Винтовой компрессор принцип работы разгрузки. Принцип работы винтового компрессора

Компрессоры винтового типа относятся к классу ротационного оборудования . Принцип работы таких устройств основан на вращении двух роторов , которые и называют винтами. Первый образец был выпущен еще в 1934 году шведом Элиотом Лисхольном. С тех пор изобретение перетерпело множество изменений, но принцип действия остался прежним.

На сегодняшний день винтовые агрегаты практически полностью вытеснили другие типы компрессоров с мобильных станций, судовых рефрижераторов, из пищевого, стекольного, химического производства, других отраслей промышленности.

Преимущества

Винтовые компрессоры сконструированы таким образом, чтобы производительность и ресурс двигателей малой мощности росли, а энергопотребление снижалось вполовину. К преимуществам такого рода оборудования относятся компактные размеры, не слишком отягощающий вес, надежность, долговечность .

Винтовые агрегаты не требуют непрерывного обслуживания, поскольку способны длительное время работать в автономном режиме. Они быстро монтируются в собственных рамах без специально обустроенного фундамента, минимально вибрируют при функционировании.

Винтовые типы оснащаются изолирующими шум кожухами, работают тише прочих. В цехах с ними сохраняются максимально комфортные условия для людей.

Большинство представителей описываемого класса оснащаются цифровой платой управления. За счет этого легко менять давление, программировать циклы процессов на таймер, регулировать потребление энергии. Производить действия можно удаленно.

Среди главных преимуществ нельзя не отметить низкий расход масла. На 1 м3 уходит примерно 2-3 мг смазочного материала, что в разы меньше, чем у модификаций. Данный показатель важен для качества выходящего воздуха. Винтовая конструкция работает чище других, а значит, не нуждается в дополнительных фильтрах, может применяться даже для пневматических машин.

Воздушный принцип охлаждения избавляет от необходимости встраивать систему оборотного водоснабжения и позволяет использовать тепло компрессора вторично (например, для обогрева цехов).

Рассказ про компрессоры одного из производителей от специалиста

Устройство и принцип работы

Сжатые воздух и газ заставляют функционировать сложные системы исполнения из пневматических цилиндров, клапанов и прочих механизмов. Винтовой компрессор занимается преобразованием электрической энергии в воздушно-газовый толчок.

Составные части

Любая модель винтового компрессора включает основополагающие детали:

Воздушный фильтр – всасывает воздух в устройство, очищает его. Находится у входного клапана.
Входной клапан – регулирует работу агрегата переходом на холостой ход.
Основной винтовой блок – представляет собой два ротора вогнутой и выпуклой формы, расположенных параллельно друг другу.
Электрический мотор – запускает и поддерживает движение винтовой пары.
Ременный привод – сцепляет роторы с двигателем, обеспечивает вращение, поддерживает скорость.
Отделитель масла – бак с перегородкой, в котором воздух отделяется от масла.
Фильтр и охладитель масла – производит очищение, охлаждение масляной смазки перед ее попаданием в роторный отсек.
Термостат – следит за оптимальной температурой двигателя. При низком нагреве масла пропускает его вне охлаждения, ускоряя процесс.
Трубопроводы – система прохождения и соединения отделов воздуха, масла, их смеси.
Клапан предохранительный и реле давления – оберегают мотор от поломки. Срабатывают при значительном завышении давления в отделителе, предотвращая выход агрегата из строя.
Блок управления – система дисплеев и плат, обеспечивающая электронную настройку, отслеживание параметров оборудования.
Вентилятор – помогает воздушному забору внутрь, одновременно охлаждает элементы мотора.
Концевой охладитель – доводит сжатый воздух до оптимальной температуры перед выдачей из компрессора.

Роторы вращаются навстречу друг другу, соблюдая принцип ведомости. Движение винтов всасывает воздух через входной фильтр. Поток проходит сквозь очищение, смешивание с маслом, охлаждение. Полученная смесь попадает в систему под продолжающейся винтовой тягой. Далее отделитель сепарирует масло от воздуха, последний выходит из компрессора в потребляющее оборудование.

Таким образом, работа винтов проделывает весь необходимый процесс с воздухом без посторонних вмешательств.

У винтовых компрессоров имеется несколько возможных режимов действия с определенными функциями:

Пусковой или Старт – запускает двигатель аппарата, оптимизирует нагрузку от электросети. Активируется нажатием специальной кнопки, через несколько минут переходит в рабочий режим. Может отсутствовать, если мощность компрессора минимальна и предусмотрен прямой пуск.
Рабочий – наращивает давление до максимально допустимого, затем срабатывает реле переключения на холостой ход.
Холостой ход – характеризуется вращением роторов, непрерывной работой двигателя. В это время газ проталкивается через все устройство, воздушные массы охлаждаются. Служит для предотвращения поломок, выжидания оптимальных показателей, подготовки компрессора к отключению.
Ожидание – наступает после холостого хода, пока отметка давления не снизится до минимальной. Длительность зависит от скорости выхода воздуха. Следом может последовать продолжение работы по включению реле.
Стоп – штатное отключение прибора.
Экстренное отключение (Alarm stop) – срочная остановка мотора специальной кнопкой без промежуточных режимов типа холостого хода.

Виды винтовых компрессоров

Компрессоры винтовой конструкции отличаются большим разнообразием модификаций. Они подразделяются по нескольким признакам.

По заполнению камеры

– малошумные модели, в которых процесс действия роторов смягчается впрыскиванием масла. Требуют системы сепарации.
Безмасловые или сухого сжатия – не используют заполнение полостей масляной смазкой. Подходят для пищевого, фармацевтического, микробиологического производства, электронных приборов.

По сжимаемой среде

Воздушные – только воздух.
Газовые – сжимают аммиак, кислород, водород, но не воздух.
Многоцелевые – попеременно используют газ и воздух.
Многослужебные – одновременно могут использовать несколько видов газа.

По приводу

Ременные – крутящий момент осуществляется с помощью ремня между двигателем и блоком роторов.
Прямые – соединение пары винтов и мотора идет за счет специальной муфты, чем экономится электричество.

Тип энергии

Дизельные или автономные – заправляются топливом. Подходят для полевых условий.
Электрические – питаются от сети.

Степень сжатия давления

Низкая – до 1 Мн/м2.
Средняя – до 10 Мн/м2.
Высокая – более 10 Мн/м2.

Выгода перехода на винтовое компрессорное оборудование

С поршневых и центробежных устройств многие предприятия перешли на винтовые, объясняя явление надежностью последних. Выгода складывается из нескольких факторов.

Расходы на агрегат

Сами по себе винтовые разновидности стоят дороже остальных. Разница цены с поршневыми моделями составит до 40% не в пользу роторных. В тоже время, покупка оборудования включает также сумму установки с доставкой. В этом плане поршневые модификации проигрывают, поскольку являются гораздо более габаритными, тяжелыми, требуют фундамента для монтажа. Подсчет общих расходов показывает явное преимущество именно винтовых вариантов.

На обслуживание и ремонт

Винтовые типы не имеют поршней, колец, вкладышей, клапанов, других изнашивающихся элементов. Таким образом, потребность в техобслуживании возникает реже, а плановый уход обходится дешевле.

На электроэнергию

Независимо от типа конструкции, роторные модели обладают большой производительностью на малой поглощаемости электричества. При должном уходе они служат до 20 лет, окупают затраты на энергию в несколько раз. Для сравнения, поршневые агрегаты на сжатие равного объема воздуха используют вдвое больше питания.

Ремонт и обслуживание устройства

Роторные компрессоры требовательны к условиям «обитания».

Они не предназначены для помещений с минусовой температурой и сильной запыленностью, требуют плановой замены масла, прочищения фильтров, контроля состояния питающей электросети. Не предполагают установки дополнительных систем очисток масла, ресиверов.

Такое оборудование не нуждается в постоянном присутствии человека рядом, умеет отключаться самостоятельно в случае аварии, пикового перегрева или сбоя сети. В нем имеется возможность установки электронного управления. Программой допустимо задавать настройки работы до нескольких недель вперед. Максимальная продуктивность не сопрягается с перерасходом технических и человеческих ресурсов.

Ремонт происходит помощью сервисных центров.

Обзор моделей

На видео продемонстрированы винтовые компрессоры от ALUP

Вывод

Воздушные компрессоры – не самый дешевый вариант для покупки, но достойный конкурент другим типам по производительности.

Они гораздо выгоднее по совокупности затрат на обслуживание, энергию, ремонт, рабочих и способны оправдать свою цену еще до окончания периода эксплуатации. Для больших объемов работы роторный вид оборудования – экономически разумное решение.

Опубликовано в

Винтовой компрессор является наиболее эффективным инструментом для организации пневмосистем, поскольку имеет компактные размеры, небольшую массу, низкий уровень шума и вибрации по сравнению с другими типами агрегатов, предназначенными для сжатия газов и воздуха.

Первое отличие винтовых компрессоров от поршневых заключается в их конструкции. Главное, чем отличаются винтовые компрессоры от поршневых — это механизм сжатия . В винтовых агрегатах применяются роторы с винтообразными зубьями, вращающимися навстречу друг другу. А в поршневых – поршень, который совершает возвратно-поступательные движения внутри цилиндра. Благодаря вышеописанным конструкционным различиям винтовой компрессор имеет небольшой вес и компактные габариты.

Кроме того, отличается способ нагнетания и аккумулирования воздуха . Винтовые аппараты создают постоянный поток воздуха. Поршневые же компрессоры подают воздух импульсами, которые соответствуют по частоте движениям поршня. Поэтому для создания постоянного потока к поршневым аппаратам подсоединяется ресивер.

Преимущества винтовых компрессоров перед поршневыми очевидны.

Экономия электроэнергии . Она экономится за счет использования винтовых блоков последних поколений и автоматического управления подачей воздуха. Благодаря этому расход электричества уменьшается приблизительно на 30%.
Низкая стоимость обслуживания . В среднем, обслуживание поршневых агрегатов требуется проводить через каждые 500 часов работы. Винтовым же аппаратам нужен осмотр после 4000-8000 часов работы.
Длительный срок службы . Компрессоры с винтовым принципом действия способны работать без ремонта несколько лет подряд. Объясняется это отсутствием системы клапанов и наличием простой системы смазки и охлаждения. На винтовую пару агрегата производителем дается гарантия 2 года. Но, как показывает практика, аппараты могут работать без замены винтовой пары 7-8 лет. За это время в условиях предприятия приходится поменять около 5 компрессоров поршневого типа, имеющих аналогичную производительность.
Низкая стоимость монтажа и наладки . Как уже говорилось, винтовые агрегаты имеют небольшие размеры и почти не производят шум и вибрацию. Поэтому экономятся средства на монтаж и установку оборудования, поскольку его не требуется устанавливать на фундамент или в отдельное помещение.
Отличные технические характеристики . Винтовые агрегаты – это высококонкурентное оборудование, обладающее следующими техническими характеристиками: КПД до 95% (у поршневых аппаратов КПД не достигает 60%); производительность свыше 40 м 3 /мин; выходное давление до 9 кгс/см 2 .

Винтовые компрессоры выбирают множество предприятий России. Так, около 12% расходуемой страной электроэнергии идет на работу именно этих агрегатов. Несмотря на высокую стоимость, купить винтовой компрессор экономически целесообразно. Он обеспечит высокую скорость работы оборудования, минимизирует возможные простои из-за поломок, сэкономит на обслуживании.

Устройство и принцип работы винтовых компрессоров

Основным узлом винтового компрессора является винтовой блок (см. рис. ниже). Он состоит из корпуса (1), в котором расположена винтовая пара (2 и 3).

Роторы в средней части имеют утолщения, на которых нарезан винтовой профиль. Данные винты установлены таким образом, чтобы между ними был зазор в диапазоне от 0,1 до 0,4 мм. Роторная пара устанавливается либо на втулки, либо на подшипники. Синхронизируется вращение винтов с помощью шестерен (4), закрепленных на валах роторов. Чтобы обеспечить герметичность корпуса, он собирается с сальниками и уплотнителями.

Важно! Ведущий винт агрегата имеет выпуклую и широкую форму зубьев, а ведомый – тонкую и вогнутую.

В корпусе компрессора также предусмотрены полости для охлаждения (5), в которые, при необходимости, подается жидкость. Привод компрессора может быть как прямым, так и ременным.

Принцип действия роторного блока заключается в следующем.

Устройство винтового компрессора заметно отличается от устройства поршневого агрегата. Ниже приведена схема винтового компрессора , включающая в себя следующие элементы.

Фильтр . Предназначен для очистки атмосферного воздуха, засасываемого в агрегат.
Клапан всасывания . Препятствует выбросу масла и воздуха при остановке компрессора.
Винтовой блок . Является основным рабочим узлом агрегата, состоящим из винтовой пары, помещенной в корпус. Рядом с патрубком (18) устанавливается датчик термозащиты, выключающий двигатель, если на выходе из винтового блока будет температура выше 105°С.
Ременной привод . Предназначен для передачи вращательного движения от двигателя к винтам. Привод состоит из 2 шкивов. Один шкив установлен на валу двигателя, а другой – на ведущем валу винтового блока.
Шкивы. От их размеров зависит скорость вращения роторной пары. Шкивы соединяются между собой посредством приводного ремня.
Двигатель. Задает вращательное движение ременному приводу, который, в свою очередь, приводит в действие винтовой блок.
Масляный фильтр . Предназначен для очистки масла, возвращающегося в роторный блок.
Первичный маслоотделитель. В данном узле происходит отделение масла от воздуха с помощью центробежной силы.
Маслоотделительный фильтр . Предназначен для вторичной очистки воздуха от остатков масла, то есть более качественной. На выходе из фильтра в воздухе можно обнаружить остаточные пары масла в количестве 1,3 мг/м 3 . Данный показатель для поршневых аппаратов является недостижимым.
Предохранительный клапан . Обеспечивает безопасность при работе агрегата. Если в маслоотделителе (8) будет превышено давление, то в работу включится клапан, сбросив его до допустимого уровня.
Термостат. Благодаря ему поддерживается оптимальная температура масляного состава. Последний может свободно проходить мимо радиатора охлаждения, пока не достигнет температуры 72°С.
Маслоохладитель. В данный резервуар поступает разогретое масло, отделенное от воздуха, для охлаждения до нужной температуры.
Воздухоохладитель . Позволяет охладить воздух перед подачей на точки потребления до температуры на 15-20°С выше, чем температура окружающей среды.
Вентилятор. Предназначен для охлаждения всех узлов агрегата.
Клапан холостого хода . Является электропневматическим и предназначен для управления клапаном всасывания (2).
Реле давления . Благодаря ему обеспечивается работа аппарата в автоматическом режиме. В компрессорах последнего поколения вместо реле давления установлена электронная система управления.
Манометр . Показывает уровень давления внутри агрегата.
Выходной патрубок. Через него сжатый воздух поступает на точки потребления.
Приспособление для визуального контроля . Выполнено в виде прозрачного утолщения на трубке. С его помощью можно контролировать процесс возврата масла.
Клапан минимального давления . Находится в закрытом состоянии, пока давление не поднимется до 4 бар. Поскольку данный элемент отделяет пневмолинию от компрессора, он выполняет функцию обратного клапана при остановке агрегата или переходе его на холостой режим.

Все перечисленные детали и узлы винтового компрессора помещаются в металлический корпус, покрытый звукопоглощающим составом. В зависимости от фирмы производителя и модели аппарата, его устройство может незначительно отличаться от вышеописанного.

Если подробно рассмотреть принцип работы винтового компрессора , то он выглядит следующим образом (см. рис. ниже).

Режимы работы

Винтовые компрессорные агрегаты, даже самые простые, имеют 5 режимов работы.

Пуск . Это режим запуска агрегата, при котором исключается перегрузка электросети. Напряжение подается на двигатель постепенно, благодаря чему он приступает к работе только через 10-15 сек. после нажатия на кнопку включения.
Холостой ход. В данном режиме происходит подготовка аппарата к работе с полной нагрузкой. Роторы приводятся в движение двигателем и начинают нагнетать воздух, но на малой мощности.
Рабочий режим . В этом режиме наблюдается полноценная работа агрегата, на выходе которого получается сжатый воздух.
Режим ожидания . Активируется в момент достижения в системе определённого давления. В режиме ожидания все процессы в компрессоре останавливаются до тех пор, пока давление в системе не снизится до уровня, при котором происходит включение аппарата.
Совет! Этот режим очень удобен, когда компрессор используется периодически, в течение рабочего дня, поскольку нет необходимости обесточивать агрегат. Его работа лишь приостанавливается на определенный период.
Стоп. Данный режим приводит к плавному выключению аппарата. В начале, он переходит на холостой ход, после чего полностью выключается. Благодаря этому режиму уменьшается вероятность поломок и износа деталей вследствие резкого перепада давления или напряжения.

Некоторые модели винтовых компрессоров имеют режим Stop-Alarm . Данный режим включается при возникновении каких-либо неполадок в оборудовании, либо при повышении давления и температуры в агрегате до критических уровней. Режим Stop-Alarm, как правило, срабатывает автоматически. Но для его включения вручную предусмотрена кнопка, размещенная на панели управления аппаратом.

Разновидности винтовых компрессоров

Существующие виды винтовых компрессоров определяют их сферы использования. К примеру, промышленные маслозаполненные агрегаты являются универсальными и широко применяются в различных областях. Но применение безмасляных аппаратов востребовано лишь в тех областях, где требуется высокая степень очистки сжатого воздуха, например, в пищевой, химической и фармацевтической промышленности.

Безмасляные аппараты

Безмасляный компрессор при сжатии воздуха в качестве смазки и охлаждения роторного блока масло не использует, поэтому сжатый воздух, произведенный аппаратом, не содержит частиц смазочных материалов. Безмасляные агрегаты делятся на 2 подвида: винтовые сухого сжатия и водозаполненные.

Винтовые компрессоры сухого сжатия оснащаются синхронными двигателями, приводящими в движение винты, не контактирующие друг с другом. “Сухие” аппараты имеют меньшую производительность (3,5 бар на 1 ступень), чем маслозаполненные устройства. При подключении второй ступени можно увеличить данный показатель до 10 бар. Но эта мера лишь увеличит стоимость оборудования, которая и так достаточно высока по причине использования спаренных двигателей.

Водозаполненные аппараты являются самыми технологичными и сочетают в себе все достоинства как безмасляных, так и маслозаполненных устройств. Водозаполненные аппараты способны на силу сжатия до 13 бар (на 1 ступень). Также данные модели являются экологичными , поскольку вместо масла для охлаждения в них используется обычная вода. Поскольку вода имеет высокую теплоемкость и теплопроводность, то, независимо от уровня сжатия воздуха, она нагревается максимум на 12°С за счет дозированного впрыска. Из этого следует, что при уменьшении тепловой нагрузки на детали агрегата увеличивается их срок службы, а также повышается безопасность и надежность оборудования в целом.

Важно! Выходящий из водозаполненного агрегата воздух не требуется охлаждать, поскольку вода, которая циркулирует в системе, всегда будет иметь температуру окружающего воздуха.

Водозаполненные компрессоры практически не имеют отходов при работе. Также данные аппараты дешевле в производстве, поскольку в их конструкции отсутствуют масляные фильтры и емкости для отработанного масла.

Маслозаполненные аппараты

Масляный агрегат, как уже говорилось выше, имеет 2 ротора , один из которых, является ведущим. Для предотвращения физического контакта между роторами, внутрь блока впрыскивается масло. Оно должно подаваться со скоростью 1 л/мин на 1 кВт мощности аппарата. Масляные компрессоры имеют шумность в пределах 60-80 Дб.

По мощности двигателя компрессоры могут быть от 3 до 355 кВт, а по производительности – от 0,4 до 54 м 3 /мин. Высокопроизводительное оборудование, как правило, является стационарным и устанавливается в цехах. Но все же существуют и передвижные винтовые компрессоры, как бензиновые, так и дизельные.

Распространенные неисправности винтовых компрессоров и их устранение

Длительная эксплуатация любого оборудования приводит к тому, что оно требует либо сервисного обслуживания, либо серьезного ремонта. Не являются исключением и компрессоры, основным узлом которых является роторный блок.

Ремонт винтовых компрессоров своими руками вполне возможен в следующих случаях:

аппарат с трудом запускается;
компрессор не перезапускается;
в выходном патрубке агрегата отсутствует сжатый воздух;
низкая производительность;
чрезмерный расход масла;
непроизвольное срабатывание предохранительного клапана;
отключение аппарата термостатом;
отключение агрегата прерывателем сети;
поломка роторного блока;
повышенное давление.

Аппарат плохо запускается

Причиной того, что агрегат запускается с трудом, может быть низкая температура окружающего воздуха . Запуск компрессора произойдет только после прогрева помещения, в котором он установлен.

Устройство не перезапускается

Данная поломка вызывается плохим закрытием всасывающего клапана . Проблема решается прочисткой клапана. Если данная процедура не решила проблему, то клапан всасывания следует заменить.

Отсутствие сжатого воздуха

Если в выходном отверстии аппарата отсутствует сжатый воздух, то это признак закрытия регулятора. Чтобы устранить неисправность, потребуется проверить работоспособность реле давления. Именно этот узел подает питание на клапан, являющийся электромагнитным, который, в свою очередь, связан с регулятором.

Низкая производительность

Понижение производительности оборудования также связано с закрытием регулятора. В данном случае поломка вызывается засорением последнего. Чтобы производительность аппарата пришла в норму, требуется снять всасывающий фильтр, открыть или демонтировать регулятор, и хорошо прочистить его.

Чрезмерный расход масла или его утечка

Большой расход масла может вызывать сломанный фильтр , установленный в маслоотделителе, или негерметичность уплотнений этого же фильтра. В обоих случаях проблема решается заменой данных деталей.

Важно! Вызвать утечку масла может незакрытый регулятор или чрезмерно повышенное давление в системе. В первом случае следует проверить исправность электромагнитного клапана и регулятора. Во втором — подвергнуть проверке манометр.

Открытие предохранительного клапана

Данная поломка может возникнуть, если фильтр маслоотделителя засорился . Требуется проверить, существует ли перепад давления между масляным сепаратором, то есть его резервуаром и трубопроводом, в котором находится сжатый воздух. Проблема решается заменой фильтра.

Срабатывание термостата

Отключение агрегата термостатом может вызываться несколькими причинами.

Высокая температура окружающей среды . Следует обеспечить помещение с оборудованием хорошей вентиляцией, после чего нажать кнопку “reset” и перезагрузить аппарат.
Засорение охладителя масла . Требуется прочистить охладитель с применением растворяющей жидкости.
Низкий уровень масла. Следует долить необходимое количество последнего.
Неисправность термостата . Деталь следует заменить на исправную.

Отключение двигателя прерывателем сети

Срабатывание прерывателя цепи может вызвать низкое напряжение в сети . Следует проверить напряжение и, при его нормальных показателях, перезапустить аппарат, нажав на кнопку “Reset”.

Также прерыватель цепи может сработать при перегреве двигателя . В первую очередь, нужно проверить теплоотвод от электромотора. Если режим отвода тепла не нарушен, то произведите перезапуск оборудования. В случае, когда перезапуск не происходит, следует подождать несколько минут и снова повторить попытку.

Поломка роторного блока

Если обратить внимание на описание роторного блока, которое приводилось выше, то станет понятно, что его ремонт возможно произвести только в случае выхода из строя подшипников . В случае заклинивания роторов ремонт винтовых блоков следует доверить специалистам сервисного центра.

Повышенное давление

Если давление поднимается выше максимально допустимых показателей, то в первую очередь проверяется регулятор . Возможно, нет команды на его закрытие. Убедитесь, что электромагнитный клапан находится в закрытом состоянии. При необходимости, данные детали следует заменить.

Материал подготовлен при участии специалистов https://www.v-p-k.ru/

Для более надежного и качественного подвода воздуха, на современных предприятиях все чаще применяют винтовые компрессоры, ведь на сегодняшний день это наиболее эффективный инструмент организации пневмосистем. Винтовые компрессоры имеют низкий уровень вибраций, издают меньше шума, обладают меньшей массой, по сравнению с аналогами других типов, и при этом весьма компактны. Они не требуют установки на специальный фундамент, им не нужен отдельный цех, как это всегда имеет место, например, в случае с поршневыми компрессорами.

Низкий расход масла, высокое качество производимого воздуха, все это немаловажно, когда речь идет о подключении компрессора к требовательному современному оборудованию. К тому же, выделяемое в процессе работы компрессора тепло может быть использовано для обогрева помещений.

В основу компрессоров этого типа положен механизм сжатия воздуха посредством двух вращающихся в разных направлениях винтовых роторов, сцепленных между собой, и закрепленных в специальном корпусе, это так называемый винтовой блок компрессора.

Сжатие воздуха происходит благодаря винтовой паре, - роторам и стенкам корпуса. Винтовая пара засасывает воздух, и по мере вращения роторов, заполнивший пространство между ними воздух, сжимается, поскольку это, заполненное воздухом пространство, постепенно уменьшается.

Если говорить о работе системы в целом, то атмосферный воздух всасывается через фильтр, затем сжимается, попадая в винтовой блок, и там смешивается с маслом, которое впрыскивается туда строго дозировано. Впрыскиваемое в винтовой блок масло предварительно проходит через масляный фильтр, и лишь затем попадает непосредственно в винтовой блок.

Воздушно-масляная смесь из винтового блока поступает в сепаратор, где, проходя через специальный картридж, разделяется на масло и воздух. Очищенный от масла воздух проходит через воздушный радиатор, и поступает на выход из компрессора. Масло, в свою очередь, проходит через масляный радиатор и вновь подается в винтовой блок, причем движением масла управляет клапан термостата.

Привод винтовой пары компрессора осуществляется электродвигателем, на валу которого установлен вентилятор для обеспечения циркуляции воздуха внутри самого компрессора. В системе присутствует и клапан минимального давления, служащий для отделения компрессора от пневмооборудования после остановки, а также обеспечивающий его работу на холостом ходу.

Масло в винтовом компрессоре играет особую роль. Во-первых, масло участвует в транспортировке воздуха из винтового блока. Во-вторых, обеспечивает правильный зазор для винтовой пары, образуя масляную пленку. В-третьих, благодаря маслу подшипники рабочей группы исправно служат, и долго не изнашиваются. В-четвертых, за счет масла достигается охлаждение системы путем эффективного отвода тепла.

Так, винтовые компрессоры, благодаря особенностям своего устройства и принципу действия, дают ряд важных преимуществ при использовании:

Высокая надежность и повышенный рабочий ресурс;

Простота монтажа и обслуживания при низких затратах;

Малые эксплуатационные затраты;

Возможность непрерывной работы;

Чистый сжатый воздух;

Низкий уровень шума.

Винтовые компрессоры постепенно вытеснили из сферы общепромышленного применения морально устаревшие аналоги с поршневыми головками сжатия. Главное преимущество винтовых установок – возможность работать в круглосуточном режиме. Также к достоинствам этих агрегатов относятся низкий уровень шума и вибрации. Все эти преимущества обусловлены конструкционными особенностями.

Устройство промышленного винтового компрессора

Современный винтовой компрессор относится к машинам объемного сжатия. В эту группу входят также поршневые и спиральные аппараты.

Турбокомпрессоры – это машины динамического сжатия.

Поршневые аппараты недостаточно надежны, а спиральные и центробежные установки сложны в производстве и – как следствие – дороже.

Винтовые компрессоры оптимально сочетают высокую надежность, большой моторесурс и приемлемую стоимость.

Устройство механизма нагнетания

Главная часть установки – винтовая пара. Это узел нагнетания. Один шнек имеет выпуклую спиралевидную форму, второй – вогнутую. Оба ротора находятся в герметичной камере. Расстояние между винтами, а также до стенок полости измеряется микронами. Благодаря такому зазору исключен механический износ деталей.

Во время работы этот промежуток заполняется смазывающей жидкостью. Масляный клин герметизирует полости, образованные впадинами шнеков. Винтовую пару приводит в движение электромотор. В недорогих моделях передача крутящего момента идет через клиноременный механизм. В установках современного типа вращение от двигателя на шнеки передает редуктор или система прямого привода с частотной регулировкой.

Принцип работы винтового компрессора

В процессе вращения каждая впадина вогнутого ротора периодически замыкается противолежащим выступом выпуклого винта. При продолжении вращательного движения, закрытая полость постепенно сдвигается от одного края шнеков к противоположному, уменьшаясь в объеме. Воздух сжимается.

Когда давление в камере достигает заданного порога, открывается клапан, рабочая среда поступает в пневматическую магистраль. Каждый шнек имеет пять борозд или впадин. При скорости вращения 2400 об/мин, получается около 12000 циклов нагнетания в минуту. По 200 раз в секунду. Благодаря такой особенности нагнетания винтовые компрессоры лишены одного из недостатков поршневых конкурентов – пульсации давления рабочей среды.

Рабочий цикл винтового компрессора

Воздух поступает в роторный блок через систему фильтрации. Первый элемент установлен на корпусе. Вторичный фильтр вмонтирован перед всасывающим клапаном, который нужен, чтобы не допустить обратный выброс, когда агрегат останавливается. В винтовом блоке воздух сжимается и поступает по выходному патрубку в сепараторный маслоотделитель. Поток движется по спирали, капли масла под действием центробежных сил оттесняются к стенкам емкости. Собранная смазывающая жидкость охлаждается в радиаторе, фильтруется, а затем возвращается в нагнетающий блок.

Если температура смазки не превышает 70°C, она минует фазу охлаждения. Воздух из сепаратора поступает в охладитель. В процессе охлаждения до 70% водяных паров конденсируется. Затем рабочая среда попадает в систему подготовки, где очищается от остатков влаги, масла и твердых частиц. К потребителю подается сжатый воздух, концентрация масляных включений в котором не превышает 1.3 мл/куб. метр.

Автоматика винтового компрессора

Чтобы обеспечить автономное функционирование, разработчики оснащают винтовые компрессоры различной автоматикой:

Датчик термозащиты. Этот сенсор устанавливается на патрубке, выходящем из роторного блока. Если температура сжатого воздуха на выходе из камеры сжатия превысит 105°C, контроллер останавливает двигатель.

На приводящем электромоторе установлен автомат отключения, который реагирует на резкое повышение потребления энергии.

Предохранительный клапан на маслоотделителе. Это приспособление срабатывает, если давление в подконтрольном узле превысит установленное значение.

Термостат масляной смеси. Направляет смазывающую жидкость от сепаратора в блок нагнетания либо напрямую, либо через охлаждающий радиатор. Контролирует температуру.

Клапан холостого хода. Перекрывает всасывающий клапан при работе винтового компрессора в режиме холостых оборотов.

Реле минимального и максимального давления. Эти приборы автоматически поддерживают степень сжатия рабочей среды. Если лимит превышен – останавливают двигатель, если упал до нижнего порога – запускают.

В дорогих модификациях вместо реле давления используются электронные контроллеры, которые регулируют частоту вращения роторов. В результате осуществляется плавная регулировка производительности оборудования в диапазоне от 10 до 100%.

Градация винтовых компрессоров по типу смазки

Различают маслозаполненные и безмасляные винтовые компрессоры. У каждого типа оборудования есть сильные и слабые стороны. Это обусловило различия в сферах применения, стоимости, удобства эксплуатации.

Масляные винтовые компрессоры

Отличаются большим ресурсом, низким уровнем шума и высоким КПД. Эти преимущества обеспечивает наличие смазывающей жидкости. Масло предотвращает трение между роторами и стенками винтового блока, устраняя причину износа. Масляный клин обеспечивает герметичность в механизме нагнетания, что исключает протечки и утечки.

Отсутствие деталей, совершающих возвратно-поступательные или баллистические движения, обусловливает шумность в пределах от 60 до 80 дБ (при использовании кожуха). Привод выполнен на один шнек, второй – ведомый. Благодаря этой особенности упрощается конструкция, снижается вес, уменьшаются габариты. Косвенно такое инженерное решение помогает снизить уровень звукового давления. Меньшее количество деталей – большая степень надежности. Также масло выполняет охлаждающую функцию, помогая увеличить моторесурс.

Безмасляные винтовые компрессоры

Эти агрегаты незаменимы, когда предъявляются повышенные требования по чистоте рабочей среды. Сепараторы и линии подготовки не гарантируют 100% улавливание микроскопических капель масла. Полное отсутствие масляных примесей можно обеспечить только одним способом – исключить соприкосновение масла с воздухом в компрессоре. Для достижения этой цели применяются две технологии:

Сухое сжатие. Винтовой компрессор работает без смазки;

Использование в качестве смазывающей жидкости воды.

Технология сухого сжатия – это компромисс. Желая получить на выходе из винтового компрессора воздух без примесей масла, разработчики вынуждены жертвовать некоторыми техническими параметрами. Это ухудшает эксплуатационные характеристики оборудования. Роторы без масла приводятся в движение синхронизированными двигателями. Это усложняет конструкцию, уровень шума повышается. Отвод тепла без масла затруднен, поэтому воздух при сжатии сильно нагревается. Критическая отметка – до 3.5 бар. Чтобы сжимать рабочую среду сильнее, необходимо применять двухступенчатую систему с промежуточным охлаждением. Это делает конструкцию громоздкой, и, что гораздо важнее, неоправданно дорогой.

Винтовые компрессоры с водяной смазкой. Это решение имеет преимущества перед конкурентами. Вода имеет большую удельную теплоемкость и теплопроводность, поэтому эффективно охлаждает механизмы. Это позволяет сжимать воздух до 13 атмосфер в одной ступени. Отсутствие масляных фильтров, сепараторов и резервуаров для сбора отработанного масла упрощает конструкцию и удешевляет производство.

Устройство винтового компрессора для перекачки газа

Газы транспортируются по герметичным системам трубопроводов, исключающих выброс в атмосферу. Чтобы обеспечить движение газовой среды, нужно создать на участке входа избыточное давление. Для этих целей используются компрессоры специальной конструкции. Это основная технология транспортировки газообразных углеводородов. Компримирование газа также используется для закачки его в резервуары различного объема. Сжиженный газ используется во многих сферах: от бытовых баллонов и топливных систем автотранспорта до промышленных подземных газовых хранилищ. Еще одна область, где применяются газовые винтовые компрессоры – системы охлаждения и кондиционирования. В качестве хладагента используют фреон или аммиак. В процессе компримирования эти газы переходят в жидкое состояние.

При попадании в расширитель внутреннее давление жидкости падает, она закипает, отбирая энергию из окружающей среды. Испарившийся газ вновь собирается и сжимается компрессором. Цикл повторяется заново. Наиболее сложный в техническом плане участок любой газопроводной системы – это компрессор. Здесь генерируется избыточное давление, поэтому к герметичности предъявляются повышенные требования.

Газовые компрессорные установки оборудуются мощными системами охлаждения, так как газ при компримировании сильно нагревается. Винтовые компрессоры применяются для сжатия рабочей среды до 20 атмосфер. Компактные габариты в сочетании с относительно небольшим весом позволяют устанавливать эти агрегаты на передвижные станции. Мобильное компрессорное оборудование имеет более скромные рабочие параметры: максимальная компрессия – до 8 бар. Наиболее эффективно эти машины работают при сжатии легких газов с высокой текучестью: гелий, водород, азот.

Теги: устройство винтового компрессора , устройство винтового компрессора и его схема , компрессор винтовой воздушный устройство , винтовой компрессор устройство и принцип , устройство промышленного винтового компрессора , устройство винтового компрессора для перекачки газа , винтовой компрессор устройство и принцип работы видео , электрическая схема винтовой компрессор.

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.

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.

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.

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.