Газовик

Винтовой компрессор устройство и принцип работы

Это ротационное устройство широко используется при организации пневматических систем. Поэтому в данном разделе рассмотрим, что такое винтовой компрессор его устройство, описание, конструкция, принцип работы и другие важные характеристики. Приведено как можно больше информации, чтобы вы могли легко выбрать модель, отвечающую вашим требованиям по производительности, рабочему давлению, потребляемой мощности и т.д.

Первый практический пример винтового объемного компрессора был разработан шведским инженером Эллиотом Лисхольм в 1934 году. Это устройство было интересным и перспективным, но имело главную проблему – низкую энергоэффективность по сравнению с поршневыми компрессорами.

Популярность и повсеместное использование винтовые компрессоры получили спустя несколько десятилетий, когда были изобретены ассиметричные роторы винтового блока. В это же время, новые технологии позволили изготавливать высокоточный профиль роторов, который обеспечивал минимальные утечки при сжатии. Современные версии отличаются низким энергопотреблением и уровнем шума.

Особенности и преимущества винтовых компрессоров

Сегодня именно они являются наиболее используемым оборудованием для сжатия воздуха и почти полностью вытеснили собой другие разновидности. Объектами для их установки становятся предприятия практически всех видов промышленности:

• Строительство;
• Автомобилестроение;
• Металлургия;
• Химическая промышленность;
• Пищевая промышленность;
• Фармацевтика;
• Горно-шахтная промышленность;
• Деревообрабатывающая промышленность.

Причины популярности лежат в многочисленных достоинствах, ключевым из которых является механизм сжатия. Используемые в данном случае роторы с вращающимися по направлению друг к другу зубьями показывают себя надежнее, чем поршни с их возвратно-поступательным движением, а также обеспечивают компактность размеров и легкость веса.

К тому же стоит учитывать, что винтовой компрессор – это агрегат, нагнетающий воздух постоянно, а не импульсами, и поэтому не нуждается в подключении ресивера. Это удешевляет эксплуатацию.

Достоинство винтовых компрессоров

В числе других преимуществ (по сравнению с поршневыми моделями).

• Экономичность потребления энергии – расход ниже на 30%, что возможно благодаря отсутствию трения в винтовом блоке. Тогда как в конструкции поршневого блока трения избежать не удастся.
• Долговечность – клапаны отсутствуют, система смазки и охлаждения проста и максимально надежна. В результате оборудование можно эксплуатировать до 10-12 лет, лишь осуществляя плановое техническое обслуживание. 
• Впечатляющие технические характеристики – конструкция винтового компрессора к тому же позволяет ему сохранять КПД на уровне до 95% и выше, обеспечивая, при этом, производительность по сжатому воздуху до 60 м3/мин.
• Наличие звукоизоляции – благодаря специальным кожухам обеспечивается достаточно низкий уровень шума. Например, компрессоры ALMiG имеют уровень шума от 60 до 79 дБ. И только самые мощные модели — до 83 дБ. 
• Отсутствие вибрации — так как сжатие в компрессоре происходит за счет вращения роторов, вибрация не создается. Вибрация винтового компрессора говорит о возможной неисправности.
• Есть цифровое управление, позволяющее в автоматическом режиме контролировать работу оборудования. Более того, управление можно осуществлять, как непосредственно, так и удаленно.
• Низкая потребность в обслуживании – проводить плановое техническое обслуживание нужно через каждые 4000-6000 часов эксплуатации (против 500 часов у поршневых моделей).
• Малый расход масла – до 3 мг/м3, в сравнении с поршневым, где содержание масла в сжатом воздухе может достигать и 60 мг/м3.
• Нетребовательность в вопросах установки и монтажа – за счет компактных габаритов появляется разнообразие вариантов их размещения в пределах цеха (площадки), к тому же для монтажа нет необходимости заливать отдельный фундамент.

Кроме того отдельным преимуществом является воздушное охлаждение, благодаря которому нет нужды встраивать оборотное водоснабжение и, что даже важнее, появляется возможность вторично использовать выделившееся тепло.

Что представляет собой винтовой компрессор его устройство и принцип работы

Это устройство для сжатия и подачи воздуха или других газов. Переходим к назначению деталей.

Составные части

В общем случае это:

• всасывающий фильтр — пропускает через себя и очищает воздух перед блоком сжатия;
• впускной клапан – переключает режим работы компрессора нагрузка/холостой ход;
• электромотор – приводит в движение роторы блока сжатия;
• винтовой блок – два параллельно ориентированных ротора (один выпуклый, другой вогнутый);
• привод – сцепляет винтовую пару с двигателем, отвечая также за вращение с заданной скоростью;
• охладитель масла – снижает температуру масла до заданных значений, не допуская перегрева;
• отделитель масла – специальный резервуар (бак), отделяющий масло от сжатого воздуха;
• термостат – меняет направление движения масла: малый круг — сразу в винтовой блок; большой круг — через охладитель;
• масляный фильтр — очищает масло перед подачей его в винтовой блок;
• реле и предохранительный клапан – защищают от поломки, срабатывая при резком повышении давления;
• трубопроводы – соединяют все отделы системы, обеспечивая прохождение масловоздушной смеси, масла и сжатого воздуха;
• вентилятор – способствует осуществлению забора воздуха, а также выполняет функцию общего охлаждения;
• блок управления – осуществляет контроль за работой компрессора в нормальном режиме, оповещение при аварии и настройку параметров;
• концевой охладитель – снижает температуру среды, прежде чем выпустить ее из оборудования.

Принцип работы винтового компрессора

Пошагово он выглядит следующим образом:

1. двигатель запускает роторы, которые с соблюдением ведомости, вращаются по направлению друг к другу;
2. в результате этого движения атмосферный воздух всасывается через фильтр, в котором очищается от механических примесей;
3. в винтовом блоке воздух смешивается с маслом, сжимается и попадает в маслобак;
4. в маслобаке и сепараторе сжатый воздух отделяется от масла и через концевой охладитель поступает на выход установки, а масло после охлаждения поступает обратно в винтовой блок через масляный фильтр.

Процесс сжатия проходит в автоматическом режиме, отличается простотой и эффективностью. И это очередное преимущество и еще одна причина использовать именно рассматриваемое оборудование.

Как работает винтовой компрессор, в каких режимах

Возможно несколько функциональных состояний:

1. Старт – при нажатии основной кнопки , запускается двигатель, который приводит в движение роторы винтового блока. Компрессор переходит в следующий режим.
2. Нагрузка — атмосферный воздух проходит в винтовой блок через всасывающий фильтр и открытый впускной клапан. Давление в пневматической сети начинает подниматься, и постепенно доходит до верхнего значения, установленного на контроллере. Компрессор переходит в режим холостого хода.
3. Холостой ход – впускной клапан закрывается и воздух перестает попадать в винтовой блок. Мотор и роторы винтового блока продолжают вращаться, но так как сжатия не происходит, нагрузка в таком режиме составляет примерно 30% от максимальной мощности. Такой режим нужен, чтобы, в случае возобновления потребления сжатого воздуха, заново не запускать электродвигатель.
4. Если потребление возобновилось, то компрессор переходит в режим нагрузки. Если потребление не возобновилось в течение определенного времени (настраивается в контроллере), компрессор переходит в режим разгрузки и останова.
5. Останов – отключение оборудования в штатном (нормальном) порядке.
6. Alarm stop – экстренное прекращение работы, со срочной (незапланированной) остановкой мотора, с пропуском холостого хода и других промежуточных этапов. Осуществляется нажатием на кнопку.

Разновидности винтовых компрессорных установок

Существует ряд признаков, по которым классифицируют все актуальные модели. Рассмотрим главные из них.

По типу привода выделяют:

• Ременные – именно этот элемент, соединяющий двигатель и основной блок, обеспечивает передачу крутящего момента.
• Прямые – соединение осуществляется уже муфтой, , что является более надежным и энергоэффективным решением.
• Редукторные — между винтовым блоком и мотором располагается зубчатый редуктор, позволяющий винтовому блоку вращаться со скоростью, отличной от скорости вращения мотора.

По максимальному рабочему давлению устройства бывают:

• компрессоры низкого давления — до 3,5 бар;
• компрессоры среднего давления — до 15 бар;
• компрессоры высокого давления — до 35 бар.

Кроме того по типу потребляемой энергии:

• автономные (дизельные) – заправляются жидким топливом, удобные для удаленных и открытых строительных площадок;
• электрические – подключаются к сети и от нее же запитываются.

По характеру рабочей среды выделяют:

• компрессоры винтовые воздушные – рассчитаны на сжатие воздуха;
• газовые – разрабатываются для сжатия различных газов;
• многослужебные – способны одновременно работать сразу с несколькими средами;
• многоцелевые – могут поочередно использовать разные газы.

Отдельно отметим, что по характеру заполнения камеры все существующие сегодня модели могут быть одного из двух типов, и это настолько серьезный классификатор, что он заслуживает более подробного рассмотрения. Итак, есть пара вариантов.

Безмасляный винтовой компрессор устройство и принцип работы

В свою очередь, также подразделяются на 2 вида, первый из которых – сухого сжатия. Данный вариант востребован в приборостроении, микробиологическом производстве, пищевой и фармацевтической промышленности.

Его особенность в том, что для достижения давления, скажем в 10 бар, процесс сжатия необходимо разделить на две стадии. В одну не получится, так как газовая среда чересчур сильно нагревается. Поэтому:

• на первом этапе выполняется сжатие до 3,5 бар, далее необходимо охлаждение рабочей среды;
• на втором – нагнетание до конечной величины, допустим, до 10 бар.

Обороты роторов первой и второй ступени синхронизирует редуктор. Само устройство и принцип работы винтового компрессора сухого сжатия позволяет сразу получать стопроцентно чистый воздух, без каких-либо примесей, но стоит такой винтовой компрессор сравнительно дорого, его ремонт сопровождается значительными затратами, и в процессе эксплуатации оно достаточно сильно шумит из-за очень высоких скоростей вращения роторов винтового блока.

Поэтому применение нашла вторая разновидность – водозаполненные модели. Сегодня они еще более востребованы во всех перечисленных сферах и даже считаются самыми технологичными, из-за следующих их преимуществ:

• обеспечивают давление до 13 бар, причем достигается это давление в одну ступень;
• вода обладает высокой теплопроводностью и теплоемкостью, поэтому, температура сжатого воздуха на выходе из компрессора всего на 6-12 ° Цельсия выше температуры окружающей среды;
• высокое качество сжатого воздуха без вредных примесей;
• почти полное отсутствие отходов;
• высокая энергоэффективность и экономичная эксплуатация.

Масляный винтовой компрессор устройство и принцип работы

Винтовой компрессор, устройство его принцип работы аналогичны общему случаю: есть два ротора, ведущий и ведомый, которые, вращаясь по направлению друг к другу, всасывают и сжимают воздух. Для предотвращения непосредственного контакта роторов, в винтовой блок впрыскивается масло. двигатели современных моделей – от 2,2 до 355 кВт и более;

• уровень шума в процессе эксплуатации – от 60 до 80 Дб (в среднем);
• производительность достигает 60 м3/мин и выше.

Могут быть передвижными и автономными, на дизтопливе или бензине, но наиболее мощные варианты, как правило, стационарные, устанавливаемые в производственных цехах и на других закрытых площадках. Монтаж винтового компрессора к примеру, осуществляется сравнительно просто и быстро, без предварительной заливки фундамента.

Ремонт и обслуживание: основные неисправности и их устранение

Естественно, есть определенные требования к условиям эксплуатации. Данное роторное оборудование не предназначено для сильно запыленных и/или холодных помещений, температура в которых падает ниже +5°C. С другой стороны, постоянное присутствие человека не является обязательным условием, так как в случае сбоя, перегрева или аварии предусмотрена функция экстренного отключения. Современные модели также не нуждаются в установке каких-либо вспомогательных систем – они полностью самодостаточны.

В процессе использования необходимо лишь своевременно проводить плановое техническое обслуживание компрессора, в соответствии с руководством по эксплуатации. В остальном же все просто, особенно при наличии электронного управления: график работы винтового компрессора может быть запрограммирована на недели вперед. Таким образом, практически все время компрессор работает без постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Хотя в процессе длительной эксплуатации все-таки могут возникать определенные неисправности. 

Вывод

Подробно рассмотрев винтовой компрессор устройство и принцип работы, можно сделать один простой вывод. Это довольно надежное, производительное, безопасное и удобное оборудование, особенно по сравнению с поршневым. Несмотря на то, что первоначальные затраты на покупку винтового компрессора выше, чем поршневого, стартовые расходы на их приобретение многократно окупаются в перспективе многолетней эксплуатации.