Винтовой компрессор: принцип работы, ремонт. Винтовые компрессоры устройство принцип действия Краткий обзор параметров винтовых компрессоров

В данной статье затронем вопрос о принципе работы винтового компрессора.

Повторюсь, что винтовой компрессор относится к компрессорам объемного действия, где сжатие воздуха/газа происходит за счет изменения полости сжатия.

Типичная конструкция винтового компрессора показана на рисунке ниже:

Цифрами на рисунке обозначены:

1 – входной фильтр

2 – всасывающий клапан

3 – винтовой блок

4 – приводной ремень

5 – шкивы ременной передачи

6 – электродвигатель

7 – масляный фильтр

8 – масляный резервуар

9 – сепаратор

10 – клапан минимального давления

11 – термостат

12 – масляный радиатор

13 – воздушный радиатор

14 – вентилятор

В винтовых компрессорах существует два основных потока (или контура): воздушный/газовый поток и масляный поток.

Рассмотрим их подробнее на примере воздушного компрессора.

Воздушный поток

Всасываемый воздух через входной фильтр 1 и всасывающий клапан 2 попадает в винтовой блок 3. Именно в винтовом блоке, который является «сердцем» компрессора, происходит сжатие воздуха.

Основными компонентами винтового блока являются ведущий (ему передается вращение от электродвигателя 6, приводной ремень 4 и шкивы 5) и ведомый роторы:

Принцип сжатия воздуха в винтовом блоке наглядно показан на рисунке ниже:

Следует отметить, что вращение к ведущему ротору может передаваться не только через ременную передачу, но и «напрямую» через эластичную муфту:

Наличие всасывающего клапана 2 позволяет компрессору работать в двух основных режимах:

• холостой ход (клапан закрыт)

Это отличает винтовой компрессор от, например, поршневого. Наличие режима холостого хода позволяет сократить число пусков двигателя компрессора и, тем самым, увеличить его надежность и срок службы. Ведь частые пуски отрицательно влияют как на сами двигатели, так и на систему энергоснабжения предприятия в целом.

Смесь сжатого роторами воздуха и масла попадает в масляный резервуар 8.

Наличие масла в винтовом блоке необходимо по ряду причин:

• отвод тепла, образующегося при сжатии воздуха
• смазка подшипников винтового блока
• уплотнение камер сжатия за счет образования пленки на поверхности роторов

В масляном резервуаре 8 происходит первичное отделение масла от сжатого воздуха (за счет вращательного движения потока).

Остатки масла отделяются от сжатого воздуха в сепараторе 9 и возвращаются в винтовой блок 3 по специальному каналу.

Очищенный от масла сжатый воздух через клапан минимального давления 10 и охлаждаемый вентилятором 14 воздушный радиатор 13 подается потребителю.

Клапан минимального давления 10 необходим для поддержания в масляном резервуаре 8 давления, требуемого для нормальной циркуляции масла независимо от давления в сети потребителя.

Как правило, клапан минимального давления открывается при давлении на его входе на уровне 4-4,5 бар.

Вентилятор 14 может располагаться как на валу электродвигателя 6, так и приводиться в действие собственным электродвигателем.

Производительность вентилятора и площадь охлаждаемой поверхности радиатора 13 рассчитываются таким образом, чтобы обеспечить температуру сжатого воздуха на выходе компрессора, не превышающую температуру окружающей среды более, чем на 10 °С.

Следует отметить, что система охлаждения винтового компрессора может быть и водяной. В этом случае радиаторы 12 и 13 компрессора представляют собой трубчатые теплообменники, в которых охлаждение рабочей среды (масло, сжатый воздух) обеспечивается циркуляцией воды (или другого охлаждающего агента) в межтрубном пространстве теплообменника.

Применение водяного охлаждения позволяет:

• снизить уровень шума, производимого компрессором при работе;
• отказаться от монтажа вентиляционных коробов для отвода от компрессора горячего охлаждающего воздуха.

Масляный контур

Масло из нижней части масляного резервуара 8 возвращается в винтовой блок 3 под действием давления, поддерживаемого внутри резервуара, благодаря наличию клапана минимального давления 10.

В зависимости от температуры масло может двигаться либо по «малому» контуру (масляный резервуар 8 – термостат 11 – масляный фильтр 7 – винтовой блок 3), либо по «большому» (масляный резервуар 8 – термостат 11 – масляный радиатор 12 – масляный фильтр 7 – винтовой блок 3).

Температура масла очень важна для длительной безотказной работы компрессора.

Слишком низкая температура может вызвать выделение конденсата из воздуха еще на этапе сжатия и «эмульгирование» масла, которое значительно ухудшит его эксплуатационные качества. Слишком высокая температура значительно снижает срок службы масла, а также вызывает чрезмерные температурные деформации роторов компрессора, которые могут привести, в худшем случае, даже к заклиниванию компрессора.

Как видите, ничего сложного в устройстве винтового компрессора нет. Современные винтовые компрессоры являются, бесспорно, надежными и эффективными для производства сжатого воздуха как на больших промышленных предприятиях, так и на предприятиях малого бизнеса.

На этом все.

Если у вас остались вопросы, то вы можете задать их в форме ниже. Мы ответим в течение 1-2 рабочих дней.

С уважением,

Константин Широких & Сергей Борисюк

Спиральный компрессор - устройство для сжатия газа (воздуха или хладагента), за счет уменьшения его объема в камерах, образованных поверхностями спиралей.

Спиральные компрессоры используются в системах кондиционирования, охлаждения, нагрева, в автомобилях, в криогенных и холодильных системах, в качестве вакуумных насосов.

Устройство и принцип работы спирального компрессора

Существует несколько типовых конструкции спиральных компрессоров .

Наиболее распространенный вариант - использование двух спиральных элементов , установленных с эксцентриситетом. Один из этих элементов подвижный, другой нет.

Конструкция компрессора с одной подвижной спиралью

Спиральный компрессор показан на рисунке.

В герметичном корпусе размещен электродвигатель, который приводит во вращение вал. В верхней части корпуса установлена неподвижная спираль. На валу установлена подвижная спираль, которая может перемещаться по направляющим совершая сложное движение относительно неподвижной спирали.

В результате перемещения между спиралями образуются камеры (карманы), объем которых при дальнейшем движении уменьшается, и как следствие газ находящийся в этих карманах сжимается.

Принцип работы такого компрессора показан в ролике:

Также встречаются компрессоры с двумя подвижными спиралями , совершающими вращательное движение относительно разных осей. В результате вращения спиральных элементов также образуются камеры, объем которых при вращении уменьшается.

В большей степени от представленных выше вариантов отличается компрессор, в котором жесткий элемент выполненный в форме архимедовой спирали воздействует на гибкую упругую трубку . По принципу работы такой компрессор схож с перистальтическим насосом. Такие спиральные компрессоры обычно заполнены жидкой смазкой для снижения износа гибкой трубки и отвода тепла. Такие компрессоры часто называют шланговыми .

Динамические клапаны

В спиральных компрессорах клапан на всасывании не нужен, т.к. подвижная спираль сама отсекает рабочую камеру от канала всасывания. В линии нагнетания спирального компрессора может устанавливаться динамический клапан, который не допускает обратного потока и, как следствие, вращения спирали под действием при выключенном двигателе. При этом следует учитывать, что динамический клапан создает дополнительное сопротивление в линии нагнетания.

Динамические клапаны устанавливают в линии нагнетания средне- и низкотемпературных компрессоров Copeland, предназначенных для холодильной техники.

Достоинства спиральных компрессоров

Спиральный компрессор работает более плавно , и надежно, чем большинство других объемных машин. В отличие поршней, подвижная спираль может быть идеально уравновешена, что сводит к минимуму вибрацию.

Отсутствие мертвого объема в спиральных компрессорах обуславливает повышенную объемную эффективность.

Спиральные компрессоры обычно обладают меньшей пульсацией чем с одним поршнем, но большей чем много поршневые машины.

Спиральные компрессоры имеют меньше движущихся частей , по сравнению с поршневыми, что, теоретически, обеспечивает их большую надежность.

Спиральные компрессоры, как правило, очень компактны и не требуют пружиной подвески, вследствие плавной работы.

Недостатки спиральных компрессоров

Спиральные компрессоры чувствительны к загрязнению перекачиваемого газа, т.к. мелкие частицы могут оседать на поверхности спирали, что не позволит обеспечить достаточную герметичность рабочей камеры.

Спирального компрессора должен вращаться только в одном направлении.

Регулируемые спиральные компрессоры

Долгое время спиральные компрессоры выпускались без возможности регулировки производительности. При необходимости уменьшить подачу использовалось частотное регулирование приводного электродвигателя, либо перепуск части газа из линии нагнетания в линию всасывания.

В настоящее время регулируемые спиральные компрессоры производятся компанией Emerson. В этих компрессорах может изменяться расстояние между осями вращения спиралей, при необходимости это расстояние можно выбрать таким, что между спиральным элементами не будут образоваться камеры, а значит подача компрессора будет рана 0. Чередуя два различных рабочих состояния (холостой и рабочий ход) с помощью электронного управления, можно добиться требуемой производительности.

В данной статье затронем вопрос о принципе работы (действия) винтового компрессора.

Повторюсь, что относится к компрессорам объемного действия, где сжатие воздуха/газа происходит за счет изменения полости сжатия.

Типичная конструкция винтового компрессора показана на рисунке ниже:

Цифрами на рисунке обозначены:

1 – входной фильтр

2 – всасывающий клапан

3 – винтовой блок

4 – приводной ремень

5 – шкивы ременной передачи

6 – электродвигатель

7 – масляный фильтр

8 – масляный резервуар

9 – сепаратор

10 – клапан минимального давления

11 – термостат

12 – масляный радиатор

13 – воздушный радиатор

14 – вентилятор

В винтовых компрессорах существует два основных потока (или контура): воздушный/газовый поток и масляный поток.

Рассмотрим их подробнее на примере воздушного компрессора.

Воздушный поток

Всасываемый воздух через входной фильтр 1 и всасывающий клапан 2 попадает в винтовой блок 3. Именно в винтовом блоке, который является «сердцем» компрессора, происходит сжатие воздуха.

Основными компонентами винтового блока являются ведущий (ему передается вращение от электродвигателя 6, приводной ремень 4 и шкивы 5) и ведомый роторы:

Принцип сжатия воздуха в винтовом блоке наглядно показан на рисунке ниже:

Следует отметить, что вращение к ведущему ротору может передаваться не только через ременную передачу, но и «напрямую» через эластичную муфту:

Наличие всасывающего клапана 2 позволяет компрессору работать в двух основных режимах:

• холостой ход (клапан закрыт)

Это отличает винтовой компрессор от, например, поршневого. Наличие режима холостого хода позволяет сократить число пусков двигателя компрессора и, тем самым, увеличить его надежность и срок службы. Ведь частые пуски отрицательно влияют как на сами двигатели, так и на систему энергоснабжения предприятия в целом.

Смесь сжатого роторами воздуха и масла попадает в масляный резервуар 8.

Наличие масла в винтовом блоке необходимо по ряду причин:

• отвод тепла, образующегося при сжатии воздуха
• смазка подшипников винтового блока
• уплотнение камер сжатия за счет образования пленки на поверхности роторов

В масляном резервуаре 8 происходит первичное отделение масла от сжатого воздуха (за счет вращательного движения потока).

Остатки масла отделяются от сжатого воздуха в сепараторе 9 и возвращаются в винтовой блок 3 по специальному каналу.

Очищенный от масла сжатый воздух через клапан минимального давления 10 и охлаждаемый вентилятором 14 воздушный радиатор 13 подается потребителю.

Клапан минимального давления 10 необходим для поддержания в масляном резервуаре 8 давления, требуемого для нормальной циркуляции масла независимо от давления в сети потребителя.

Как правило, клапан минимального давления открывается при давлении на его входе на уровне 4-4,5 бар.

Вентилятор 14 может располагаться как на валу электродвигателя 6, так и приводиться в действие собственным электродвигателем.

Производительность вентилятора и площадь охлаждаемой поверхности радиатора 13 рассчитываются таким образом, чтобы обеспечить температуру сжатого воздуха на выходе компрессора, не превышающую температуру окружающей среды более, чем на 10 °С.

Следует отметить, что система охлаждения винтового компрессора может быть и водяной. В этом случае радиаторы 12 и 13 компрессора представляют собой трубчатые теплообменники, в которых охлаждение рабочей среды (масло, сжатый воздух) обеспечивается циркуляцией воды (или другого охлаждающего агента) в межтрубном пространстве теплообменника.

Применение водяного охлаждения позволяет:

• снизить уровень шума, производимого компрессором при работе;
• отказаться от монтажа вентиляционных коробов для отвода от компрессора горячего охлаждающего воздуха.

Масляный контур

Масло из нижней части масляного резервуара 8 возвращается в винтовой блок 3 под действием давления, поддерживаемого внутри резервуара, благодаря наличию клапана минимального давления 10.

В зависимости от температуры масло может двигаться либо по «малому» контуру (масляный резервуар 8 – термостат 11 – масляный фильтр 7 – винтовой блок 3), либо по «большому» (масляный резервуар 8 – термостат 11 – масляный радиатор 12 – масляный фильтр 7 – винтовой блок 3).

Температура масла очень важна для длительной безотказной работы компрессора.

Слишком низкая температура может вызвать выделение конденсата из воздуха еще на этапе сжатия и «эмульгирование» масла, которое значительно ухудшит его эксплуатационные качества. Слишком высокая температура значительно снижает срок службы масла, а также вызывает чрезмерные температурные деформации роторов компрессора, которые могут привести, в худшем случае, даже к заклиниванию компрессора.

Как видите, ничего сложного в устройстве винтового компрессора нет. Современные винтовые компрессоры являются, бесспорно, надежными и эффективными для производства сжатого воздуха как на больших промышленных предприятиях, так и на предприятиях малого бизнеса.

На этом все.

Если у вас остались вопросы, то вы можете задать их в форме ниже.

Мы ответим в течение 1-2 рабочих дней.

С уважением,

Константин Широких & Сергей Борисюк

Компрессоры такого типа относятся к ротационному оборудованию, в котором сжатие воздуха или газа достигается путем вращения роторов, соединенных с винтообразными зубьями. По комплектации различаются на маслозаполненные и безмаслянные.

Конструкция и особенности

Механизм винтовых маслозаполненных компрессоров и схема работы ориентированы на то, чтобы снизить в разы электропотребление, увеличить цикл работы двигателя незначительной мощностью и продуктивность установки. Преимуществом этого оборудования являются небольшие размеры, малый вес, надежность, долговечность.

Компрессоры винтовые воздушные оснащаются шумоизолирующими кожухами. Среди главных преимуществ отмечается низкий расход подачи масла и его отсутствие в без масляных аналогах. Отличие от поршневых установок в том, что в разы снижен уровень шума.

Расход смазочного материала на выработку сжатого воздуха

Чистота в плане работы винтовой конструкции не требует настройки дополнительного фильтра и может иметь применение в пневматических машинах. Охлаждение по воздушному контуру не требует встраивания в систему оборотного водоснабжения. При таком принципе работы применимо обогревать небольшие помещения вторичным теплом от компрессора.

Конструкция винтового маслозаполненного компрессора

• Воздушный фильтр - аккумулирует подачу воздушных масс и производит сепарацию их. Находится у входного клапана.
• Входной клапан при перемещении на холостой ход производит настройку работы агрегата.
• Два ротора рельефной формы образуют винтовой блок, располагаются параллельно друг другу.
• Электрический мотор передает крутящий момент вращательным зубьям винтов.
• Для оптимальной работы компрессора необходимо поддержание постоянной скорости ротора. Эту функцию выполняет ременной привод.
• Фильтр и охладитель масла производит очищение, охлаждение поданного масла перед попаданием в ротор.
• Термостат с встроенным в него терморегулятором заботится об оптимальной температуре двигателя.
• Ресивер. Это своеобразный баллон для накопления воздуха С целью восполнить перепады в расходе воздуха и тем самым избежать пульсаций. Охлаждает сжатый воздух. собирает инертные газы.
• Электронная система мониторинга и управления обеспечивает функционирование механизмов в оптимальном рабочем режиме, Контролирует функцию включения.

Принцип работы масляного винтового компрессора

Через клапан в роторный механизм попадают воздушные массы. В специальную емкость для сжатия попадает масло: при таком способе устраняются зазоры между винтами и корпусом вследствие чего сводится к минимуму появление протечек. Масляная смесь исключает касания роторов друг об друга, в процессе сжатия отводится вырабатываемое тепло.

Сжатая смесь в емкости для отделения масла разделяется на составляющие. Масло, которое отделилось, поступает через сепараторы, проходит очистку фильтром, и поступает обратно в блок, при необходимости его можно охладить. В холодильный воздухоохладитель поступает воздух и подается из компрессора. Смесь воздуха и масла должно соответствовать температуре +90С. Если параметр не обеспечен, происходит стопорение роторов, что приведет к быстрому износу деталей аппарата.

Нужно учитывать излишнюю вязкость масла при низких температурах, холодная воздушно-масляная смесь может привести к образованию конденсата, для получения рабочего значения у температуры масла необходим термостат. Принцип действия в открытии потока масла к радиатору при достижении масляной жидкости рабочей температуры.

Снижение затрат и преимущества использования в производстве

Ряд преимуществ связан переходом на компрессоры с винтовыми узлами. Наличие системы отделения масла от воздуха исключает необходимость приобретать фильтрующее оборудование. Низкие шумовые характеристики кожуха с возможностью шумопоглощения. Возможность использования вторичного тепла.

Переход с поршня на винтовые пары обусловлен надежностью данных агрегатов.

Факторы перехода

• Снижение затрат на комплекты расходных материалов (разница цены от поршневых агрегатов может составлять до 40 %).
• Доставка запчастей у поршневых моделей дороже, так как комплектующие являются более габаритными и тяжелыми, удорожает монтажные работы.
• Выкладка фундаментной основы под оборудование увеличивает стоимость монтажа.
• В винтовых компрессорах отсутствуют сопутствующие изнашиваемые элементы: поршни, вкладыши, клапаны.
• Сокращается периодичность планового обслуживания.
• При правильной эксплуатации срок службы составляет до 20 лет.

Блок управления вращением ротора, расположенный на стенке, уменьшает потери мощности и позволяет увеличить эксплуатационные характеристики благодаря передаче крутящего момента винтовой паре.

Более низкая стоимость поршневых установок не снижает интерес к винтовым компрессорным устройствам. Высокоэффективные показатели работы, фильтрации, долговечность, высочайшие технические и рабочие характеристики сокращающие период изготовления продукции, побуждают переходить предприятие на компрессоры винтового типа.

Классификация

Установки винтового типа могут быть различны в зависимости от типа привода, использованию масла, количеству ступеней и другим параметрам, исходя из которых необходимо выбирать наиболее оптимальный тип установки. Описание разновидностей подробно представлено в таблице №2.

Виды оборудования по типу оснащения

Тип оснащения	Плюсы	Минусы	Чем отличает от других
Ременной привод	Простое управление. Возможность регулировки частоты оборотов винта.	Низкий КПД (прямая зависимость от износа ременного привода). Сильный шум.	Необходимо редко применять в работе. Отсутствие на производственных площадях образования пыли.
Шестеренчатый тип привода	Низкая мощность звука. Плавный ход привода. КПД выше 98%	Нужно привлечение сторонних специалистов для обслуживания. Отсутствие регулировки крутящих моментов винтов.	Хорошее применение получили в производствах с высоким пылесодержанием. Цементные и мукомольные предприятия.
Прямой привод с частотной регулировкой	Коэффициент полезного действия 99,9% Отсутствие реагирования на попадание мелких частиц к вращающимся узлам. Запускается плавный ход привода. Срок службы до 20 лет.	Нет регулировки количества оборотов двигателя. Не изменить максимальное рабочее давление. Высокая цена.	Любые крупные производства и небольшие мастерские.
Ресивер с осушителем рефрижераторного типа	Компактные размеры. Низкий уровень шума. Система управления на основе инвертора.	Большой расход масла.	Промышленные предприятия.
С частотным преобразователем	Самый высокий КПД из всех перечисленных агрегатов. Рациональное использование энергозатрат.	Возможно применение в редких случаях, как звено для компенсации в централизованной системе сжатого воздуха.	Крупные производственные объекты.
Двухступенчатый	Работа при высоких температурах кипения	-	-
Спиральный	Уровни выработки сжатого воздуха лучше, чем у поршневых при разных степенях сжатия.	-	Использование в холодильном оборудовании.

В фармацевтике и химической промышленности лучше работают безмаслянные модели по выработке сжатого воздуха. Они отвечают всем требованиям данных отраслей. При данном выборе не придется испытывать дополнительные расходы на фильтрующие элементы в целях избежать попадания в воздушный поток масляных частиц.

Разновидности винтовых компрессоров и основные различия

Дизельные компрессоры. Популярные при применении на открытых площадках где доступ к электропитанию закрыт. В качестве генерирующий силы используется дизельное топливо. Преимущества этих компрессоров в маневренности, выдерживают экстремальные погодные условия, надежны, коммуникабельны за счет небольших габаритов.

Ротационные компрессоры. Обеспечение выносливости данных агрегатов выполняют червячные роторы, так как произведен расчет на стабилизацию работы компрессора. Отсутствие клапанов уменьшает нагрузку на установку. Производительность винтового компрессора прямо пропорциональна увеличению скорости вращения ротора. Отличительной особенностью является наличие винтов с разными формами сечения. Компактные размеры.

Можно сделать вывод, что винтовые компрессорные установки получили широкое применение в промышленном производстве от фармацевтики до металлообработки. Классификация их разнообразна, популярны в разных регионах России, Москве и Московской области, имеют высокий показатель КПД, отличаются конструктивными особенностями.

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.