Принцип работы винтового компрессора

Винтовой компрессор — это аппарат для откачки воздуха. Компактные размеры, небольшой вес и способность работать бесшумно позволяют оборудованию стать передовым инструментом в организации пневмосистем, а также прочно утвердиться во многих направлениях промышленности.

Содержание:

1. Общие сведения о винтовых компрессорах
2. Устройство винтового компрессора
3. Принцип работы винтового компрессора
4. Типы винтовых компрессоров
5. Виды винтовых компрессоров
6. Основные характеристики винтовых компрессоров
7. Преимущества и недостатки винтовых компрессоров
8. Сфера применения винтовых компрессоров
9. Популярные бренды винтовых компрессоров
10. Ремонт винтовых компрессоров

Общие сведения о винтовых компрессорах

Винтовые компрессоры — это ротационное оборудование с подвижными роторами, которые называют винтами. Вращение элементов приводит к понижению давления. Агрегаты появились в 1934 году в Швеции. Изобретатель Элиот Лисхольн создал первую модель, ставшую основой современных аппаратов.

Роторные машины дороже поршневых, но разница в цене оправдывается простотой и удобством установки за счёт компактных размеров. При монтаже винтовых компрессоров не нужно обустраивать фундамент. Они не требовательны к ремонту и обслуживанию, поскольку в конструкции отсутствуют изнашивающиеся элементы — клапана, вкладыши, кольца и другие.

Техника экономно расходует электроэнергию, при этом обладает высокой производительностью. Возможно функционирование оборудования в автономном режиме. Срок службы при качественном уходе составляет около 20 лет.

Во многих направлениях роторные аппараты заменили другие виды машин — рефрижераторные установки, переносные компрессорные станции и прочее. Винтовые агрегаты сжимают газ до 15 атмосфер и обрабатывают 1-100 м³/мин.

Устройство винтового компрессора

Винтовые машины отличаются принципом действия, дополнительными функциями, параметрами. Каждая модель оптимально подходит для конкретного направления.

Все виды оборудования состоят из набора элементов:

1. Всасывающий воздушный фильтр — служит для очистки входящего потока. Состоит из предварительной части, установленной в месте забора воздуха, и основной, расположенной перед отверстием впуска.
2. Входной клапан — деталь с пневматическим управлением. Контролирует производительность всего оборудования, изменяя собственный режим хода.
3. Винтовой узел — основной рабочий блок агрегата. Состоит из вогнутого и выпуклого роторов, расположенных параллельно друг к другу.
4. Ременная передача — система из двух шкивов, которые регулируют скорость вращения винтов. Одно фрикционное колесо находится на роторах, другое — на электродвигателе.
5. Двигатель — устройство для запуска винтовой пары через муфту, редуктор или ременную передачу.
6. Масляный фильтр — очищает смазку, поступающую к роторам.
7. Отделитель масла — металлический резервуар с сетчатой перегородкой в центральной части. При закручивании потока под силой инерции воздух проходит через фильтр и очищается от смазки.
8. Термостат — регулирует оптимальный уровень температуры. Прибор проверяет температуру масла, пропускает не нагретую смазку. При этом экономично расходуется ресурс охлаждающего радиатора и поддерживается температурный режим в аппарате.
9. Охлаждающий радиатор — снижает температуру масла, которое выделяется из сжатого газа.
10. Концевой охладитель — охлаждает обработанный поток перед подачей потребителю.
11. Предохранительный клапан — обеспечивает стабильное действие компрессора. Элемент реагирует на избыточное повышение давления в маслоотделительной ёмкости, предотвращает поломку оборудования.
12.  Трубопроводная сеть — каналы для движения газа и смазочных материалов.
13. Реле давления — изменяет режим функционирования техники в зависимости от уровня давления. При повышении показателя включается холостой ход, при снижении — активируется обычный формат работы.
14. Блок управления — позволяет электронно регулировать действие компрессора, выводит на дисплей параметры оборудования.
15. Вентилятор — служит для забора газа, охлаждения узлов аппарата.

Принцип работы винтового компрессора

Роторы компрессора устанавливают на втулки или подшипники на расстоянии 0.1-0.4 мм друг от друга. Синхронное вращение винтов обеспечивают шестерни. Элементы двигаются, пропуская газ в полость всасывания и отсекая его от входного отверстия. При этом в камеру впрыскивается масло, чтобы смазать роторы и уплотнить между ними зазоры. Смазочный материал одновременно служит охладителем — поглощает тепло, выделенное при сжатии рабочей среды. В сепараторе частицы масла отделяются от воздуха.

При вращении винтов объем полости с газом уменьшается и увеличивается давление. Сжатие останавливается при совпадении впадин ротора с выпускным отверстием. Отработанный поток выходит наружу.

Масло, поступившее в сепаратор, вновь направляется в роторный блок. Если оно горячее, термостат переводит его в охлаждающий радиатор, а если остывшее — то в фильтр для очистки.

Винтовые компрессоры могут работать в разных режимах:

1. Пуск. При этом напряжение на электродвигатель подаётся постепенно. Машина начинает функционировать через 15 секунд после запуска, исключая перегрузку сети.
2. Холостой ход. Агрегат готовится к полной рабочей нагрузке. Роторы вращаются и нагнетают газ, но на малых оборотах.
3. Стандарт. Аппарат действует полноценно, в пределах заданных параметров.
4. Ожидание. Включается при достижении в камере максимального давления. Техника останавливается до снижения показателей. Этот режим активируют при периодическом использовании оборудования.
5. Стоп. Сначала срабатывает холостой ход, а затем машина полностью выключается. Плавное изменение режима минимизирует вероятность поломок, которые случаются при резком перепаде напряжения.

Некоторые модификации дополнены опцией Stop-Alarm. Она срабатывает автоматически при неисправности техники, перегреве или критическом увеличении давления. Также можно запустить режим вручную нажатием кнопки на панели управления.

Типы винтовых компрессоров

Винтовые агрегаты классифицируют по разным признакам. Знание этих особенностей помогает подобрать подходящую модель для конкретного производства.

По типу передачи выделяют компрессоры:

• ременные — передача крутящего момента от двигателя роторному блоку осуществляется через ремень;
• прямые — для соединения рабочих узлов используется муфта;
• редукторные — скорость вращения винтов отличается от быстроты движения двигателя за счёт зубчатого редуктора.

Максимальное рабочее давление составляет:

• низкие значения — менее 3.5 бар;
• средние — 3.5-15 бар;
• высокие — 15-35 бар.

Оборудование может быть автономным, если питается жидким топливом, или электрическим, если подключается к электросети. Первый вид удобно использовать на открытых площадках — агрегаты мобильны и не привязаны к стационарному источнику питания.

В зависимости от особенностей рабочей среды модели бывают:

• воздушные — действуют на сжатие воздуха;
• газовые — обрабатывают газовые потоки;
• многослужебные — одновременно откачивают разные смеси;
• многоцелевые — поочередно сжимают среды разного состава.

По количеству ступеней выделяют:

• одноступенчатые — более экономичные, но менее производительные модели;
• двухступенчатые — большая производительность и рабочие показатели.

Виды винтовых компрессоров

По виду заполнения рабочей полости все агрегаты делятся на масляные и безмасляные. Они отличаются конструкцией, особенностями сжатия и показателями отработанной среды.

Безмасляные винтовые компрессоры

Оборудование может действовать по принципу сухого или водяного сжатия. Первые используют в направлениях, для которых важно полное отсутствие масляных частиц — приборостроение, фармацевтика, микробиология, пищевая промышленность. Такие аппараты обрабатывают поток в 2 стадии, чтобы избежать перегрева механизмов. Сначала газ сжимается до 3.5 бар, а затем до нужного значения. В промежутке между этими фазами включается охладительная установка.  Синхронное вращение роторов контролирует редуктор. Техника сухого сжатия создаёт чистый вакуум, с полным отсутствием примесей.

Безмасляные винтовые компрессоры дороже водозаполненных версий, также на их ремонт и обслуживание необходимы значительные затраты. Активное движение винтов создаёт высокий уровень шума. Поэтому чаще используются более практичные модели — с водяным сжатием. Технологичные устройства востребованы в аналогичных областях, что и агрегаты сухой обработки. Их преимущества выражаются в:

• возможности достижения давления до 13 бар в одну стадию;
• умеренной температуре полученного потока (на 6-12°С выше, чем в окружающей среде) — вода поглощает избыточное тепло;
• чистоте созданного вакуума, без посторонних включений;
• безотходном производстве;
• хорошей энергоэффективности и экономичности.

Винтовые масляные компрессоры

Схема функционирования оборудования не отличается от стандартной — ведущий и ведомый роторы вращаются, всасывая и сжимая газовый поток. Винты не соприкасаются между собой благодаря масляному уплотнению. Смазочные материалы регулярно впрыскивается в рабочую камеру. Компрессоры характеризуются:

• мощностью электродвигателя 2.2-355 кВт;
• шумовым эффектом 60-80 дБ;
• производительностью 60 м³/мин и больше.

Масляные или маслозаполненные винтовые компрессоры бывают стационарными и мобильными. Первые обладают большей мощностью и размещаются в помещениях. Оборудование питается дизельным топливом или бензином. Оно устанавливается без фундамента, поэтому на монтаж не требуется много усилий и времени.

Основные характеристики винтовых компрессоров

Технические параметры винтовых компрессоров:

• КПД — 95%, для сравнения — у поршневых версий показатель составляет около 60%;
• производительность — до 60 м³/мин;
• абсолютное давление на выходе — 9 кгс/см²;
• масса электродвигателя — 1700-5800 кг.

Подшипники агрегатов ограничены в размерах, поскольку расположены между роторами, на строго определенном расстоянии. Поэтому и ресурс элементов лимитирован — около 30-60 тысяч часов. По истечении этого времени требуется заменить детали. Также износ подшипников связан с осевыми нагрузками, которые возникают при давлении воздуха на стенки винтового блока.

Конструкция роторного узла обладает ресурсом в 200-300 тысяч часов. Сервисная жидкость защищает составные части оборудования от повреждения частицами пыли и механическими компонентами. Посторонние включения могут повредить лишь систему смазки устройства. Поэтому регламентированно менять рабочую группу не требуется.

Производительность техники можно регулировать за счёт изменения скорости вращения винтов. Агрегаты могут работать в режиме загрузка-разгрузка-остановка или с частотным преобразованием эффективности – на это способные винтовые компрессоры с частотными приводом. Последний вариант позволяет устанавливать обороты двигателя в соответствии с активностью потока, чтобы экономить электроэнергию.

Задача винтового компрессора — создать среду с определенными значениями давления и расхода. Это достигается в несколько этапов:

• забор воздуха;
• очищение смеси от посторонних микрочастиц;
• направление потока в камеру сжатия;
• формирование объема с нужными значениями давления;
• стабилизация температуры и влажности в полученной среде;
• подача готового газа.

Во время откачки смеси в аппарате изменяется давление и расход. Чем плавнее эти колебания, тем качественнее результат. Также важной характеристикой оборудования считается энергоемкость — отношение производительности к энергозатратам. Эта величина должна быть минимальной.

Преимущества и недостатки винтовых компрессоров

Принцип работы винтовых компрессоров направлен на рост производительности и ресурса электродвигателя. Энергопотребление при этом не увеличивается. Также агрегаты характеризуются:

• компактными размерами, небольшим весом;
• надёжностью;
• долговечностью;
• минимальными вибрациями.

Способность роторных машин продолжительно функционировать в автономном режиме упрощает уход за ними. Защитный кожух снижает шум, поэтому оборудование можно устанавливать в цехах, где работают люди. Большинство моделей оснащено блоком цифрового управления. Это позволяет регулировать давление и энергопотребление, программировать циклы запуска через таймер, менять настройки в удаленном режиме.

Масляные модели экономично расходуют смазочные материалы — на 1 кубометр требуется около 2-3 мг масла. В результате на выходе получается чистый воздух, частицы смазки не накапливаются в системе. В аппаратах не нужны фильтры, качество перекачки удовлетворяет критериям даже пневматических установок.

В винтовые компрессоры встроена воздушная система охлаждения. Поэтому выработанное тепло можно применять вторично — к примеру, для обогрева помещений.

Сфера применения винтовые компрессоров

Винтовые компрессоры используют в промышленных направлениях и частном хозяйстве. Основные области применения:

• наполнение и выгрузка цистерн с сыпучими материалами;
• технологические процессы на предприятиях химической промышленности;
• холодильные установки для климатического оборудования;
• системы подачи сжиженного газа.

Агрегаты нужны для ускорения и оптимизации действия электростанций. Они обеспечивают непрерывное поступление сжатого воздуха, поддерживая стабильную круглосуточную работу объектов.

Очень ценится сжатый газ с низким содержанием масла в автомобилестроении. Он необходим для пескоструйных работ, действия пневматических инструментов, очистки поверхностей от краски и пыли, накачивания шин.

В сталеобрабатывающей промышленности оборудование используют для изменения температуры поверхности металла. Также воздушным потоком охлаждают материалы при литье, направляя его на горелки.

Винтовые компрессоры помогли оптимизировать различные направления. Они стали надёжной поддержкой для многих отраслей и области применения техники постоянно расширяются.

Популярные бренды винтовых компрессоров

Винтовые компрессоры обычно приобретают для долгосрочного, активного использования. Лучшим выбором станет модель от надёжного, известного производителя — Abac, Atlas Copco, Berg, Comaro, Comprag, Dalgakiran, ERSTEVAK, Fini, Kraftmann, Remeza.

Abac

Итальянский бренд утвердился на рынке как крупнейший изготовитель вакуумного оборудования. В модельной линейке представлены агрегаты с широким диапазоном показателей мощности и производительности. Оборудование реализуется более чем в 120 странах мира. Заводы находятся в Италии, США, Германии и Юго-Восточной Азии.

Comprag

Немецкая компания основана более 20 лет назад. Винтовые аппараты и дополнительные устройства изготавливают на основе германских и российских технологий. Поэтому техника максимально адаптирована под наши производственные условия и доходы. Один из основных заводов расположен в РФ. Запчасти и расходные материалы всегда можно найти в магазинах.

Kraftmann

Немецкие компрессоры Kraftmann известны уже более 70 лет. Штат инженеров постоянно разрабатывает новые модели, внедряя инновационные решения. Оборудование собирают в Германии.

Компания предлагает аппараты для любых отраслей промышленности и домашнего хозяйства. Эта марка заслужила признание потребителей — каждая деталь выполнена с высокой точностью, механизмы действуют четко и слаженно.

ERSTEVAK

Российские винтовые компрессоры ERSTEVAK на рынке уже 10 лет. Конструкторский и инженерный отделы предлагают современные решения на уровне лучших европейских и мировых компаний производителей компрессоров. Отличаются надёжность, невысокой стоимостью, качеством сборки, наличием различных исполнений: масляные, безмасляные, с ресивером, осушителем, ресивером и осушителем. В наличии на огромном складе компании множество запасных частей.

REMEZA

Белорусские винтовые компрессоры REMEZA на рынке уже более 30 лет. Одна из самых популярных марок компрессоров на рынке СНГ и России. Компания производит все самые популярные типы компрессоров: поршневые, винтовые, дизельные, медицинские, передвижные компрессорные станции. Высокое качество, большой ассортимент, и громкое имя — позволяют компании конкурировать с ведущими европейским производителями.

Ремонт винтовых компрессоров

Любая техника с разной периодичностью требует сервисного обслуживания или ремонта. Винтовые компрессоры — не исключение, поэтому стоит подготовиться к мероприятиям по восстановлению агрегатов заранее:

1. Перебои с запуском — такое случается при низкой температуре воздуха в помещении, в котором установлен аппарат.
2. Невозможность перезапуска — неисправность связана с клапаном всасывания. Необходимо прочистить или заменить элемент.
3. Снижение производительности — регулятор засорился и препятствует движению потока. Чтобы удалить загрязнения, сначала нужно снять фильтр.
4. Перерасход масла — неисправен фильтр или разгерметизировались уплотнения. Следует заменить детали. Если наблюдается утечка смазки, нужно проверить работоспособность манометра, электромагнитного клапана и регулятора.
5. Активация термостата — повышенная температура окружающего воздуха или засорение масляного охладителя. Необходимо охладить помещение и прочистить элемент.
6. Поломка винтового блока — неисправности подшипников или заклинивание роторов. Следует заменить расходные детали и выполнить балансировку винтов.

Винтовые компрессоры — не самое экономичное решение для бюджета. Но они способны откачивать огромные объемы за небольшое время, при этом не требуя крупных затрат на обслуживание, ремонт и электроэнергию. Поэтому расходы на покупку техники окупаются ещё до окончания срока эксплуатации.