, также как и особенности работы.

Почему переход на винтовые компрессоры является выгодным?

В последние годы роторные модели все больше вытесняют поршневые компрессоры с рынка потребления. Не смотря на то, что последние и стоят дешевле, и принцип работы их проще, да и конструкция настолько примитивна, что понятна даже школьнику, поршневые компрессоры изжили себя. Объясняется этот факт несколькими положениями:

Мобильность устройства – небольшой вес позволяет перемешать компрессор в любое удобное место.
Продолжительность эксплуатации – роторы выполнены из высокопрочного металла, а смазка предотвращает их износ.
Высокий уровень КПД без потерь и дополнительных затрат – поршневые компрессоры не могут похвастаться высокими показателями производительности, поскольку третья часть полезной работы затрачивается на саму систему.
Наличие режимов работы, обеспечивающих более легкий процесс нагнетания и сжатия воздуха. Экстренное выключение, а также подготовка к запуску и выключению в более щадящем режиме, который сокращает вероятность поломки.
Повышенный уровень защиты от поломок, а также возможность контроля всех процессов компрессора.

Эти технологические качества, которыми наделены современные модели винтовых компрессоров, определяют их популярность и востребованность на рынке, постепенно отодвигая поршневые агрегаты на второй план. Их универсальность, позволяющая использовать компрессоры, как в быту, так и на производстве, также является определяющим фактором при выборе типа.

Еще одно видео на тему

Обзор моделей

Среди наиболее качественных, но в тоже время и дорогостоящих компрессоров, можно выделить три модели:

FINI Mega SD – итальянский винтовой компрессор, предназначенный для промышленных цехов. Высокое качество металла и конструктивных деталей, а также инновационные технологии, сделали эту модель лидером на рынке винтовых промышленных компрессоров масляного типа. Цена его от 4000 евро.
Alup Sonetto – болгарская модель, которая имеет сверхточный пульт управления и табло, позволяющее полностью контролировать все происходящие процессы, регулируя давление температуру и скорость вращения роторов. Принцип работы несколько отличается, поскольку в базовой комплектации имеются вспомогательные детали, облегчающие отвод отработанного масла и фильтрацию воздуха. Стоимость агрегата от 5000 евро.
Abac SPINN – не менее популярная модель всемирно известного производителя. Низкий уровень шума, который идеально сочетается с высокой производительностью и технологичностью, делает модель популярной во всем мире. Цена ее варьируется от 5000 евро до 8000, в зависимости от комплектации.

Несмотря на столь высокую цену, винтовые компрессоры гарантируют повышенный уровень качества, сроком не менее 25 лет. Достаточно внушительная цифра, делающая инвестицию выгодной.

Ремонт и обслуживание

Каждая модель (это относится не только к компрессорам) имеет свои особенности и нюансы в работе, которые закреплены в техническом паспорте.

Перед началом эксплуатации важно изучить предложенную производителем информацию, чтобы сделать работу продуктивной и избежать нежелательных поломок. Выделяют 5 показателей, от которых зависит исправная работа компрессора:

Качество масла – чем выше его котировка, тем меньше отходов и загрязняющих веществ образуется в отработке.
Техническое обслуживание – заключается в прочистке конструктивных деталей и элементов. Периодичность полностью зависит от времени эксплуатации и места. Рекомендуется проводить чистку и смазку рабочих элементов не реже 1 раза в полгода.
Правильная эксплуатация – рекомендуется придерживаться всех правил, которые написаны в ТО, не игнорируя их. Самопроизвольное подключение и эксплуатация не гарантирует исправность оборудования, а также исключает возможность бесплатного сервисного обслуживания.
Монтаж и запуск – если нет опыта в подобных работах, то лучше доверить их профессионалам. Правильная установка и подключение обезопасит не только агрегат, но и людей, находящихся в непосредственной близости к агрегату.
Наличие вентиляционного канала – забор воздуха должен осуществляться с улицы, а не с закрытого помещения, насыщенного высоким уровнем примесей (пыль, грязь, излишняя влажность).

Соблюдая несложные правила обслуживания компрессора можно надолго забыть о дорогостоящем ремонте.

Мнение пользователей

Большинство пользователей, которые работают с винтовыми компрессорами, отмечают, что агрегаты полностью выполняют свою работу, надежны и просты в управлении. Низкий уровень шума позволяет работать без специальных наушников-глушителей, а наличие нескольких режимов работы облегчает запуск машины и прекращение работы. Многоуровневая система защиты полностью исключает вариант перегрева оборудования, отключая питание прибора при малейших превышениях допустимых значений.

Среди недостатков, которые отмечаются в эксплуатации, выделяют следующие:

необходимость частой чистки и смазки винтовой части и подшипников;
быстро приходят в негодность подшипники, если при старте в них попадает отработанная жидкость;
необходимость использования дорогостоящих масел известных брендов, что значительно удорожает стоимость агрегата;
требуется выделять специально оборудованную зону с вентиляцией и контейнерами для сбора отработанного масла;
при работе необходимы специальные знания и навыки, позволяющие контролировать исправность самого агрегата и процесса сжатия воздуха.

Конечно же, самым неприятным фактором, влияющим на покупку, является высокая цена компрессора. Но если учитывать, что средний эксплуатационный срок составляет 18-20 лет, такая покупка вполне сможет себя окупить за 5-7 лет работы на производстве.

Таким образом, винтовые компрессоры – надежные и продуктивные агрегаты, имеющие массу преимуществ. К весомым недостаткам можно отнести только высокую цену, которая для многих потребителей является недоступной. Технологические особенности и принцип работы определяют высокое качество компрессора, а также продолжительный срок его эксплуатации. Среди пользователей винтовых компрессоров есть и сторонники, и ярые противники. Несмотря на это, компрессоры винтового типа продолжают вытеснять поршневые аналоги, замещая на рынке собой всю продукцию.

generatorexperts.ru

устройство, схема, преимущества, особенности эксплуатации. Как выбрать винтовой компрессор

Главная
Статьи
Винтовой компрессор: устройство, принцип работы, разновидности, преимущества, особенности эксплуатации

Винтовой компрессор

Винтовым называется компрессор, понижение давления в котором достигается за счет вращения двух винтов (роторов). По конструкции такие устройства принадлежат к ротационному компрессорному оборудованию. Впервые винтовая модель была запатентована в 1934 г. На сегодня агрегаты данного типа являются наиболее распространенными в своем сегменте. Этому способствует их относительно небольшая масса и компактные габариты, надежность, способность функционировать в автономном режиме, экономичность в плане потребления электроэнергии и затрат на обслуживание. Невысокий уровень вибрации позволяет монтировать такие системы без обустройства специального фундамента, как в случае с поршневыми аналогами. В ряде направлений (судовые рефрижераторы, мобильные компрессорные станции и т. п.) роторные модели практически полностью вытеснили компрессоры других разновидностей. Такие устройства могут подавать воздух, сжатый до 15 атм., и обладать производительностью 1–100 м3/мин.

Преимущества винтовых компрессоров

По сравнению с центробежными и поршневыми моделями, устройства описываемого типа имеют следующие базовые преимущества.

Крайне низкий (порядка 2–3 мг/м3) расход масла, что в разы меньше, чем у крупных поршневых моделей с лубрикаторной смазкой. Следовательно, воздух, подаваемый посредством винтовых агрегатов, будет намного качественнее и чище. Его можно применять для питания новейшего пневматического оборудования без установки фильтров дополнительной очистки.
Пониженный уровень вибрации и шума (у некоторых моделей – соразмерный с шумностью бытовой техники). С учетом небольшого веса и габаритов это позволяет устанавливать описываемые устройства без специального фундамента непосредственно на производствах, где потребляется сжатый воздух, а также оснащать ими разноплановые мобильные комплексы.
Наличие воздушного охлаждения. Во-первых, это устраняет необходимость устанавливать системы оборотного водоснабжения. Во-вторых, появляется возможность вторично использовать тепло, которое выделяется в результате функционирования компрессора, к примеру, для обогрева помещений.
Надежность работы, безопасность и простота эксплуатации, способность длительное время функционировать без обслуживания. Это становится возможным благодаря наличию автоматических систем, посредством которых осуществляется управление и контроль над работой агрегата.

Устройство винтового компрессора

Стандартная модель состоит из следующих элементов.

Фильтр, необходимый для очищения воздуха, поступающего в агрегат. Обычно состоит из первичного фильтра, монтируемого непосредственно на корпус в месте забора воздушных масс из атмосферы, и вторичного, который устанавливается перед клапаном 2.
Всасывающий клапан. Позволяет предотвратить выброс масла и сжатого воздуха из компрессора в момент остановки последнего. Работает на пневматическом управлении. По конструкции представляет собой обычный подпружиненный клапан. Некоторые устройства оснащены аналогами пропорционального типа.
Винтовой блок. Представляет собой основную рабочую часть агрегата. Состоит из двух винтов (роторов), изготовленных посредством высокоточной механической обработки и помещенных в корпус. Самый дорогой элемент устройства. Роторная пара оснащена датчиком термозащиты, вмонтированным возле патрубка 18. Данный контроллер выключает мотор, если температура на выходе роторов превысит отметку в 105 °С.
Ременной привод (высокомощные модели оснащены прямой муфтовой передачей или редукторами). Задает скорость, с которой вращаются винты. Представляет собой 2 шкива, один из которых установлен на роторной паре, другой – на двигателе. Чем больше скорость, тем выше производительность компрессора, однако максимальное давление (рабочее) при этом снижается.
Шкивы, размер которых задает скорость оборотов винтовой пары 4.
Двигатель. Вращает роторы 4 посредством ременной передачи (в более новых моделях – муфты или редуктора). Оснащен датчиком термозащиты, который отключает мотор от сети при достижении максимально допустимых значений потребляемого электротока. Вместе с датчиком, описанным в пункте 3, обеспечивает безопасность функционирования устройства и защищает его от возникновения аварийных ситуаций.
Масляный фильтр. Он очищает масло перед его возвратом в роторы.
Маслоотделитель первичной очистки. Здесь воздух освобождается от масла под действием центробежной силы (поток закручивается, вследствие чего и отделяются частицы).
Маслоотделительный фильтр. Обеспечивает второй этап очистки. Такой комплексный подход позволяет минимизировать остаточные масляные пары на выходе до 1,3 мг/м3, что является недостижимым значением для поршневых агрегатов.
Предохранительный клапан. Необходим для обеспечения безопасности. Клапан срабатывает, если давление в маслоотделителе 8 превысит допустимый лимит.
Термостат, обеспечивающий нужный температурный режим. Пропускает масляный состав, не разогретый до 72 °С, мимо охлаждающего радиатора 9. Это позволяет ускорить достижение оптимальной температуры.
Маслоохладитель. После отделения от сжатого воздуха горячее масло попадает в данный резервуар, где охлаждается до нужной температуры.
Воздухоохладитель. Перед подачей потребителю сжатый воздух охлаждается здесь до температуры, которая будет выше на 15–20 °С, чем окружающая среда.
Вентилятор. Осуществляет забор воздуха, охлаждает рабочие элементы.
Клапан холостого хода (электропневматический). Управляет функционированием всасывающего клапана 2.
Реле давления. Обеспечивает работу агрегата в автоматическом режиме. В новых компрессорах реле заменено электронной системой управления.
Манометр. Находится на лицевой панели, показывает давление внутри компрессора.
Выходной патрубок.
Прозрачное цилиндрическое утолщение на трубке, необходимое для визуального контроля над процессом возврата масла.
Клапан минимального давления. Пока последнее не превышает 4 бар, он всегда будет закрытым. Также данный элемент выполняет функцию обратного клапана, поскольку отделяет пневмолинию и компрессор при остановке последнего или работе в холостом режиме.

Устройство помещено в корпус, который обычно изготавливается из стали. Он покрывается негорючим звукопоглощающим составом, устойчивым к маслу и прочим сходным веществам. Это конструкция наиболее распространенной модификации. В зависимости от модели и производителя схема и комплектация роторного компрессора может варьироваться.

Принцип действия компрессора

Через клапан 2 воздух из атмосферы, очищенный посредством фильтров 1, попадает в роторную пару 3. Здесь он смешивается с маслом. Последнее подается в резервуар сжатия для выполнения следующих задач.

Уплотнить зазоры между винтами 3 и корпусом 16, а также между полостями роторов. Это позволяет минимизировать перетечки и утечки.
Устранить касание винтов, обеспечив масляный клин между ними.
Отводить тепло, которое индуцируется в процессе сжатия воздуха.

Сжатая в блоке 3 воздушно-масляная смесь подается в маслоотделитель 7, где разделяется на составляющие. Отсепарированное масло очищается на фильтре 6 и возвращается в блок 3. В зависимости от температуры предварительно оно может охлаждаться в радиаторе 9, что регулируется термостатом 8. В любом случае, масло будет циркулировать по замкнутому кругу. Воздух поступает в охлаждающий радиатор 13. После достижения нужной температуры он подается на выход компрессора.

Режимы работы

Пусковой (Start). Данный режим служит для оптимизации нагрузки на электросеть в момент запуска компрессора. Включение двигателя осуществляется по схеме «звезда», а через 2 секунды (отсчитываются по таймеру, который включается в момент нажатия на кнопку Start) он переключается на схему «треугольник», что соответствует рабочему режиму. Маломощные винтовые модели работают на прямом пуске.
Рабочий. В системе начинает увеличиваться давление. Для его контроля имеется 2 манометра. Первый находится на лицевой панели и показывает параметры внутри компрессора. Второй – на ресивере, он служит для контроля линии. После достижения максимально допустимого давления срабатывает соответствующее реле, в результате чего агрегат переходит на холостой ход из рабочего режима.
Холостой ход. Двигатель и роторы вращаются, перемещая газ по внутреннему контуру. Это необходимо для охлаждения воздушных масс. Данный режим служит для перевода компрессора в состояние ожидания или выступает в качестве подготовки перед полным выключением. В поршневых моделях холостого хода нет. Детальное описание работы устройства на таком режиме выглядит следующим образом. Реле 16 дает команду, запускающую пневмоклапан холостого хода и временное реле. Параметры последнего можно настроить. Пневмоклапан открывает канал между фильтром маслоотделителя 9 и всасывающим клапаном 2, вследствие чего давление внутри компрессора начинает снижаться с такой скоростью, чтобы достичь минимальной отметки (2,5 бар) в течение установленного времени. Это позволяет остановить двигатель без выброса масла в область фильтра 1. По истечении указанного периода реле времени дает команду отключить мотор. Система переходит в состояние ожидания. Если сжатие достигло минимальной величины раньше, чем сработало временное реле, снова включается рабочий ритм.
Ожидание. Продолжается, пока рабочее давление не опустится ниже минимальной отметки, после чего реле 16 вновь запускает механизм. Длительность данного режима зависит от скорости расходования воздуха.
Стоп (Stop). Служит для штатного выключения агрегата. Если при этом компрессор находился в рабочем ритме, он на некоторое время перейдет на холостой ход и только после этого отключится.
Alarm-stop – экстренное выключение. Соответствующая кнопка находится на панели управления. Режим используется в случаях, если понадобилось срочно остановить двигатель. Агрегат выключается сразу, без промежуточного перехода на холостые обороты.

Разновидности винтовых компрессоров

Маслозаполненные. Один ротор в них является ведущим, второй – ведомым. Физический контакт между данными элементами предотвращается посредством впрыскиваемого масла (на 1 кВт мощности устройства подается 1 л/мин). Шумность работы подобного оборудования находится на уровне шума от бытовой техники – 60–80 Дб (при условии использования звукопоглощающих кожухов). Мощность двигателей может варьироваться в пределах 3–355 кВт, а объемные расходы – 0,4-54 м3/мин. Такое оборудование можно устанавливать непосредственно в рабочих цехах.

Безмасляные. Делятся на два подвида.

Компрессоры винтовые сухого сжатия. Оснащены синхронными электромоторами, которые приводят в движение оба винта, исключая контакт между ними. Они менее производительны по сравнению с моделями маслозаполненного типа. Из-за отсутствия масла нет и отвода тепла. Поэтому уровень сжатия достигает лишь 3,5 бар в одной ступени. Данный показатель можно поднять до 10 бар, если использовать вторую ступень и промежуточный рефрижератор. Но это, как и применение двух электромоторов вместо одного, увеличивает стоимость устройства.
Водозаполненные компрессоры. Самая технологичная модель, сочетающая все достоинства безмасляных и маслозаполненных вариантов. Водозаполненные агрегаты отличаются оптимальной производительностью и позволяют достигать сжатия 13 бар в одной ступени. Важным преимуществом подобных моделей является их экологичность, ведь традиционное компрессорное масло заменено на чистую, натуральную и не такую дорогостоящую воду. При этом обеспечивается внутреннее охлаждение. Вода обладает высокой удельной теплопроводностью и теплоемкостью. Вне зависимости от уровня конечного сжатия температура в ходе данного процесса повышается максимум на 12 °С. Этому способствует в том числе применение дозированного впрыска. Тепловая нагрузка на элементы устройства минимальна, следовательно, возрастает срок службы, надежность и безопасность агрегата в целом. Сжатый воздух не нуждается в дополнительном охлаждении. Циркулирующая в системе вода охлаждается до температуры окружающей среды. А влага, имеющаяся в сжатых воздушных массах, конденсируется и вновь возвращается в контур. В маслозаполненных моделях именно конденсат был загрязняющим веществом. Здесь же он используется в циркуляционном контуре за несколько часов (при нормальных условиях и непрерывной эксплуатации устройства). Следовательно, накопление отходов на станции практически нивелируется. Еще одно значимое достоинство водозаполненных компрессоров – возможность снизить на 20 % энергозатраты. Процесс сжатия в подобных устройствах приближается к идеальному изотермическому. Изготовление устройства обходится дешевле за счет отсутствия масляных фильтров, емкостей для отработанной масляной жидкости. Не приходится нести издержки и на переработку конденсата.

Безмаслянные модели используются в различных областях, но самые популярные сферы применения – пищевая, фармацевтическая и химическая промышленности.

Почему выгодно перейти на винтовое компрессорное оборудование

Винтовое компрессорное оборудование

Как отмечалось выше, роторные модели постепенно вытесняют поршневые и центробежные варианты. Многие предприятия переходят именно на такие агрегаты, считая их более надежными, совершенными и экономичными. При этом стоимость роторных устройств выше, чем поршневых аналогов. Да и на замену оборудования (если речь идет именно о модернизации системы, а не о сборке новой установки) необходимо потратить определенную сумму. Разберемся более детально, в чем именно заключается выгода для предпринимателей, проведя сравнение винтовых и поршневых моделей. Но для начала необходимо понять, из каких статей расходов формируется стоимость любого компрессора. Окончательная сумма включает в себя следующие затраты.

Приобретение агрегата.
Оплата монтажных работ.
Покупка расходных материалов.
Оплата электроэнергии, потребляемой устройством.
Ремонтные расходы.
Покупка дополнительного оборудования. Например, это может быть очистительный комплекс для сжатого воздуха.

Расходы на приобретение агрегата

В этом плане более выгодными являются поршневые модели, цена которых на 20–40 % ниже стоимости винтовых аналогов. В то же время, это средства, затрачиваемые непосредственно на покупку оборудования. Но ведь его необходимо еще и установить. Поршневые модели имеют более значительные габариты и массу, в процессе работы они ощутимо вибрируют, поэтому нуждаются в обустройстве специального фундамента. Это существенно увеличивает стоимость монтажа. Если сравнивать общую сумму, которую необходимо потратить на покупку оборудования и его установку, то более выгодными оказываются именно роторные варианты.

Расходы на электроэнергию

КПД роторных компрессоров существенно больше. И чем выше производительность агрегата, тем более заметной будет эта разница. Имеет значение и тип устройства. Например, водозаполненные модели обеспечивают более высокую экономию энергоресурсов. Но даже маслозаполненные варианты низкой производительности, оснащенные традиционной схемой управления, на протяжении эксплуатационного периода несколько раз окупают свою стоимость за счет одной только экономии электричества. По критерию энергозатрат на генерирование одинакового объема сжатого воздуха поршневые агрегаты заметно проигрывают.

Некоторые винтовые модели позволяют еще больше увеличить экономию энергоресурсов. Речь идет о двухступенчатых агрегатах и устройствах с изменяемой частотой оборотов мотора. Подобное оборудование дает дополнительную экономию на 30 %. Важно и то, что имеется возможность регулировать производительность агрегата. Другими словами, компрессор будет генерировать столько сжатого воздуха, сколько потребляет оборудование в каждый конкретный момент. При таком режиме работы не возникнет ни переизбытка, ни дефицита. Оборудование будет функционировать с нужной производительностью, затрачивая энергоресурсы только на полезную работу.

Расходы на обслуживание и ремонт

Поршневые компрессоры нуждаются в регулярной замене колец поршней, клапанов, вкладышей и прочих элементов механизма. Роторные модели полностью избавляют пользователя от подобных проблем. В их механизме нет быстро изнашивающихся элементов. Потребность в ремонте возникает гораздо реже, а плановое обслуживание обходится гораздо дешевле. При соблюдении инструкции по эксплуатации такой агрегат способен прослужить около 20 лет, работая без ремонта в трехсменном режиме.

Удешевление обслуживания происходит еще и потому, что пропадает необходимость в постоянном присутствии рядом с оборудованием обслуживающего персонала. Роторные модели оснащены защитой, предотвращающей возникновение аварийных ситуаций. Например, оборудование отключается при перегреве или пиковых значениях электрического тока и способно работать в полностью автономном режиме.

В отличие от поршневых моделей, роторные аналоги поддерживают возможность комплектации блоками электронного управления, которые позволяют на программном уровне задать параметры функционирования агрегата на несколько недель вперед. Посредством электронного блока можно управлять и группой из нескольких механизмов, останавливая или запуская некоторые из них в зависимости от производственных потребностей в сжатом воздухе. Таким образом, комплекс функционирует с максимальной продуктивностью и без перерасхода ресурсов.

Покупка расходных материалов

Винтовые компрессоры имеют более эффективную систему маслоотделения, которая позволяет существенно снизить количество масляных фракций, смешивающихся со сжатым воздухом. Если уменьшается объем затрат основного расходного вещества, то снижается и стоимость его приобретения. Подобные агрегаты имеют более совершенную конструкцию (если сравнивать с поршневыми аналогами), которая позволяет установить современные СОЖ. Последние способны в несколько раз сократить частоту замены масляного состава.

Приобретение дополнительного оборудования

Поскольку в винтовых моделях масляные фракции отделяются эффективнее, нет необходимости покупать дополнительные комплексы очистки. А если сделать выбор в пользу более дешевого поршневого агрегата, придется приобрести еще и ресивер, который гасит возникающие в пневматической системе пульсации давления. Роторные аналоги не генерируют подобные пульсации. В большинстве случаев это позволяет избежать покупки дополнительных ресиверов.

Шумность работы винтовых агрегатов значительно ниже, чем у поршневых устройств. Посредством установки шумопогашающих кожухов можно еще сильнее снизить уровень звука и вибрацию, возникающие при функционировании компрессорного оборудования. Это позволяет монтировать его прямо в цехах, куда подается сжатый газ. Чем короче расстояние, на которое перемещается воздух, тем меньше появляется в нем конденсированной влаги и твердых фракций, которые способны серьезно навредить производственному превмооснащению.

Децентрализация компрессорного оборудования данного типа позволяет запускать только те единицы, которые понадобились в конкретный момент времени для обеспечения производства сжатым газом в необходимых объемах. Следует упомянуть и дополнительную выгоду, которая заключается в возможности задействования генерируемого компрессором тепла для нужд предприятия. Зачастую оно используется для отопления цехов.

Резюме

Роторные модели уступают поршневым аналогам равной производительности только по стоимости покупки. По всем остальным статьям (затраты на ремонт, закупку дополнительного оснащения и расходных материалов, оплату потребляемой энергии и работу обслуживающего персонала) они гораздо выгоднее и несколько раз окупают себя за эксплуатационный период. Таким образом, покупка винтового компрессорного оборудования – экономически оправданное и выгодное для предприятия решение.

Модели с частотным приводом

В середине 1990 гг. были созданы роторные компрессоры, оснащенные частотным приводом. Появление такого оборудования стало большим шагом к развитию и внедрению энергосберегающих технологий на производстве. Стоимость энергорессурсов постоянно увеличивается. Закономерно, что предприятия при модернизации своих мощностей стараются подобрать максимально экономичные варианты для замены устаревшего оснащения. И их выбор часто останавливается именно на роторных агрегатах с частотным приводом. Кроме надежности работы и способности функционировать в автономном режиме подобные агрегаты позволяют существенно оптимизировать энергозатраты.

Особенности конструкции и эксплуатации частотных приводов

Привод данного типа состоит из частотного преобразователя и асинхронного мотора. Последний преобразует электричество в механическую энергию, приводя в движение роторную пару. Частотный преобразователь служит для управления мотором. Он модифицирует переменный электроток одной частоты в переменный ток другой частоты.

В технической литературе чаще встречается термин «частотно-регулируемый электропривод». Подобное название обусловлено тем, что регулировка скорости оборотов мотора осуществляется посредством вариации частоты питающего напряжения, которое подается частотным преобразователем на двигатель. На сегодня подобные приводы широко применяются в различных сферах промышленности. Например, они задействованы в насосах, обеспечивающих дополнительную подкачку жидкости для сетей тепло- и водоснабжения.

Компрессорное оборудование с частотным приводом

Оснащение такого оборудования частотными приводами позволило получить агрегаты, обладающие рядом значимых достоинств по сравнению с простыми винтовыми моделями.

Плавный запуск. При включении обычного асинхронного электромотора возникают пусковые токи, превышающие номинальные в более чем 4 раза. Это провоцирует возникновение перегрузки в сети и накладывает ограничения на количество включений компрессорного оборудования в течение часа. Аналог с двигателем, оснащенным частотным преобразователем, запускается плавно, не провоцируя перегрузок в сети. Число пусковых операций у него будет меньше.
Способность поддерживать постоянное давление с высокой (до 0,1 бар) точностью, немедленное реагирование на все скачки данного параметра в сети. Каждый дополнительный бар нагнетания – это 6–8-процентное увеличение энергопотребления оборудования.
Обеспечение точного соответствия производительности компрессора и реальной потребности подключенного к нему оборудования в сжатом газе. Это позволяет минимизировать количество переходов агрегата в режим холостых оборотов. А ведь именно в моменты подобных переходов асинхронный электромотор обычной модели потребляет до 1/4 собственной номинальной мощности.

Посредством несложных расчетов получаем, что модель с частотным приводом за пятилетний период эксплуатации позволяет сэкономить до 25 % электроэнергии по сравнению с роторными моделями без частотного преобразователя. Некоторые производители обещают, что их оборудование способно сэкономить до 35 % ресурсов.

Другие способы оптимизации энергозатрат

На практике эффективность работы оборудования напрямую зависит от режима его функционирования. Нередко встречаются случаи, когда производители завышают показатели экономичности своего оборудования или в рекламных целях предоставляют неполную информацию. Пользователи компрессорных установок должны знать, что существуют и другие способы оптимизации энергозатрат, которые часто более просты и экономически выгодны. В качестве примера можно привести децентрализованный комплекс обеспечения сжатым газом. Он предусматривает установку нескольких компрессоров небольшой мощности вместо одного мощного агрегата, не всегда работающего на полную силу. Каждая единица подбирается в зависимости от объемов воздухопотребления конкретного оборудования. Поскольку не все производственные мощности могут быть задействованы в один момент времени, компрессорные агрегаты подключаются по мере необходимости.

Альтернативный вариант предусматривает монтаж нескольких винтовых моделей в единую сеть, которая оснащается одним пультом управления. Такая станция работает на 100 % своей мощности при пиковой нагрузке в сети. Как только потребность в сжатом газе снижается, ненужные мощности отключаются.

Кроме экономии энергоресурсов подобные мультикомпрессорные группы позволяют создать энергетический резерв. Если одна из единиц выйдет из строя, комплекс продолжит функционировать. Потеря мощности будет незначительной. Например, если в сеть входит 4 агрегата, то поломка одного из них снизит суммарную производительность только на 1/4.

Если же на предприятии будет установлен всего один, хоть и высокомощный агрегат, то его внезапная поломка может привести к полной остановке производственного цикла со всеми вытекающими убытками от простоя.

В настоящий момент степень изношенности компрессорного оборудования на многих предприятиях достиг критического уровня. Вопрос модернизации устройств подачи сжатого газа является очень актуальным. Надеемся, что данная статья поможет вам определиться с выбором компрессора, удовлетворяющего производственным потребностям вашего предприятия и современным требованиям к энергоэффективности, безопасности и надежности оборудования.

www.spitzenreiter.ru

Винтовые компрессоры

Винтовые компрессоры – один из новых типов холодильных машин. Они могут изготовляться любой холодопроизводительности: от 11630 Вт до нескольких миллионов.

Компрессор (рис. 1) состоит из корпуса (1), двух роторов (5) и (10), подшипников и распределительных шестерен. Роторы компрессора имеют форму спиральных зубчатых колес с большим углом наклона спирали зуба. Ведущий (5) и ведомый (10) роторы размещены в корпусе с очень малыми зазорами, зубья их не соприкасаются. Между кромками зубьев и расточкой корпуса также очень малые зазоры. Поэтому в полости сжатия паров нет трения металлических частей, и масло в нее не подается. Валы обоих роторов соединены синхронизирующими косозубыми шестернями (8), у которых зазор между зубьями меньше, чем между зубьями роторов.

Оба ротора имеют одинаковые наружные диаметры, но разное число зубьев. Обычно на ведущем роторе четыре зуба, на ведомом – шесть. Детали компрессора изготовляют с большой точностью.

Ведущий ротор соединен с двигателем муфтой (3). Вал его опирается на два опорных подшипника (4) в виде бронзовых втулок и один упорный сегментный подшипник (9). Подшипники помещены в камерах, отделенных от полости сжатия уплотнительными кольцами (7) из графита или пластических материалов. Корпус компрессора имеет водяную охлаждающую рубашку (6) и закрывается крышкой (2). Частота вращения роторов винтовых компрессоров очень высокая, но они имеют небольшие размеры и массу. Поэтому ротор изготовляют из обычной углеродистой стали, а корпус из чугуна.

Рабочий цикл винтового компрессора состоит из четырех фаз:

всасывание;
подача;
сжатие;
нагнетание пара (газа).

Газ заполняет винтовые впадины роторов, когда они проходят мимо всасывающего окна, расположенного в торцовой стенке корпуса. При дальнейшем вращении ротора пространство между зубьями увеличивается до тех пор, пока у противоположного торца зубья не выйдут из зацепления. Затем полость, заполненная газом, отсекается от всасывающего окна.

Схема одноступенчатого винтового компрессора

Рис. 1 – Схема одноступенчатого винтового компрессора

После этого газ без изменения давления (если пренебречь утечками через неплотности) передается на верхнюю часть, где во впадины между зубьями первого ротора начинают входить зубья второго ротора, что приводит к уменьшению объема полости и сжатию газа. Нагнетание происходит, когда полости, в которых заключен сжатый газ, сообщаются с нагнетательным окном. Наличие нескольких таких полостей и винтовое их расположение на роторах обеспечивают непрерывную подачу газа.

Винтовые компрессоры изготовляют одноступенчатыми и двухступенчатыми. Ротор двухступенчатого компрессора показан на рисунке 2.

Ротор двухступенчатого винтового компрессора

Рис. 2 – Ротор двухступенчатого винтового компрессора: 1- ведущий ротор; 2 – ведомый ротор; 3 – лабиринтное уплотнение

У некоторых винтовых компрессоров нет системы смазки рабочей полости (сухие), так как роторы вращаются без соприкосновения поверхностями. Однако в большинстве случаев предусматривают вспрыскивание масла в рабочую полость (маслозаполненные). Подача масла в рабочую полость винтового компрессора позволяет повысить его производительность из-за уменьшения внутренних утечек и значительно снизить температуру пара на нагнетании. Это позволяет:

упростить конструкцию компрессора;
уменьшить шум;
снизить частоту вращения ротора;
расширить диапазон одноступенчатого сжатия;
повысить надежность и долговечность компрессора;
осуществить полную автоматизацию;
повысить степень сжатия в компрессоре;
приблизить процесс сжатия к изотермическому;
отказаться от водяного охлаждения корпуса.

Винтовые компрессоры имеют следующие преимущества:

высокий коэффициент полезного действия вследствие отсутствия клапанов и трения в полости сжатия;
отсутствие контакта хладагента с маслом, что улучшает условия работы теплообменных аппаратов;
отсутствие инерционных усилий, благодаря чему не требуется устройства тяжелых фундаментов;
непрерывность всасывания и нагнетания;
возможность широкого регулирования холодопроизводительности;
меньшие габаритные размеры и масса по сравнению с поршневыми и ротационными компрессорами и большая эксплуатационная надежность в работе.

К недостаткам винтовых компрессоров относятся сложность изготовления и высокий уровень шума. Для уменьшения шума в нагнетательном и всасывающем трубопроводах вблизи машины устанавливают глушители, отрегулированные на соответствующую частоту колебания.

vse-lekcii.ru

Винтовой компрессор - это... Что такое Винтовой компрессор?

Роторы компрессора

Конструкция винтового компрессора запатентована в 1934 году. Надёжность в работе, малая металлоёмкость и габаритные размеры предопределили их широкое распространение. Кроме того, использование винтовых компрессоров позволяет экономить электроэнергию до 30 %. Винтовые компрессоры успешно конкурируют с другими типами объёмных компрессорных машин, практически полностью вытеснив их в передвижных компрессорных станциях, судовых холодильных установках.

Типовая конструкция компрессора сухого сжатия, работает без подачи масла в рабочую полость. Компрессор имеет два винтовых ротора. Ведущий ротор с выпуклой нарезкой соединён непосредственно или через зубчатую передачу с двигателем. На ведомом роторе нарезка с вогнутыми впадинами. Роторы расположены в разъёмном корпусе, имеющем один или несколько разъёмов. В корпусе выполнены расточки под винты, подшипники и уплотнения, а также камеры всасывания и нагнетания.

Высокие частоты вращения винтовых компрессоров определяют применение в них опорных и упорных подшипников скольжения.

Между подшипниковыми камерами и винтовой частью роторов, в которых сжимается газ, расположены узлы уплотнений, состоящие из набора графитовых и баббитовых колец.

В камеры между группами колец подаётся запирающий газ, препятствующий попаданию масла из подшипниковых узлов в сжимаемый газ, а также газа в подшипниковые камеры.

Касание винтов роторов при отсутствии смазки недопустимо, поэтому между ними оставляют минимальный зазор, обеспечивающий безопасную работу компрессора, а синхронная частота вращения ведущего и ведомого роторов обеспечивается наружными синхронизирующими шестернями. Винтовые поверхности роторов и стенок корпуса образуют рабочие камеры. При вращении роторов объём камер увеличивается, когда выступы роторов удаляются от впадин и происходит процесс всасывания. Когда объём камер достигает максимума, процесс всасывания заканчивается и камеры оказываются изолированными стенками корпуса и крышками от всасывающего и нагнетательного патрубков.

При дальнейшем вращении во впадину ведомого ротора начинает внедряться сопряженный выступ ведущего ротора. Внедрение начинается у переднего торца и постепенно распространяется к нагнетательному окну. С некоторого момента времени обе винтовые поверхности объединяются в общую полость, объем которой непрерывно уменьшается благодаря поступательному перемещению линии контакта сопряжённых элементов в направлении к нагнетательному окну. Дальнейшее вращение роторов приводит к вытеснению газа из полости в нагнетательный патрубок. Из-за того, что частота вращения роторов значительна и одновременно существует несколько камер, компрессор создаёт равномерный поток газа.

Отсутствие клапанов и неуравновешенных механических сил обеспечивают винтовым компрессорам высокие рабочие частоты вращения, то есть позволяют получать большую производительность при сравнительно небольших внешних габаритах.

Маслозаполненные компрессоры допускают меньшие скорости вращения, чем компрессоры «сухого сжатия». Масло в рабочую полость винтового компрессора подается с целью уменьшения перетечек через внутренние зазоры, смазки винтового зацепления роторов и охлаждения сжимаемого газа.

Есть несколько типов винтовых компрессоров: с прямым приводом и ременным.

Литература

Абдурашитов С. А. «Насосы и компрессоры» М.: Недра, 1974
Михайлов А. К., Ворошилов В. П., «Компрессорные машины» М.: Энергоатомиздат, 1989. 288 с.: ил. ISBN 5-283-00090-7
Сакун И. А. «Винтовые компрессоры» М-Л.: Машгиз, 1960

dic.academic.ru

Винтовые компрессоры

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

Устройство автокомпрессоров

Винтовые компрессоры

Винтовые компрессоры, применяемые в автокомпрессорах, бывают двух типов: маслозаполненные и сухого сжатия. Маслозаполненными называются компрессоры, в полости сжатия которых вводится значительное количество масла одновременно для смазывания, охлаждения и уплотнения механизма движения.

В компрессорах сухого сжатия при сжатии воздуха в рабочие полости не подаются смазывающая и охлаждающая жидкости. Охлаждение этих компрессоров осуществляется или интенсивным внешним обдувом корпуса холодным воздухом, или газом от вентилятора, или жидкостью (водой, маслом), которая подается через полые каналы в корпусе.

В винтовых компрессорах устанавливают два ротора (винта). Винты винтовых компрессоров представляют собой цилиндрические ко-созубые крупномодульные шестерни с зубьями специального профиля. Профили винтов могут быть циклоидальные, окружные и эллиптические. Профили зубьев парных винтов подбирают так, чтобы при взаимной обкатке винтов их зубья находились в синхронной связи. Между винтами, а также между винтами и корпусом должны быть малые, но достаточные для вращения роторов зазоры.

Корпус комрессора обычно имеет поперечный разъем в плоскости торца всасывания, корпус компрессоров с винтами больших диаметров — продольный разъем.

Маслозаполненный компрессор (рис.177). При вращении роторов через патрубок воздух заполняет по всей длине те полости нарезки роторов, которые в это время оказались соединенными с атмосферой (рис. 177,а). При дальнейшем вращении роторов (рис. 177,6) воздух, заполнивший винты роторов, отсекается от патрубка и подвергается выступами винтов постепенному сжатию.

При этом четез трубку в рабочую полость подается масло поддавлением, которое, смешиваясь с сжимаемым воздухом, охлаждает его и образует масловоздушную смесь. Сжатие продолжается до тех пор, пока винты роторов, наполненные масло-воздушной смесью, не подойдут к нагнетательному патрубку (рис. 177,в) и заканчивается в момент соединения впадин винтов с патрубком (рис. 177,г) нагнетания. Величина внутреннего сжатия воздуха в винтовом компрессоре зависит от расположения окна нагнетания и его размеров: с уменьшением окна внутреннее сжатие воздуха будет увеличиваться, с увеличением — уменьшаться.

Рис. 177. Винтовой маслозаполненный компрессор:1, 4 — всасывающий и нагнетательный патрубки; 2 — ротор; 3 – трубка подвода масла.

Наличие масла в рабочем пространстве маслозаполненных компрессоров позволяет упростить или вовсе исключить ряд сборочных единиц машины. Концевые уплотнения на стороне нагнетания валов представляют собой свободно насаженную на вал ротора втулку с наружными кольцевыми канавками. В канавки и в зазор между втулкой и корпусом подается под давлением масло, создающее масляный затвор, который препятствует проходу воздуха. Эти простые, но эффективные уплотнения имеют малые осевые размеры, что позволяет сократить расстояние между опорными подшипниками и уменьшить прогибы роторов.

В автокомпрессорах применяют маслозаполненные винтовые компрессоры типа ЗИФ и МВК. На приводном валу (рис.178) винтового компрессора ЗИФ ПВ-5 установлена полумуфта компрессора, которая соединяется с полумуфтой привода для передачи вращательного движения через шестерни роторам.

Рис. 178. Детали и сборочные единицы винтового компрессора ЗИФ ПВ-5:1 — вал; 2 – крышка корпуса; 3 — радиально-упорный шарикоподшипник; 4 – крышка подшипника; 5 — полумуфта; 6 — манжета; 7 – дроссельный клапан; 8 – шестерня; 9 – патрубок; 10 — воздушный фильтр; 11 — рым-болт; 12 – натяжной болт; 13 — кронштейн вентилятора; 14, 17 – ведомый и ведущий шкивы вентилятора; 15 — ремень вентилятора; 16 – вентилятор; 18 – ротор.

Роторы изготовлены из стальных цельнокованых заготовок с нарезкой винтов на специальных станках. Зазоры между винтами по линиям контакта и между винтами и корпусом находятся в пределах 0,05-0,1 мм, винтами и боковыми крышками корпуса — 0,1—0,25 мм. Винты выполнены с углами закрутки эллиптического профиля. Уплотнение на валу ведущего ротора обеспечивается сальником, наличие масла в рабочих полостях создает уплотнения зазоров между роторами и корпусом, а также способствует снижению уровня шума в компрессоре.

Рис. 179. Винтовой компрессор сухого сжатия:1 – корпус; 2, 3 — ведущий и ведомый роторы; 4 – упорный подшипник; 5, 6 – опорные подшипники; 7, 8 – шестерни; 9 – уплотнение; 10 – каналы.

Приводной вал с ведущей шестерней установлен в ради-ально-упорных шарикоподшипниках, которые запрессованы в корпус компрессора и крышку корпуса. Уплотнение на валу для предотвращения утечки масла из камеры шестерен создается с помощью сальника, в котором установлены манжеты из маслобен-зостойкой резины. На всасывающем патрубке установлены воздушный фильтр для очистки всасываемого воздуха и дроссельный клапан, который регулирует вход воздуха в компрессор. Вентилятор приводится в движение посредством ведущего и ведомого шкивов и ремней, которые натягивают с помощью кронштейна и натяжного болта. Для транспортирования компрессора в сборе установлен рым-болт.

Компрессор сухого сжатия. В корпусе (рис.179) компрессора имеются соответствующие расточки с параллельными осями, в которых помещяются ведущий и ведомый роторы. Расточки корпуса под винты пересекаются между собой, образуя в поперечном сечении фигуру в виде восьмерки. Таким образом эти расточки образуют одно общее пространство, которое с одного торца сообщается через окна всасывания с патрубком (камерой) всасывания, с другого — через окно нагнетания — с патрубком (камерой) нагнетания. Окна всасывания и нагнетания взаимно расположены по диагонали.

Ведущий ротор соединен с двигателем и имеет выпуклые широкие зубья, зубья ведомого ротора 3 вогнутые и тонкие. Крутящий момент от двигателя передается непосредственно или через мультипликатор (иногда редуктор) только ведущему ротору, ведомый ротор с зубьями воспринимает лишь небольшую долю общего крутящего момента.

На валах ведомого и ведущего роторов закреплены шестерни и 8, которые синхронизируют вращение валов, не допуская их взаимного касания. Эти шестерни называются шестернями связи.

В качестве опорных подшипников применяют подшипники скольжения или качения. Осевые усилия, действующие на роторы, воспринимаются упорными подшипниками. В непосредственной близости от винтов на валах размещены уплотнения 9. На валах роторов установлены также маслоотбойные кольца, гребни упорных подшипников, элементы уплотнения, втулки и т.д.

В корпусе компрессора имеются каналы для циркуляции по ним охлаждающей жидкости. В винтовых компрессорах отсутствуют клапаны или какие-либо другие распределительные органы, а также части, совершающие возвратно-поступательное движение.

Читать далее: Ротационно-пластинчатые компрессоры

Категория: - Устройство автокомпрессоров

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

Винтовой компрессор. Многообразие областей применения

Хотя принцип работы винтовых компрессоров хорошо известен более 120 лет, широко применяться компрессоры винтового типа стали только последние 40 лет. Основная причина этому были небольшой коэффициент полезного действия и высокая стоимость изготовления их роторов.

Серьезные усилия по развитию винтовых машин начались в 1930х годах, когда Альф Лисхольм, шведский инженер использовал винтовой компрессор в качестве газовой турбины и все современные разработки этих машин базируются на этой его новаторской работе.

Две важные разработки в дальнейшем позволили решить трудности с производством точных роторов по приемлемой цене. Первая – это внедрение ассиметричного профиля ротора приблизительно 35 лет тому назад, который значительно сократил площадь полости, которая являлась причиной внутренних утечек и за счет этого повысился термодинамический коэффициент полезного действия этих машин почти до такого же уровня, что и у поршневых компрессоров. Вторая разработка – это внедрение примерно в то же время высокоточных инструментов по нарезке резьбы, которая сделала возможным изготовление точных и экономичных единиц сложной формы, таких как роторы.

С этих пор как результат их все улучшающейся эффективности, высокой надежности и компактной форме, винтовые компрессоры заняли значительное место на рынке компрессорной техники.

Винтовые компрессоры обладают рядом преимуществ.

Прежде всего, в отличие от поршневых машин, движущиеся части все вращаются и как результат могут работать на гораздо больших скоростях. Во-вторых, в отличие от лопастных машин, усилие соприкосновения внутри них низкое, что делает их очень надежными. Также в отличие от других типов компрессоров, все уплотнительные линии соприкосновения уменьшаются в длине, как только размер рабочей камеры уменьшается, и давление в ней увеличивается, это минимизирует выход газа из камеры вследствие утечки во время процесса сжатия или расширения.

Винтовые компрессоры используются сегодня для большого количества применений.

Винтовой компрессор – это машина объемного типа, которая работает без необходимости во всасывающих и нагнетательных клапанах. У нее есть возможность автоматически менять объем всасывания одновременно с понижением потребляемой мощности при частичной нагрузке. Винтовые компрессоры предоставляют намного больший рабочий диапазон и более низкие затраты на техническое обслуживание чем типичные поршневые компрессоры. Эти машины также меньше по размерам и создают меньший уровень вибрации, чем поршневые машины.

Винтовые компрессоры широко используются сегодня в химической и нефтехимической промышленности, газопереработке, в нефтяном секторе. Типичное применение включает охлаждение с использованием углеводородов, фторуглеводородов , а также аммиачного хладагента, улавливание паров и газов, сжатие топливных газов, природного газа, газа из органических отходов, хвостовых газов, СО2 и гелия.

Последние 20 лет винтовые машины стали популярны в газовой промышленности, там, где требуется дожимная техника и актуален сбор газов. Также в последние годы наметился рост их использования в сфере газов, растворенных в нефти.

Понижение пластового давления потребовало от промышленности найти новые более гибкие альтернативы традиционным поршневым компрессорам. Также свой вклад вносят государства и организации, борющиеся с загрязнением окружающей среды, требуя от промышленности консервировать газы, которые обычно выбрасываются в атмосферу в различных областях, связанных с попутными нефтяными газами.

Маслозаполненные винтовые компрессоры широко используются в различных областях применения, связанных с воздухом и охлаждением более пятидесяти лет. До начала 1990х годов эти машины не были серьезно представлены в газовой промышленности. До этого времени для сжатия природного газа повсеместно использовались в основном поршневые компрессоры. В случае освоенных месторождений и при пониженном пластовом давлении стали применяться винтовые компрессоры и как альтернатива и в дополнение к поршневым компрессорам.

Т.к. производители стараются увеличить рабочие показатели своих агрегатов, многие винтовые компрессоры для тяжелых условий эксплуатации предназначены для работы с давлением на всасе примерно 150 psig и давлением на нагнетании до 450 psig. Есть некоторые винтовые компрессоры, которые могут работать и с большими значениями давления при использовании корпуса из стального литья, но это редкость в газовой промышленности из-за капитальных затрат.

Винтовые компрессоры обычно используются для многих технологических газов, охлаждения по ходу технологического процесса, областей применения в газовой промышленности, включая автономное дожимное оборудование скважин, систем сбора газа низкого давления, дожимное оборудование низкой ступени для поршневого компрессора, для сжатия топочных газов, попутного нефтяного газа и систем сжатия УЛФ. Они используются для областей применения связанных с очищенными и сырыми газами, кислым газом, где концентрация h3S и/или CO2 более 80%. Винтовые компрессоры могут быть использованы для летучих газов таких как водород и для газов с большим молекулярным весом и удельной вязкости до2.0.

Сегодня винтовые компрессоры благодаря их широкому рабочему диапазону, диапазону изменения нагрузок, низким затратам на техническое обслуживание можно встретить там, где встречается газ из нетрадиционных источников.

В газовом применении винтовые компрессоры могут иметь рабочий диапазон от примерно 50 до 1500 лошадиных сил и оснащаться как электроприводом, так и приводом от двигателя

Винтовые компрессоры имеются в безмасляном и маслозаполненном исполнении. В конце 1950х годов шведская компания создала технологию с использованием масла в винтовом компрессоре и улучшила профиль ротора для достижения большей объёмной производительности и степени сжатия. После этого они дали лицензию многим производителям компрессорного оборудования по всему миру. Безмасляные винтовы компрессоры используются для технологических газов с 1970х годов. Маслозаполненные винтовые компрессоры используются во многих областях применения связанных с производственным процессом с 1980х годов.

Область применения безмасляных машин включает все технологические процессы, которые чувствительны к примесям в рабочей среде или там где смазочное масло может быть загрязнено рабочей средой. Они используются во многих уникальных областях применения для бутадиена, рециркуляционного газа стиролового мономера, кальцинированной соды, линейного алкилбензола и др. Во многих случаях использовался впрыск воды для охлаждения процесса сжатия.

Маслозаполненные винтовые компрессоры могут достигать немного большего коэффициента полезного действия чем «сухие» компрессоры и могут использовать масло для охлаждения.

С увеличением использования сепараторов для синтетических масел в последние 20 лет произошло значительное смещение использования в пользу маслозаполненных винтовых компрессоров во многих областях применения. Большинство применяемых сегодня винтовых машин для сжатия газов впрыскивают масло в рабочую область для смазки, уплотнения и охлаждения в количестве приблизительно равном от 10 до 20гал/мин на 100лс. Использование такого большого количества масла позволяет передать тепло выделяемое в процессе сжатия маслу и делает возможным низкие температуры на нагнетании даже при высокой степени сжатия.

Практически все газы могут быть сжаты:

аммиак
аргон
этилен
ацетилен
бутадиен
газообразный хлор
хлористоводородный газ
природный газ
газ, сжигаемый в факеле
доменный газ
болотный газ
гелий
газ известеобжигательной печи
коксовый газ
угарный газ
комбинации газообразных углеводородов
бытовой газ
пропан
пропилен
газ из скважины
двуокись серы
оксид азота
азот
стирол
газ на основе винилхлорида
водород
и др.

Ограничением в использовании винтовых компрессоров могут послужить диапазон давлений и температур и максимально допустимая скорость компрессора. Безмасляные компрессоры могут быть загружены механическим путем с перепадом давления до 12 бар, а маслозаполненные компрессоры до 20 бар. Более высокий перепад давлений также возможен в некоторых случаях. Производительность в этих компрессорах может быть до 60,000 м3/ч.

Винтовые воздушные компрессоры относятся к наиболее часто используемым типам воздушных компрессоров. Винтовые компрессоры могут подавать сжатый воздух непрерывно и они относительно не очень шумные. Они отличаются экономичным энергопотреблением и могут работать 24часа в сутки 7 дней в неделю на протяжении многих лет.

Компрессоры винтового типа в основном используются там, где существует большая потребность в сжатом воздухе. Имеются два типа компрессоров безмасляные и с впрыском масла.

Типичные области применения:

компрессоры для заполнения и опорожнения вагонов для перевозки сыпучих грузов и силоса.
стационарные компрессорные установки в химической промышленности и технологических процессах.
холодильные компрессоры в системах кондиционирования воздуха
компрессоры для подачи сжатого воздуха для пневмоинструмента для резки, сверления, забивания и шлифовки, для пневмоприводов и клапанов, вентиляционных систем, упаковки и укладывания на паллеты, для краскораспылителей и конвейерных систем.

Ниже приведены более подробно некоторые примеры применения винтовых компрессоров в различных отраслях промышленности:

Цементная промышленность

Сжатый воздух используется для различных областей применения в цементной промышленности (пылесборники, воздушные ножи, пневматические муфты, пневмоприводы и пылесборные системы фильтрации).

Электростанции.

Электростанции работают круглосуточно и непрерывная подача сжатого воздуха является здесь критичной для безаварийной работы.

Автомобильная:

Воздух без содержания масла используется в производственном процессе (пескоструйная обработка, пневматические инструменты, удаление покраски, пыли, надувка шин и т.д).

Сталеобрабатывающая промышленность

Воздух подается в печь для нагрева стали и охлаждения рулонной стали ( подача воздуха на горелки, охлаждение литья для пескоструйной обработки и тд.)

Химическая промышленность

Давление воздуха используется для транспортировки жидкостей под давлением, емкостей под давлением, в резервуарах для аэрации, точечного охлаждения, синтеза аммиака, автоматических системах контроля и др.

Пищевая промышленность

Винтовые компрессоры используются в производственных процессах ( смешивание смесей, транспортировка жидкостей под давлением, осушка продукции, охлаждение порошков, процессе упаковки и тд.)

Машиностроение

Охлаждение станков, сжатый воздух для робототехники, удаление обрезков таких как куски, порошок металла , пневмоинструмента и тд.

Фармацевтика

Производство лекарств, аэротенки, для упаковки лекарственных средств.

Строительство

Сжатый воздух используется для буров и пневмоинструмента (пневмодрели, молотки, пневматических клепальных молотов, гайковерты и тд.) для покрасочных работ, транспортировки грунтовых и сточных вод под давлением, сооружении свай и тд.

Горная промышленность

Экскаваторы, транспортировка угля и руды с использованием давления воздуха, закачка кислорода в шахты, пылесборные системы фильтрации.

Целлюлозно-бумажная промышленность

Воздух без содержания примесей масла используется во многих технологических циклах производственного процесса, таких как смешивание, распыление порошка, осушка продукции.

Хотя винтовые компрессоры на сегодняшний день, хорошо разработанный продукт, большой вклад технических наук в виде компьютерного моделирования и математического анализа на стадии проектирования делают дальнейшие улучшения в кпд и сокращение размеров и расходов возможными. Очевидно, что изменения грядут и в нефтехимической, химической и газовой промышленности. Винтовые компрессоры на данный момент уже доказали свое место центральной части во многих системах и заслужили репутацию надежных, эффективных, эксплуатационно гибких и не требующих больших затрат на техническое обслуживание.

Классификация компрессоровЛопастные компрессорыОбъемные компрессорыПрименение поршневых компрессоровПрименение центробежных компрессоровРоторные компрессорыСмазка цилиндров поршневых компрессоровВинтовые компрессорные установкиМембранные компрессорыОсновные характеристики компрессора. Производительность компрессора. Мощность компрессораПередвижные дизельные (винтовые) компрессорыПоршневые компрессорыРасчет компрессоров. Подбор компрессорного оборудованияСравнительный анализ компрессоровЦентробежные компрессоры. Азотные компрессоры

www.intech-gmbh.ru