Винтовой компрессор принцип работы устройство применение особенности. Винтовые компрессоры - устройство и принцип работы

Винтовой компрессор предназначен для понижения давления с помощью вращательных движений роторов. Они относятся к устройствам. Несмотря на то что оборудование появилось в середине 30-х годов, в настоящее время оно является одним из самых популярным. Его главные преимущества - малые габариты, работа в автоматическом режиме, экономичность и т. д.

При его монтаже не используют специальный фундамент, так как уровень вибрации имеет низкие показатели по сравнению с иными моделями. Воздушно-винтовой компрессор вытеснил аппараты других видов.

Он способен до 15 атмосфер. При этом производительность достигает 100 м³/мин.

Достоинства

По сравнению с другими аппаратами, винтовой компрессор имеет ряд преимуществ:

• Низкий расход масла, который непосредственно влияет на качество подаваемого воздуха. Его в очищенном виде используют для различного пневматического оборудования. Причём установка дополнительных фильтров не требуется.
• Низкий и вибрации. Как говорилось ранее, благодаря небольшим размерам монтаж выполняется без специального шумопоглощающего фундамента. Такая особенность помогает оснащать воздухом различные переносные устройства.
• Винтовой компрессор оснащён Оно помогает не только охлаждать разные элементы, но и за счёт вторично выработанного тепла отапливать помещения.
• Способность автоматического функционирования, простота монтажа и эксплуатации. Оборудование управляется с помощью специальных автоматических систем.

Недостатки

Среди отрицательных сторон можно выделить высокую стоимость и сложность конструкции. Кроме того, аппарат требует дополнительного оснащения при отводе горячего воздуха, которое необходимо для отопления помещения. Запрещено использовать винтовые компрессоры в среде с агрессивными газами.

Устройство винтового компрессора

Самое простое оборудование имеет такие элементы:

1. Фильтр, что служит для очистки воздуха, который поступает в рабочий элемент. Как правило, он состоит из двух частей. Первая устанавливается на корпусе, вторая — перед клапаном.
2. Всасывающий клапан. При остановке компрессора он служит для того, чтобы масло и воздух не удалялись из агрегата. Он управляется с помощью пневматики. По внешнему виду ничем не отличается от обычного пружинного клапана.
3. Основная часть — винтовой блок. Здесь располагается два соединённых ротора, изготовленных из высококачественной стали. Стоимость такого элемента довольно велика. В её конструкции предусмотрен термозащитный контроллер, который служит для остановки работы двигателя при достижении температуры 105º градусов.
4. Привод. Он состоит из двух шкивов, установленных в двигателе и роторе, служит для увеличения или уменьшения скорости вращения. Чем она выше, тем больше воздуха будет сжиматься. Однако рабочее давление при этом снижается.
5. Скорость оборотов ротора зависит от шкивов.
6. Мотор. Вращательные движения осуществляются за счёт ременной передачи. В его комплектацию входит термозащитный датчик, отключающий двигатель при достижении высоких температур. Кроме того, он предотвращает возникновение различных аварийных ситуаций.
7. Масляный фильтр. Очищает масло для винтовых компрессоров перед тем, как оно поступает в двигатель.
8. Маслоотделитель. Служит для отделения воздуха от масла за счёт центробежной силы.
9. Маслоотделительный фильтр. Очищает смазку после отделения от воздуха.
10. Срабатывает, когда давление в маслоотделителе превышает допустимые нормы.
11. Термостат. Регулирует температуру масляного состава.
12. Маслоохладитель. После отделения от воздуха, масло поступает в специальную ёмкость, где происходит его охлаждение.
13. Воздухоохладитель. Чтобы подать воздух в помещении, снижают его температуру до 20º градусов.
14. Для нагнетания вышесказанной составляющей служит вентилятор.
15. Реле. Обеспечивает автоматическую работу агрегата, исполняет функцию электронной системы управления.
16. Для контроля давления внутри агрегата устанавливается манометр.
17. Клапан минимального давления. Он находится в закрытом положении до тех пор, пока давление не превысит отметку в 4 бара.

Винтовой компрессор помещён в корпус. Он изготавливается из высококачественной стали.

Его поверхность обрабатывается специальным веществом, которое не подвергается воздействиям масла и других веществ.

Винтовой компрессор: принцип работы

Воздух из атмосферы попадает через клапан в роторный механизм, перед этим очищаясь в фильтре. Далее происходит смешивание с маслом. Затем оно поступает в специальную ёмкость для сжатия, при этом выполняет следующие цели:

• устраняет зазоры между винтами и корпусом, благодаря чему появление протечек сводится к минимуму;
• делает так, чтобы оба ротора не касались друг друга;
• отводит тепло, которое вырабатывается в процессе сжатия.

Сжатая смесь поступает в маслоотделитель, где происходит разделение на составляющие.

Отделившееся масло очищается в фильтре и обратно поступает в блок, при необходимости его охлаждают. Воздух также поступает в воздухоохладитель, а затем подаётся из компрессора.

Какие режимы работы существуют?

Винтовой компрессор, принцип работы которого описан в предыдущем пункте, может функционировать в таких режимах:

• Start. При этом режиме винтовой компрессор запускается и включается в электросеть по схеме «звезда». Через несколько секунд он переходит на схему «треугольник».
• Рабочий режим. Давление в компрессоре начинает возрастать. При достижении определённой отметки включается холостой ход агрегата.
• Холостой ход. При этом режиме осуществляется вращение ротора, во время которого происходит перемещение газовой среды, необходимой для охлаждения воздуха. Он позволяет перевести компрессор в режим ожидания перед выключением агрегата.
• Винтовой компрессор будет исполнять эту функцию до тех пор, пока показатель давления не опустится до минимального значения.
• Stop. При включении этого режима компрессорное оборудование переходит на холостой ход, а затем полностью выключается.
• Alarm-stop. Он используется в том случае, когда необходимо экстренно вывести из строя воздушно винтовой компрессор.

Ремонт устройства

При хорошем обслуживании элемент может функционировать более 50 тыс. часов. Как и любое устройство, со временем необходимо осуществлять ремонт винтовых компрессоров. Это оборудование содержит сложные механизмы и различные комплектации.

Довольно часто в таком аппарате выходит из строя электроника. Компрессорные установки имеют сложные электронные системы, которые могут перегорать. Поэтому необходимо произвести его ремонт, а в более сложных случаях - замену. Выполнить это могут высококвалифицированные специалисты. Стоимость блока управления довольно велика. Если в ней есть осушитель, ремонт винтовых компрессоров будет ещё более затратным, так как оборудование является сложным механизмом.

Стоимость

Как говорилось ранее, винтовые компрессоры представлены на рынке в очень широком ассортименте.

Стоимость зависит от мощности оборудования, а также технических характеристик. Его ценовой диапазон колеблется от 250 до 700 тыс. рублей.

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.

1. Экономия электроэнергии . Она экономится за счет использования винтовых блоков последних поколений и автоматического управления подачей воздуха. Благодаря этому расход электричества уменьшается приблизительно на 30%.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.

1. Фильтр . Предназначен для очистки атмосферного воздуха, засасываемого в агрегат.
2. Клапан всасывания . Препятствует выбросу масла и воздуха при остановке компрессора.
3. 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.
4. 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.
5. Шкивы. От их размеров зависит скорость вращения роторной пары. Шкивы соединяются между собой посредством приводного ремня.
6. Двигатель. Задает вращательное движение ременному приводу, который, в свою очередь, приводит в действие винтовой блок.
7. Масляный фильтр . Предназначен для очистки масла, возвращающегося в роторный блок.
8. Первичный маслоотделитель. В данном узле происходит отделение масла от воздуха с помощью центробежной силы.
9. 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.
10. Предохранительный клапан . Обеспечивает безопасность при работе агрегата. Если в маслоотделителе (8) будет превышено давление, то в работу включится клапан, сбросив его до допустимого уровня.
11. Термостат. Благодаря ему поддерживается оптимальная температура масляного состава. Последний может свободно проходить мимо радиатора охлаждения, пока не достигнет температуры 72°С.
12. Маслоохладитель. В данный резервуар поступает разогретое масло, отделенное от воздуха, для охлаждения до нужной температуры.
13. Воздухоохладитель . Позволяет охладить воздух перед подачей на точки потребления до температуры на 15-20°С выше, чем температура окружающей среды.
14. Вентилятор. Предназначен для охлаждения всех узлов агрегата.
15. Клапан холостого хода . Является электропневматическим и предназначен для управления клапаном всасывания (2).
16. Реле давления . Благодаря ему обеспечивается работа аппарата в автоматическом режиме. В компрессорах последнего поколения вместо реле давления установлена электронная система управления.
17. Манометр . Показывает уровень давления внутри агрегата.
18. Выходной патрубок. Через него сжатый воздух поступает на точки потребления.
19. Приспособление для визуального контроля . Выполнено в виде прозрачного утолщения на трубке. С его помощью можно контролировать процесс возврата масла.
20. 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.

1. 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.
2. 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.
3. Рабочий режим . В этом режиме наблюдается полноценная работа агрегата, на выходе которого получается сжатый воздух.
4. 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.

5. 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.

1. Высокая температура окружающей среды . Следует обеспечить помещение с оборудованием хорошей вентиляцией, после чего нажать кнопку “reset” и перезагрузить аппарат.
2. Засорение охладителя масла . Требуется прочистить охладитель с применением растворяющей жидкости.
3. Низкий уровень масла. Следует долить необходимое количество последнего.
4. 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/

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.

В данной статье мы расскажем об основных элементах конструкции винтового компрессора и о его устройстве.

В настоящее время производством винтовых компрессоров занимается достаточно большое количество компаний по всему миру. Однако, как автомобиль состоит из кузова, двигателя и трансмиссии, так и винтовой компрессор разных производителей состоит из компонентов, имеющих различия в конструкции, но выполняющих одну и ту же задачу при работе агрегата.

Любой винтовой компрессор может быть схематично представлен следующим образом:

1 – входной фильтр

2 – всасывающий клапан

3 – винтовой блок

4 – электродвигатель

5 – масляный резервуар

6 – сепаратор

7 – клапан минимального давления

8 – термостат

9 – масляный фильтр

10 – воздушный радиатор

11 – масляный радиатор

12 – вентилятор

13 – обратный клапан

14 – сетчатый фильтр

15 – выход сжатого воздуха

Входной фильтр

На входе винтового компрессора обязательно устанавливается фильтр, задачей которого является предотвращение проникновения в компрессор вместе с засасываемым воздухом пыли и твердых механических частиц.

Он представляет собой, как правило, цилиндрический патрон из гофрированной бумаги и может устанавливаться как открыто, так и в корпусе.

Размер ячейки входного фильтра в большинстве случаев составляет 10 мкм, а площадь его поверхности соответствует производительности компрессора.

Всасывающий клапан

Наличие на входе винтового компрессора всасывающего клапана (иногда его еще называют регулятором всасывания) является отличительной особенностью компрессоров данного типа. Закрытие и открытие всасывающего клапана позволяет легко переводить компрессор в режим холостого хода и работы под нагрузкой соответственно.

Запорный элемент всасывающего клапана имеет вид поворотного (заслонки) или поступательно двигающегося диска с уплотнением. Положение запорного элемента изменяется под действием сжатого воздуха, подаваемого во внутренний или внешний пневмоцилиндр из масляного резервуара через управляющий электромагнитный клапан.

Запуск винтового компрессора всегда происходит при закрытом всасывающем клапане. Но для того, чтобы в масляном резервуаре произошло накопление сжатого воздуха с давлением, достаточным для последующего воздействия на поршень управляющего пневмоцилиндра, всасывающий клапан имеет канал небольшого сечения с обратным клапаном.

Основным рабочим элементом компрессора является винтовой блок, в котором собственно и происходит процесс сжатия всасываемого через входной фильтр воздуха.

В корпусе винтового блока расположены два вращающихся ротора – ведущий и ведомый. При их вращении происходит движение воздуха от всасывающей стороны к нагнетающей с одновременным уменьшением объема межроторных полостей, т.е. сжатие.

Зазор между роторами уплотняется находящимся в корпусе винтового блока маслом. Масло также служит для смазывания подшипников и отвода тепла, образующегося при сжатии воздуха.

Также существуют безмасляные винтовые компрессоры классического исполнения (без уплотняющей жидкости) и с водяным впрыском в камеру сжатия вместо масла.

Для передачи вращения ведущему ротору винтового блока, как правило, используется обычный трехфазный асинхронный электродвигатель.

Исключение составляют мобильные винтовые компрессоры, в которых в качестве источника вращения используется дизельный двигатель.

Вращение от вала двигателя ведущему ротору винтового блока может передаваться как при помощи клиноременной передачи:

или через муфту с эластичным элементом (так называемый «прямой привод»).

В некоторых случаях применяется шестеренчатый привод (в компрессорах большой производительности).

Нередко бывает необходимо регулировать производительность винтового компрессора, изменяя частоту вращения вала двигателя. В этом случае электропитание двигателя осуществляют при помощи специального устройства – частотного преобразователя.

Применение частотного преобразователя позволяет в широких пределах регулировать производительность винтового компрессора в зависимости от реальной потребности в сжатом воздухе, не прибегая к переводу агрегата в режим холостого хода закрытием всасывающего клапана.

Масляный резервуар играет очень важную роль в работе винтового компрессора:

• выполняет роль первичного аккумулятора сжатого воздуха;
• увеличивает объем масляной системы компрессора и, соответственно, количества масла, необходимого для эффективного отвода тепла, образовывающегося при сжатии воздуха;
• работает, как отделитель основной массы масла от сжатого воздуха, т.к. масло-воздушный поток попадает в резервуар из винтового блока по касательной к его цилиндрической поверхности – как бы «закручивается».

Сепаратор

Для того, чтобы выходящий из винтового компрессора сжатый воздух содержал минимальное количество масла, в его конструкции обязательно применяется сепаратор.

Сепаратор может быть внешним (в компрессорах небольшой мощности) и встроенным в масляный резервуар.

Внешний вид встроенного сепаратора:

Сепаратор в разрезе с указанием потока масла и воздуха:

Благодаря наличию в конструкции винтового компрессора сепаратора содержание масла в сжатом воздухе на выходе не превышает 3 мг/м 3 .

Для нормальной циркуляции масла при работе винтового компрессора необходимо, чтобы давление в масляном резервуаре не опускалось ниже определенного минимально необходимого уровня.

Когда в магистрали, на которую работает винтовой компрессор, уже присутствует давление, это условие выполняется. А вот в случае, когда компрессор используется для заполнения пустого воздухосборника, для создания в масляном резервуаре повышенного давления используется клапан минимального давления.

Этот клапан открывается при давлении на его входе, превышающем определенное значение, которое задается регулировкой сжатия закрывающей клапан пружины. Типичным для винтовых компрессоров давлением открытия клапана является значение 4÷4,5 бар.

Термостат

В винтовом компрессоре, как и в двигателе автомобиля, существует два круга системы охлаждения – малый и большой.

Сразу после запуска компрессора масло в нем циркулирует по малому кругу, что обеспечивает довольно быстрый рост температуры. Это необходимо, чтобы при сжатии воздуха не происходило выпадение конденсата и смешивание его с маслом, значительно ухудшающее его эксплуатационные свойства.

После достижения определенного значения температуры масла термостат открывается, направляя поток циркуляции по большому кругу – через охлаждаемый вентилятором радиатор.

Как правило, открытие термостата начинается при температуре масла +55°С и полностью завершается при температуре +70°С.

Масляный фильтр

В процессе работы винтового компрессора в масле могут присутствовать механические примеси – продукты износа движущихся частей и частицы пыли, размер которых меньше размера ячейки входного фильтра.

Для очистки масла от этих примесей в циркуляционный контур компрессора включается масляный фильтр.

Воздушный радиатор / Масляный радиатор / Вентилятор

Для охлаждения сжимаемого винтовым компрессором воздуха его пропускают через радиатор, который обдувается вентилятором. Температура сжатого воздуха на выходе компрессора, как правило, превышает температуру окружающей среды не более, чем на 20÷30 °С.

Для охлаждения циркулирующего в компрессоре масла служит масляный радиатор. Обычно воздушный и масляный радиаторы объединены в единый блок и обдуваются одним вентилятором (двумя в компрессорах большой мощности).

Обычно вентилятор приводится в действие отдельным электродвигателем.

В небольших компрессорах зачастую для обдува радиаторов используется вентилятор, входящий в состав приводного двигателя.

Сетчатый фильтр

Масло, отделяемое от сжатого воздуха в сепараторе, требуется вернуть в циркуляционный контур компрессора. Для этого используется специальная масловозвратная линия, имеющая в своем составе обратный клапан и сетчатый фильтр.

Для того, чтобы процесс возврата масла можно было наблюдать в реальном времени (это необходимо в диагностических целях), некоторые детали масловозвратной линии выполняют прозрачными.

Выход сжатого воздуха

На выходной патрубок винтового компрессора необходимо установить запорный кран, позволяющий отключить компрессор от магистрали сжатого воздуха на время проведения технического обслуживания или ремонта.

Также для соединения выхода компрессора с магистралью рекомендуется использовать гибкое соединение (металлорукав) для устранения влияния температурных и вибрационных деформаций трубопровода на соединение.

На этом все.

Мы рассмотрели основные компоненты конструкции винтового компрессора и их назначение. В следующих статьях мы рассмотрим устройство данных узлов более подробно.

Все возникшие вопросы вы можете задать в форме ниже. Мы ответим в течение 1-2 рабочих дней.

С уважением,

Константин Широких & Сергей Борисюк

На рисунке 65 показан чертеж сальникового спирального компрессора маслозаполненного типа.

Основные детали спирального компрессора следующие: вал 1 с эксцентриком 6 , оси которых должны быть строго параллельны и расположены на расстоянии эксцентриситета . Вал вращается в двух опорных подшипниках 7 и 4, находящихся на одной оси. Вместе с валом 1 вращается и эксцентрик 6 вокруг оси вала.

Р
исунок 65 – Продольный разрез спирального компрессора:

1-вал компрессора; 2-сальник; 3-передняя крышка; 4,7,8-подшипники; 5-противовес; 6-эксцентрик; 9-шарик противоповоротного устройства; 10-подвижная спираль (ПСП); 11-неподвижная спираль (НСП); 12-корпус компрессора; 13-задняя крышка; 14-ограничитель клапана; 15- подгоночное кольцо.

Расстояние между осью вала и осью эксцентрика – эксцентриситет –является важнейшим конструктивным параметром компрессора: оно выдерживается с точностью до 0,005 мм, а непараллельность осей – в пределах половины от этого допуска. Эксцентрик 6 соединяется шарнирно (внутренний подшипник скольжения или качения 8) с подвижным элементом 10, состоящим из его платформы (или диска) и спирали. Поскольку собственно спираль и ее платформа составляют одно целое (даже если изготавливаются раздельно), то подвижный элемент 10 называют короче - подвижной спиралью (ПСП).

Другой спиральный элемент 11(другая спираль) – неподвижный (НСП). Она имеет такие же размеры, как и ПСП, но другое направление закрутки спирали. Таким образом, если обе спирали положить на стол платформами, то одна из них окажется правого направления, а другая - левого (закрутка против часовой стрелки). В сечении торцевой плоскостью, перпендикулярной к осям спиралей, они оказываются одного направления (рисунок 66). Неподвижная спираль (ее платформа) закрепляется от проворота в корпусе или крышке компрессора.

Рисунок 66 – Поперечное сечение ПСП и НСП в рабочем положении
радиус основной окружности спирали;
толщина ребра спирали;
эксцентриситет;
площадь ячейки всасывания

Платформа НСП имеет сквозное отверстие А для выхода сжатого газа. Форму и размер отверстия определяют при проектировании СПК.

Если вставить спирали ПСП и НСП одна в другую, то между стенками перьев (или) ребер спиралей образуются ячейки. Некоторые из них замкнутые. Размер ячеек (их объем) при вращении ПСП изменяется.

Вставлять (условно - соединять) спирали нужно таким образом, чтобы центры основных окружностей радиусом находились на расстоянииодин от другого (рис.2) и на одной прямой-оси. Для этого спирали должны быть развернуты на 180 градусов. Тогда спирали, вставленные одна в другую, образуют между ребрами несколько попарно одинаковых серповидных ячеек.

Подвижная спираль не должна вращаться вокруг своей оси. Она должна совершать движение только по определенной орбите (пока только-круговой) радиусом вокруг оси неподвижной спирали, совпадающей с осью вала 1 (см. рисунок 65). Поворот ПСП вокруг своей оси не допускается, этому препятствует противоповоротное устройство (ППУ) (см. ниже).

Рисунок 67 – Взаимное положение спиралей (через
) при перемещении ПСП по орбите:
;
;
;

На рисунке 67 показаны взаимные положении спиралей при перемещении подвижной спирали по круговой орбите через 90 градусов. Цикл всасывания (раскрытие и закрытие внешних ячеек) совершается за один оборот вала 1 компрессора с эксцентриком 6 и ПСП (см. рисунок 65). Затем он повторится.

Ц
икл сжатия и выталкивания газа длится дольше, примерно от 2 до 2,5 и более оборотов в зависимости от угла закрутки спирали и размера окна нагнетания, расположенного рядом с “носиком” НСП (Рисунок 68).

Рисунок 68 – Принцип работы спирального компрессора

Таким образом, теоретическая объемная производительность ступени СПК определяется объемом двух первых 1 и 1’ ячеек всасывания и частотой вращения вала компрессора:

Кольцевое пространство вокруг внешних дуг спиралей и корпусом крышки компрессора образует камеру всасывания СПК (см. рисунок 65).

При установившемся режиме в СПК можно обеспечить равенство давления внутреннего сжатия газа в компрессоре и давления нагнетания, т.е. оптимальный режим компрессора. В этом случае клапан на нагнетании оказался бы излишним.

Но в холодильном компрессоре при меняющихся режимах температур, а значит, и давлений клапан на окне нагнетания СПК оказывается полезным, так как исключаются режимы “пережатия”, а кроме того, он выполняет важную функцию обратного клапана.

Принципиально новым узлом для машиностроения является противоповоротное устройство – ППУ для СПК. Это устройство препятствует повороту ПСП вокруг своей оси.

Подвижная спираль, как уже отмечалось,вращается вокруг оси вала компрессора, ведомая эксцентриком.

Применяют ППУ трех видов.

Поводковое ППУ (Рисунок 69).

Рисунок 69 – Поводковое противоповоротное устройство

Устройство состоит из трех одинаковых поводков, расположенных в трех точках через 120 градусов, таким образом, что лучи из этих точек пересекаются с осью вала 1. Одна из цапф каждого поводка шарнирно соединена с подвижной спиралью, другая цапфа того же поводка вращается в опорной плите (дет.3). Все поводки имеют строго одинаковый эксцентриситет, равный эксцентриситету вала 1 и эксцентрика 2. Поводковое ППУ может работать успешно, но оно крупногабаритно, имеет много шарниров (подшипников).

2. Подвижные спирали, использующие идею муфты Ольдгейма (Рисунок 70).

Рисунок 70 – Муфта Ольдгейма с ПСП

1-неподвижное кольцо муфты; 2-подвижное промежуточное кольцо; 3-вращающаяся часть муфты; 4-элементы качения (вып. также роль упорного подшипника).

Муфты Ольдгейма широко применяют в ряде устройств, в частности в подъемно-транспортных механизмах. Но там валы тихоходные, а эксцентриситет измеряется долями миллиметра. В ППУ все наоборот - скорости и эксцентриситеты велики. Тем не менее практика их применения в СПК себя оправдала, так как они встречаются все чаще, а потери на трение, как оказалось, в таких муфтах малы.