Когтевые компрессоры: принцип работы

Когтевые компрессоры — современные установки объемно типа, отличающиеся повышенной производительностью, надежностью и долговечностью при низких расходах на эксплуатацию. Ключевая их особенность в бесконтактном вращении когтей (роторов), что сводит к минимуму износ конструктивных элементов в результате взаимного трения деталей. Благодаря этому, обеспечивается не только высокий КПД, но и длительный ресурс без регулярного и трудоемкого техобслуживания. В каталоге востребованные модели Busch, DVP, Elmo Rietschle, ERSTEVAK, других популярных брендов. Заказать сертифицированное оборудование можно с доставкой по РФ.

Содержание:

1. Общие сведения о когтевых компрессорах.
2. Типовая конструкция когтевого компрессора: основные части.
3. Принцип действия когтевых компрессоров.
4. Типы когтевых компрессоров.
5. Виды когтевых компрессоров.
6. Основные характеристики когтевых компрессоров.
7. Преимущества и недостатки когтевых компрессоров.
8. Сфера применения когтевых компрессоров.
9. Ремонт когтевых компрессоров.
10. Популярные бренды когтевых компрессоров.

Общие сведения о когтевых компрессорах

Когтевые компрессоры — разновидность промышленного оборудования кулачкового (роторного) типа, обеспечивающего нагнетание больших потоков воздуха или газообразной смеси с большим давлением. Обычно это «сухие» агрегаты безмасляного типа, предназначенные для аккуратной подачи или перекачки всевозможных сред, исключая загрязнение. Свое название они получили благодаря оригинальной конфигурации кулачков, напоминающей когти птиц.

Благодаря уникальным свойствам и характеристикам, когтевые насосы востребованы для обслуживания технологических процессов или обеспечения работы оборудования с повышенными требованиями к химическому составу и качеству нагнетаемого потока. Производительные станции используются на перерабатывающих, химических, фармацевтических, целлюлозно-бумажных, пищевых и других предприятиях. Мощные агрегаты способны длительно время работать без выключения с производительностью 2–500 м3/ч (30–8350 л/мин) с давлением подаваемого потока до 2,5–100 бар (25,5–1020 т/м², 250–10000 кПа).

По сравнению с винтовыми, шестеренчатыми или другими типами компрессоров, в конструкции когтевых агрегатов отсутствуют быстроизнашиваемые детали (узлы). Такая особенность позволяет их использовать длительное время без выключения на обслуживание. В то же время, при изготовлении таких машин требуется тщательная обработка поверхностей и повышенная точность подгонки подвижных элементов.

Типовая конструкция когтевого компрессора: основные части

Типовая конструкция когтевого компрессора с электрическим приводом состоит из таких деталей и узлов:

• Корпус

Основной компонент, внутри которого смонтированы силовые детали и узлы. Толщина оболочки относительная небольшая, так как основная часть нагрузок приходится на когти и роторы. Обычно входной канал с усилением наружной кромки располагается в нижней части корпуса вдоль оси.

Модели, предназначенные для нагнетания определенных газов или газовоздушных смесей, поставляются с входными окнами, оснащенными фланцами и мягкими уплотнителями. К ним с помощью болтов крепятся армированные шланги с толстыми стенками, рассчитанные на транспортировку или нагнетание рабочих сред с высоким давлением.

Выводной канал также изготовлен с жесткой наружной кромкой и фланцами. Компрессоры, рассчитанные на работу с агрессивными средами, изготавливаются с особыми ребрами или змеевиками по периметру корпуса. Они необходимы для быстрого отвода тепла — охлаждения конструкции. Такое решение, позволяет снизить температуру нагнетаемого вещества, снижая до минимума интенсивность окисления металлических поверхностей.

• Роторы с когтями (кулачками)

В стандартном исполнении когтевые компрессоры изготавливаются на базе двух роторов, на которых жестко закреплены кулачки особой конфигурации. Их вращение реализовано в противоположные стороны. Когти не входят в зацепление и не соприкасаются между собой. Независимо от их конфигурации соблюдаются минимальные зазоры в пределах 0,1 мм как между собой, так и между внутренними стенками корпуса.

Роторы смонтированы на двух или трех подшипниках шарикового или магнитного типа. Подключение роторов к электроприводу реализуется через распределяющий редуктор или специальный синхронизатор — прецизионную передачу.

• Привод

Обычно когтевые компрессы комплектуются электрическими приводами на базе электромоторов мощностью 1–30 кВт в общепромышленном или взрывозащищенном исполнении. Питание осуществляется от бытовой 220 В или промышленной трехфазной сети 380 В. Для работы в отдаленных условиях, где нет доступа к магистральному напряжению, можно заказать компрессоры, укомплектованные приводом с дизельным или бензиновым двигателем.

• Блок управления и защиты

В зависимости от конкретной модели, современные компрессоры когтевого типа поставляются с электронными блоками управления и защиты. Многофункциональные модули обеспечивают решение таких задач:

• Настройка рабочих параметров, запуск и выключение оборудования.
• Выбор режимов, управление нагрузкой, задержка холостого хода.
• Предотвращение перегрузок, работы с критическими нагрузками.
• Защита электродвигателя от перегрева, кротких замыканий, сбоев сетевого напряжения.
• Отображение информации о текущих режимах и рабочих параметрах на дисплее. Индикация аварийных сигналов и предупредительных сообщений. Например, о необходимости планового техобслуживания.
• Аварийное выключение электродвигателя при выходе рабочих параметров за пределы значений, указанных в настройках.
• Контроль над выработкой ресурса, ведение статистики, другие.

Точный список функций зависит от марки и модели когтевого компрессора. Наиболее простые агрегаты поставляются со встроенными схемами без дисплея, обеспечивающими включение и выключения оборудования, а также выбор режима работы и защиту от перегрузок.

• Рама

Жесткий каркас литого или сварного типа не только объединяет насос и электропривод в общую конструкцию, но и обеспечивает удобный монтаж или расположение оборудования на рабочей площадке. Некоторые модели изготавливаются на рамах с проушинами под монтажные болты, другие — с антивибрационными ножками или жесткими упорами.

• Защитный кожух

Большинство моделей когтевых компрессоров поставляется с защитными кожухами. Прочные металлические оболочки позволяют использовать оборудование на улице, предотвращая пагубное воздействие осадков, ультрафиолета, других агрессивных факторов. Плюс к этому, такие приспособления снижают шумы, создаваемые при работе производительных агрегатов.

Принцип действия когтевых компрессоров

Действие когтевых компрессоров идентично кулачковым насосам, обеспечивающих бесконтактное сжатие рабочей среды. Разница в том, что первые нагнетают газ или газообразную смесь, а вторые — жидкость. Компрессоры подключаются к магистрали так, что роторы располагаются перпендикулярно потоку. Когти смонтированы под определенным углом по отношению друг другу и свободно вращаются внутри корпуса без каких-либо контактов как между собой, так с другими деталями, включая внутренние поверхности корпуса.

При вращении роторов друга на друга когти последовательно входят и выходят из зацепления без взаимного касания. Благодаря особой конфигурации их профилей происходит не только разделение пространства внутри корпуса на отсеки, но и цикличное изменение их объема. Возле входного окна происходит увеличение, а у выходного, наоборот, уменьшение камеры. Полный цикл всасывания, сжатия и выброса воздушного потока происходит за два полных оборота роторов.

При выходе когтей из зацепления создается разряжение (вакуум), которое всасывает рабочую среду через входной канал. Поступив внутрь, газ захватывается лопастями и смещается к выходному окну, поднимаясь по стенкам корпуса. Здесь образуется повышенное давление за счет уменьшения объемы второй камеры между когтями, когда они снова входят в зацепление. Под действием высокого напора, воздух выталкивается в магистраль через выходной канал. В последующем когти движутся, захватывая новую порцию рабочей среды.

Когтевые насосы отличаются довольно высоким КПД благодаря отсутствию перетекания воздуха из одной камеры в другую. Но для этого требуется тщательная подгонка когтей. При сжатии газообразного вещества обычно происходит сильный нагрев. Чтобы быстро отвести тепло, предусмотрена система охлаждения жидкостного или воздушного типа. В первом случае на поверхности или внутри корпуса смонтированы теплообменники в виде змеевиков, по которым циркулирует вода. Во втором случае, корпус изготавливается с многочисленными ребрами. Такое решение обеспечивает значительное увеличение поверхности для быстрой теплоотдачи.

Типы когтевых компрессоров

В зависимости от варианта исполнения можно купить когтевые насосы таких типов:

• Одноступенчатые. Моноблочные агрегаты на базе двух роторов, подключенных к приводу через распределительный редуктор или прецизионную передачу. Конкурентное преимущество таких установок в небольших габаритах и довольно простой компоновке, что обеспечивает повышенную надежность и длительный ресурс. Основной недостаток — относительно небольшая производительность и создаваемое давление.
• Многоступенчатые. Мощные станции представляют собой симбиоз до четырех агрегатов одноступенчатого типа, объединенных в одном корпусе или на общей раме. Благодаря каскадной обработке рабочей среды обеспечивается высокая не только производительность, но и давление на выходе. В то же время, такая сложная компоновка существенно повышает себестоимость оборудования, как и риски поломок.

С учетом конфигурации рабочих элементов компрессоры изготавливаются с когтями в виде одного, двух либо трех лепестков. В первом и втором случае пространство внутри корпуса делится на два отсека, компрессор работает, как указано выше. В варианте с тремя когтями при вращении роторов создается четыре камеры: входная (всасывание), две — транспортные и одна — сжатия. Такое решение обеспечивает плавное повышение давления без пульсаций. В то же время, снижается эффективность нагнетания, из-за того, что в одной из транспортных камер постоянно находится определенная часть всасываемого газа.

Виды когтевых компрессоров

По типу варианта привода когтевые компрессоры комплектуются электрическими моторами, бензиновыми или дизельными ДВС. Они могут оснащаться воздушной (открытой) или жидкостной (закрытой) системой охлаждения с циркуляцией хладагента (воды либо тосола) или без. С учетом генерируемого давления оборудование делится на такие виды:

• Низкого давления: 0,15–2,5 бар (15–250 кПа).
• Среднего давления: 2,5–6 бар (250–600 кПа).
• Высокого давления: 6–100 бар (600–10000 кПа).
• Сверхвысокого давления: выше 100 бар (от 10000 кПа).

Основные характеристики когтевых компрессоров

При выборе когтевых компрессоров обратите внимание на такие характеристики моделей, представленных в каталоге:

• Торговая марка: Busch, DVP, Elmo Rietschle или ERSTEVAK.
• Тип: одно-, двух- или многоступенчатый.
• Производительность (расход): 2–500 м³/ч (30–8350 л/мин).
• Максимальное давление: 2,5–100 бар (25,5–1020 т/м², 250–10000 кПа).
• Мощность электропривода: 1–30 кВт.
• Вариант исполнения: общепромышленный, взрывобезопасный.
• Охлаждение: воздушное либо жидкостное.
• Уровень шумов: до 68–87 дБ.
• Диаметр входного канала (фланца патрубка): 32–80 мм.
• Диапазон эксплуатационных температур: от -20 до +40⁰С.
• Тип компоновки: стационарная, передвижная, с виброопорами, др.

Преимущества и недостатки когтевых компрессоров

Использование инновационных когтевых механизмов в конструкции компрессора обеспечивает сжатие газообразной среды без использования жидкостных уплотнителей при минимальном износе деталей и узлов. Благодаря этому, реализуются такие преимущества:

• Повышенная эффективность. КПД когтевых компрессоров 70-85% в зависимости от спецификации конкретной модели. В первую очередь, характеристики определяются количеством и конфигурацией когтей. Наиболее эффективными считаются станции на базе трехкогтевых роторов с системами промежуточного наддува воздуха.
• Универсальность применения. Отсутствие взаимного трения между рабочими элементами исключает образование искр. Поэтому когтевые станции можно использовать для транспортировки или нагнетания практически всех газов, или смесей в любой концентрации, включая легколетучие, легковоспламеняющиеся и взрывоопасные среды.
• Чистое нагнетание. Благодаря безмасляной компоновке, сжатие и перемещение газового или газообразного потока происходит без какого-либо загрязнения или нарушения пропорции смесей. Когтевые компрессоры рекомендуется использовать для обеспечения технологических операций (процессов) с повышенными требованиями к составу и качеству перемещаемой либо нагнетаемой среды. Компактные агрегаты востребованы при производстве лекарственных препараторов, косметики, другой продукции.
• Плавная работа. Когтевые станции обеспечивают беспрецедентно плавное перемещение или нагнетание потока. При работе отсутствуют какие-либо колебания подачи воздуха. Давление повышается или понижается исключительно плавно либо ступенчато по заданному алгоритму. Современное оборудование комплектуется электронными блоками управления, позволяющими с высокой точностью контролировать рабочие параметры, предотвращая колебания скорости, напора, сбои. Благодаря этому, компрессоры широко используются для проведения лабораторных исследований или испытаний различного оборудования, приборов. Мощные агрегаты применяются для тестирования аэродинамической формы новых образцов летальных аппаратов, автомобилей или другой техники в аэродинамических трубах.
• Большой выбор. Широкий диапазон типоразмеров в сочетании с длинным списком видов и вариантов исполнения позволяет заказать когтевой компрессор, полностью адаптированный под конкретные требования, условиям применения.
• Долговечность. Отсутствие взаимотрущихся деталей минимизирует износ, что положительно сказывается на ресурсе оборудования. Компактные станции способны длительное время работать без выключения, обеспечивая стабильно высокую производительность независимо от срока эксплуатации, режима нагнетания, рабочей среды или других условий. Когтевые компрессоры — наиболее безотказные в категории нагнетающего оборудования объемного типа.

Недостатки когтевых компрессоров

Основной недостаток когтевых компрессоров — довольно высокий порог шумов в пределах 85–87 дБ. Учитывая, что допустимый уровень акустического шума, предусмотренный СанПиН 1.2.3685-2021 для жилых помещений, не должен превышать 40 дБ, оборудование не разрешается устанавливать там, где постоянно работают или находятся люди. В то же время, современные станции поставляются со встроенными шумопоглотителями, которые снижают уровень аэродинамических шумов. При правильной звукоизоляции и использовании шумопоглощающих камер этот изъян можно устранить. Другие недостатки:

• Так как между рабочими элементами довольно маленькие зазоры, когтевые компрессоры чувствительны к загрязнениям рабочей среды. При попадании твердых частиц велика вероятность образования задиров на поверхностях когтей, что чревато заклиниванием. Для предотвращения этой проблемы обычно перед входным каналом ставится фильтр грубой очистки.
• При перекачке легколетучих, легковоспламеняемых или взрывоопасных сред обычно требуется дополнительное охлаждение корпуса.
• Из-за уникальной компоновки компрессор не способен мгновенно реагировать на резкое изменение вязкости, состава или других параметров нагнетаемой либо перемещаемой среды. В таких случаях возможны колебания давления, расхода.
• Невозможна работа в режиме реверса. Когтевые компрессоры не предназначены для откачивания газов или газообразных сред.

Плюс к этому, для выполнения планового техобслуживания или ремонта в процессе эксплуатации нужно обладать определенными навыками и опытом. Требуется также специальное оборудование.

Сфера применения когтевых компрессоров

Когтевые насосы востребованы во всех отраслях промышленности и сферах, где требуется повышенная производительность при высоком качестве нагнетаемого потока. В фермерских хозяйствах их используют для удаления мусора из зерна, сортировки материалов, сушки овощей и фруктов, обслуживания работы пневмотранспортеров. В сервисных мастерских мощные агрегаты позволяют проводить пескоструйную обработку, покраску, формировку пластиковых бутылок (емкостей), выравнивание поверхностей, емкостей и резервуаров из пластика или тонкого металла. Другие варианты применения:

• Обеспечение работы пневматических машин, инструментов, в том числе и высокоточного оборудования в стоматологии, хирургии, а также барокамер.
• Аэрация воды в рыбных водоемах. Создание потоков, имитирующих горные ручьи, при выращивании форели, других специфических видов.
• Аэродинамическая продувка готовых изделий, новых или экспериментальных моделей.
• Обслуживание технологических операций на производственных предприятиях, в исследовательских лабораториях и испытательных центрах.

Ремонт когтевых компрессоров

Из-за технологичности исполнения даже текущий ремонт когтевых компрессоров сложно выполнить в обычных условиях. Требуется не только специальное оборудование, которое есть только на заводах-производителях, но и определенные навыки, опыт. Это в также касается и проведения планового техобслуживания в процессе эксплуатации.

Популярные бренды когтевых компрессоров

Busch

Немецкая компания поставляет на российский рынок обширную линейку технологичных моделей производительностью до 950 м³/ч, обеспечивающих стабильный напор с давлением до 2 бар. Промышленные станции отличаются повышенной надежностью и длительным ресурсом. Они рассчитаны на интенсивную работу с максимальными нагрузками без необходимости специального обслуживания или регулярной замены деталей.

DVP

Когтевые компрессоры итальянского концерна DVP поставляются с регулируемыми впускными фитингами, предохранительными клапанами и ударным креплением на жесткой раме. Благодаря уникальным свойствам и характеристикам, их используют для вакуумного прессования, термоформирования, обеспечения работы медицинского оборудования, машин по обработке камня, стекла, других твердых материалов. Производительные установки способны нагнетать до 155 м³/ч воздуха с давлением до 2 бар.

Elmo Rietschle

Немецкое предприятие изготавливает промышленное оборудование производительностью до 500 м³/ч, способное непрерывно поддерживать избыточное давление до 2 бар. Мощные станции поставляются со встроенным охлаждением воздушного типа и электроприводами с регулируемой скоростью.

ERSTEVAK

Линейка продукции российского предприятия представлена длинным списком моделей производительностью 56–500 м³/ч. Мощные станции, укомплектованные электродвигателями до 18 кВт, генерируют избыточное давление до 2,2 бар. Оборудование отличается повышенной энергоэффективностью и надежностью при длительном сроке службы. В комплекте поставки предусмотрены предохранительные и обратные клапаны, а также входные фильтры грубой очистки.