Устройство и принцип работы винтового компрессора

Общее описание роторных компрессоров

Основное предназначение заключается в создании давления, которое будет выше атмосферного. Рассматриваемый тип механизма относится к оборудованию объемного типа.

Название роторный компрессор получил из-за особенности формы основных вращающихся элементов. Высокая потребность в них определяет то, что появилось просто огромное количество компактных моделей, которые характеризуются высокой эффективностью в применении. Также встречается компрессор роторно-поршневой, который существенно отличается от обычного варианта исполнения.

В рассматриваемую группу устройств входят следующие механизмы:

1. Кулачковые.
2. Винтовые.
3. Спиральные.
4. Жидкостно-кольцевые.
5. Пластинчатые.

Все разновидности подобных устройств характеризуются большим количеством особенностей, к примеру, пластинчатый компрессор роторного не имеет много различных клапанов, которые существенно снижают показатель КПД. Кроме этого, роторные варианты исполнения имеют меньший вес в сравнении с поршневыми.

В большинстве случаев компрессор роторно-лопастной представлен одинарным аппаратом с приводом. Некоторые варианты исполнения имеют промежуточный редуктор, который способен изменять передаваемое усилие.

Сегодня компрессорные установки оснащаются электрическим двигателем. В некоторых случаях проводится установка двигателей внутреннего сгорания, которые характеризуются большей производительностью.

Данный тип компрессоров встречается в самых различных случаях. Очень часто оно применяется для создания краскопульта, который требуется для равномерного нанесения специального красящего вещества на поверхность.

Что это такое

Компрессор представляет собой устройство, которое сжимает газообразные вещества и подаёт их под давлением. Несмотря на множество разновидностей, все аппараты имеют основные элементы:

1. Двигатель.
2. Привод.
3. Нагнетающая установка.
4. Ёмкость для сжатого воздуха.
5. Соединительные шланги и трубы.

Все компрессоры имеют альтернативные основные элементы

Принцип действия всех устройств заключается в том, что в ёмкость нагнетается воздух или газ. Рабочее вещество сжимается каким-либо способом. И под давлением поступает на выход через шланг или трубу.

Технические характеристики агрегата

Основные параметры компрессора:

• мощность;
• производительность;
• давление;
• объём ресивера;
• напряжение в сети.

Мощность показывает энергетический потенциал прибора. Но трение деталей образует потери мощности. Поэтому нужно подбирать устройство с некоторым запасом, например, 30 процентов.

Производительность означает, сколько литров сжатого газа в минуту может нагнать аппарат. Так как величина производительности указывается для окружающей температуры в 20 градусов, выбирайте прибор с запасом около 40 процентов от значения.

Давление указывают в барах и атмосферах. Имейте в виду, что они примерно равны. Этот параметр показывает силу сжатия воздуха. Во время работы давление меняется. Оно колеблется в пределах 60–100 процентов от максимального.

Объём ресивера — это ёмкость бака, который наполняется сжатым воздухом. Он нужен для того, чтобы продлить рабочий цикл компрессора. Чем больше бак, тем дольше будет цикл и медленнее его наполнение.

Параметр напряжения показывает, от какой сети работает прибор. Трёхфазный компрессор вы не сможете использовать дома. Так как ему нужно напряжение 380 В

Также обращайте внимание на частоту. Она должна быть равна 50 Гц

Ремонт и обслуживание устройства

Роторные компрессоры требовательны к условиям «обитания».

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

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

Ремонт происходит помощью сервисных центров.

Особенности и преимущества винтовых компрессорных агрегатов

Сегодня именно они являются наиболее используемым оборудованием для сжатия воздуха и почти полностью вытеснили собой другие разновидности. Объектами для их установки становятся предприятия практически всех видов промышленности:

• Строительство
• Автомобилестроение
• Металлургия
• Химическая промышленность
• Пищевая промышленность
• Фармацевтика
• Горно-шахтная промышленность
• Деревообрабатывающая промышленность.

Причины популярности лежат в многочисленных достоинствах, ключевым из которых является механизм сжатия. Используемые в данном случае роторы с вращающимися по направлению друг к другу зубьями показывают себя надежнее, чем поршни с их возвратно-поступательным движением, а также обеспечивают компактность размеров и легкость веса.

Также стоит учитывать, что винтовой компрессор – это агрегат, нагнетающий воздух постоянно, а не импульсами, и поэтому не нуждается в подключении ресивера. Это удешевляет эксплуатацию.

В числе других преимуществ (по сравнению с поршневыми моделями).

• Экономичность потребления энергии – расход ниже на 30%, что возможно благодаря отсутствию трения в винтовом блоке. Тогда как в конструкции поршневого блока трения избежать не удастся.
• Долговечность – клапаны отсутствуют, система смазки и охлаждения проста и максимально надежна. В результате оборудование можно эксплуатировать до 10-12 лет, лишь осуществляя плановое техническое обслуживание. 
• Впечатляющие технические характеристики – конструкция винтового компрессора позволяет ему сохранять КПД на уровне до 95% и выше, обеспечивая, при этом, производительность по сжатому воздуху до 60 м3/мин.
• Наличие звукоизоляции – благодаря специальным кожухам обеспечивается достаточно низкий уровень шума. Например, компрессоры ALMiG имеют уровень шума от 60 до 79 дБ. И только самые мощные модели — до 83 дБ. 
• Отсутствие вибрации — так как сжатие в компрессоре происходит за счет вращения роторов, вибрация не создается. Вибрация винтового компрессора говорит о возможной неисправности.
• Есть цифровое управление, позволяющее в автоматическом режиме контролировать работу оборудования. Управление можно осуществлять, как непосредственно, так и удаленно.
• Низкая потребность в обслуживании – проводить плановое техническое обслуживание нужно через каждые 4000-6000 часов эксплуатации (против 500 часов у поршневых моделей).
• Малый расход масла – до 3 мг/м3, в сравнении с поршневым, где содержание масла в сжатом воздухе может достигать и 60 мг/м3.
• Нетребовательность в вопросах установки и монтажа – за счет компактных габаритов появляется разнообразие вариантов их размещения в пределах цеха (площадки), для монтажа нет необходимости заливать отдельный фундамент.

Отдельным преимуществом является воздушное охлаждение, благодаря которому нет нужды встраивать оборотное водоснабжение и, что даже важнее, появляется возможность вторично использовать выделившееся тепло.

Правила безопасности во время работы

Каким бы ни был тип используемого оборудования – стационарным или мобильным, поршневым или винтовым, – есть определенные условия, которые необходимо соблюдать в штатном режиме. Следует:

• следить за стабильностью напряжения, подаваемого на клеммы компрессора. Большие просадки и скачки недопустимы.
• контролировать состояние магистральных трубопроводов, по которым проходит сжатый газ от компрессора. Утечки приводят к просадке давления у потребителей, и увеличению наработки компрессора.
• не допускать превышение давления в пневматической сети предприятия выше допустимой нормы. Необходимо установить предохранительные клапаны на участках трубопровода и ресиверах

Техника безопасности предполагает надзор и обслуживание. Назначение и устройство компрессора винтового типа подразумевает работу в автоматическом режиме, но не избавляет от решения плановых вопросов.

Уход

Его нужно поручать специалистам, прошедшим подготовку, и они в процессе проведения работ должны использовать только рекомендованные производителем техники расходные материалы и запчасти. Если агрегат находится на гарантии, все работы должны проводится сотрудниками сертифицированного сервисного центра.

Все виды ремонта, испытания, проверки необходимо проводить в соответствии с эксплуатационной документацией, а итоги работ фиксировать в журнале тех. обслуживания.

Комплектация винтовых компрессоров

Изобретение винтового компрессора относится к 1934 году. Со временем разработка претерпела определенное количество изменений, но основной принцип действия остался прежним.

Стандартная комплектация любого винтового компрессора (основные элементы):

• Всасывающий (впускной) клапан: основное назначение — это всасывание воздуха из окружающей атмосферы через воздушный фильтр и подача в камеру винтового блока, переключение между режимом нагрузки и холостого хода. Клапан работает в двух положениях: открыт, либо закрыт. За открытие и закрытие всасывающего клапана отвечает контрольный блок (иногда называют пневмоблоком);
• Винтовой блок: состоит из двух роторов — ведущего и ведомого, которых и называют «винтами»;
• Двигатель: электрический или внутреннего сгорания (дизельный/бензиновый); запускает всю систему и приводит в движение винтовой блок;
• Привод (тип передачи): различают ременный или прямой; электродвигатель соединяется с винтовым блоком через ременную передачу: на вал ведущего ротора и двигателя устанавливаются шкивы, соединенные ремнем (или ремнями); либо через прямой привод (в этом случае двигатель может быть соединен различными вариантами прямого привода: через редуктор, через гибкую муфту или непосредственно, когда винтовой блок находится на одном валу с двигателем); устанавливается определенное передаточное число;
• Маслобак: емкость, в которой находится компрессорное масло, циркулирующее по всей масляной системе;
• Термостат: определяет температуру масла; осуществляет переключение контуров охлаждения (малый контур и большой, идущий через радиатор);
• Клапан минимального давления: поддерживает давление, необходимое для циркуляции масла и работы сепаратора;
• Трубопроводы и РВД (рукава высокого давления): необходимы для циркуляции масла, сжатого воздуха и воздушно-масляной смеси;
• Предохранительный клапан: срабатывает при превышении давления в системе:
• Вентилятор: основные функции заключаются в охлаждении и направлении воздушного потока;
• Масляный радиатор: охлаждает масло;
• Концевой охладитель / воздушный радиатор: доводит сжатый воздух до оптимальной температуры перед выдачей из компрессора;
• Контроллер (блок управления): различают несколько видов: на основе прессостата (аналогичный устанаваливается на поршневых компрессорах, выполняет фукнцию старт/стоп, механическая настройка нижнего и верхнего порога давления), электромеханический (кнопка «вкл/выкл», манометр, в некоторых случаях индикация ошибок в виде лампочек, настройка давления также осуществляется механическим путем), микропроцессорное управление с ЖК дисплеем на разных языках (индикация рабочих параметров и ошибок, электронная настройка компрессора, сигнализация времени проведения ТО, синхронизация с другим компрессором, удаленное управление и визуализация, установка расписания работы компрессора и многое другое, в зависимости от модели и производителя);
• Встроенная система воздухоподготовки (опционально): подразумевает наличие встроенного ресивера, осушителя, магистрального фильтра, циклонного сепаратор (влагоотделителя);

Назначение компрессора и принцип его действия

Можно дать сразу несколько определений этому оборудованию. Например, с технической точки зрения это сложный агрегат, состоящий из определенного количества элементов механической рабочей группы. Сложно для восприятия? Картину прояснит алгоритм функционирования – он предельно прост.

Любая такая установка:

• вбирает (всасывает) газовую среду;
• пропускает ее через себя, попутно понижает температуру, очищает, сепарирует (если это необходимо) и, главное, подвергает сжатию;
• выдает ее устройствам конечного потребления.

В процессе могут быть использованы самые разные методы, а также смазки и/или охлаждающие жидкости, суть от этого не меняется. Таким образом, компрессор – это машина, предназначенная для повышения давления и перекачивания газов

Роль компрессора в технологическом процессе имеет важное значение, поэтому к его эксплуатационным характеристикам предъявляются достаточно жесткие требования: он должен быть надежным, высокопроизводительным, с крайне низким процентом отказов

Обслуживание винтовых компрессоров

Большинство промышленных предприятий отказывается от поршневых компрессоров в пользу винтовых, что объясняется надежностью последних, а также меньшими расходами на обслуживание.

Экономия также связана с ремонтом и ТО. Винтовые приборы гораздо реже требуют техобслуживания и ухода, а также не имеют деталей, подверженных износу — поршней, клапанов и т.д. Еще один пункт экономии — расход электроэнергии. Роторные устройства потребляют меньше электричества, и обеспечивают большую производительность. Работая до 20 лет, они сокращают затраты на электроэнергию в несколько раз.

Какие бывают поршневые компрессоры

Поршневые компрессоры бывают нескольких типов, опишем их ниже.

Воздушный

Едва ли не номер один в мире компрессорных установок, которые начал использовать человек – поршневой воздушный компрессор. Его популярность обусловлена простотой строения как механизма, так и принципа действия. Работа с ним также проста и не требует особых навыков. Его официальное название – компрессорная установка объемного сжатия.

За многие десятилетия его базовая конструкция не претерпела особых изменений. Это корпус из чугуна, а внутри него находится цилиндр. В механизме также есть собственно поршень, сделанный таким образом, чтобы оставался маленький зазор и два клапана. Каждый из них имеет свое назначение: один из них всасывающий, второй предназначен для питания.

Судовой

Компрессоры с поршневой системой нередко применяются на больших двухтактных дизелях на судах. Их используют для наддува и продувки. Дело в том, что двухтактный дизель сам по себе не способен завестись и функционировать. Для полноценной работы ему нужна дополнительная подача воздуха, под давлением больше, чем атмосфера.

Присоединенный к мотору и работающий в такт с ним, поршневой компрессор подает дополнительные объемы воздуха.

Безмасляный

Этот вид компрессора используют там, где необходима подача чистого, без примеси смазочных материалов, воздуха или другого газа. Этот воздух будет без следов масляной эмульсии. Это не означает, что устройство поршневого компрессора работает совсем без смазки, просто масло не пересекается с воздушными потоками. Под них обычно берут двигатель мощностью 1,1 кВт. Он имеет дополнительные позитивные характеристики:

• Малый размер;
• Не нуждается в частом обслуживании;
• Возможна транспортировка и перемещение в любом положении.

Также на таких компрессорах устанавливают дополнительную очистку для лучшего качества воздуха.

Винтовой

Винтовой компрессор используют для снижения давления путем вращательных движений роторов. Это устройство изобрели в 30х годах. Отличается способностью работать в автоматическом режиме и экономичностью.

По сути своей, это устройство призвано преобразовывать электрическую энергию в энергию газа или простого воздуха. Это происходит посредством электродвигателя. Винтовой блок имеет конструкцию, состоящую из корпуса и двух больших винтов. Винты между собой не соприкасаются – между ними есть небольшой зазор, который просто уплотняется пленкой из масла. Собственно, принцип устройства состоит в том, что никакие узлы между собой не трутся.

Это также означает, что мелкий сор, если даже и попадет вовнутрь устройства, не повредит его, так как элементов, которые терлись бы, нет. Максимум, придется заменить масло. Еще один плюс – винтовой компрессор в разных скоростных режимах, то есть, существует возможность регулировать его производительность и тем самым экономить электроэнергию.

Выбор винтовых компрессоров

Производители разных стран предлагают оборудование такого класса. Рекламные проспекты указывают на то, что они лидеры в этой сфере. Что нужно знать, чтобы правильно выбрать винтовой компрессор? На вид все винтовые модели Abac одинаковые.

Корпус модели прямоугольный, на нем установлен дисплей контроллера. Есть несущественное отличие − расцветка и размер. При выборе оборудования стоит выяснить какая продукция самая популярная, чтобы не вкладывать деньги в ремонт.

Поэтому они ремонтируются путем разборки двух частей, собранных один против другого. Что касается герметичных компрессоров, часть электродвигателя охлаждается паром низкого давления хладагента во время работы. Открытые компрессоры названы так потому, что часть электродвигателя отделена от компрессорной части хладагента.

Различные типы компрессоров

Между двумя сторонами существует два типа связей. Поршневые компрессоры: это обычная модель, которая в основном используется в бытовых холодильниках и морозильных камерах. Компактный и компактный, он работает по тому же принципу, что и автомобильные двигатели. В фазе впуска поршень всасывает жидкость, затем сжимает ее и затем откачивает в цепь. Также возможно удовлетворить этот тип компрессора в промышленном холодильном оборудовании, например, в установках для производства охлажденной воды или в установках очистки воздуха. Спиральные компрессоры: их также называют спиральными компрессорами. Они распознаются по удлиненной форме. Они используют две спирали, интеркалированные как поддоны, для накачки и сжатия жидкостей. Часто одна из спиралей фиксируется, в то время как другая движется эксцентрично, не вращаясь так, чтобы захватывать карманы жидкости между витками. Их область применения скорее для кондиционирования воздуха из-за их разумного усмотрения. Винтовые компрессоры: их также называют вертолетами. Они состоят из двух винтов, синхронизированных с вращающимися, которые позволяют сжать жидкость. Для сжатия жидкости используется уменьшение объема. Действительно, впечатление от винтов больше выкапывается на входе, чем на выходе. В зависимости от моделей и расстояния между двумя винтами для обеспечения уплотнения используется масляная пленка. Центробежные компрессоры: также называемые турбонагнетателями, представляют собой машины радиального типа с ротором, который вращается с одинаковой скоростью, поэтому жидкость течет постоянно. В зависимости от используемого хладагента центробежный компрессор может быть одноколесным или многоколесным. В случае многоколесного колеса диффузор колеса расширяется обратным каналом, который приносит сжатую жидкость к входу следующего колеса.

• Ременный привод.
• Привод с помощью муфты.
• И снова начинается новый цикл.

От небольших механических мастерских до крупных нефтеперерабатывающих заводов до автомобильных заводов этот незаменимый аксессуар можно найти абсолютно во всех отраслях промышленности.

Проведенные опросы показали, что ведущий лидер − компания Ингрсолл-Рэнд, участвовавшая в создании винтовых моделей Fubag. Эта компания уже100 лет производит такое оборудование. Оно надежно, имеет прекрасные показатели.

Параметр, на который следует обращать внимание − нагрузка. Винтовые компрессоры отличаются:

• производительностью;
• мощностью;
• существующим или несуществующим приводом;
• вмонтированной системой подготовки воздуха.

Нагрузка винтового компрессора зависит от вида работы:

Сегодня винтовые компрессоры предлагают больше, чем просто сжатый воздух: гибкие и рассчитанные на максимальную эффективность, они отвечают самым высоким требованиям в отношении задач и являются надежными и экономичными. Наиболее распространенными являются выходное давление от 4 до 14 бар. Некоторые могут повышаться значительно выше, например, до примерно 25 бар для сжатия технологических газов.

Также известный как вращающийся объемный компрессор, он работает с двумя винтовыми винтами, вращающимися в противоположном направлении. Быстрое вращение постепенно уменьшает пространство между двумя винтами и создает всасывание и сжатие газа, захваченного между ними до доставки. В зависимости от длины, профиля винтов и формы выпускного отверстия давление более или менее сильно. Давление на выходе также регулируется. Газ транспортируется вдоль винта, от порта всасывания до выпускного отверстия непрерывно.

• эпизодическая;
• постоянная.

В первом случае подходит модель не высокого качества и дешевая. Во втором случае нужна надежная техника, которая может работать 3000 часов в год.

Обслуживание безмасляного винтового компрессора

В первую очередь, необходимо отметить, что роторные компрессоры любого типа, а безмасляные – в первую очередь, не предназначены для сильно запыленных помещений.

Абразивные частицы, попадающие внутрь винтового блока, повреждают поверхности роторов и нарушают геометрию их форм. В результате вращающиеся винты начинают соприкасаться, что вызывает повышенное трение, образование задиров и схватываний.

Многие производители в целях защиты от износа и коррозии наносят на роторы специальные защитные покрытия.

Первыми это начали делать зарубежные производители. Обработка роторов специальными полимерными составами позволяла не только снизить вероятность их контакта с последующим образованием задиров, но и сократить затраты на точную механическую обработку поверхностей.

За счет включения мельчайших частиц твердых смазочных материалов полимерные покрытия имеют высокие антифрикционные свойства, что позволяет им эффективно снижать трение и препятствовать образованию задиров.

Со временем заводские покрытия изнашиваются, и чтобы решить вопрос их восстановления, необходимо пользоваться готовыми антифрикционными материалами. Ранее такие составы были исключительно импортными, однако сегодня их производство налажено и в нашей стране.

Российская компания «Моденжи» разработала серию антифрикционных твердосмазочных покрытий для винтовых компрессоров, которые могут применяться как при производстве, так и при ремонте роторов.

Покрытия MODENGY наносятся на поверхности деталей слоем до 100 мкм, затем, после приработки, толщина уменьшается в 2-2,5 раза и становится оптимальной.

Полимерная матрица покрытия прочно удерживает в своих ячейках частицы твердых смазочных материалов, выполняющие антифрикционную и противозадирную функции.

MODENGY 1007 производится на основе графита, поэтому имеет характерный серо-черный цвет. Покрытие стабильно работает при температурах -50…+350 °С, имеет несущую способность 1300 МПа (тест SRV).

Несущая способность MODENGY 1014 еще выше, она составляет 2700 МПа. Диапазон рабочих температур покрытия с дисульфидом молибдена и политетрафторэтиленом – -75…+255 °С. Состав отличается высокими антикоррозионными свойствами – >672 ч (тест в соляном тумане).

MODENGY 1066 с графитом и дисульфидом молибдена выдерживает температуры от -70 до +315 °С. Покрытие также обладает антикоррозионными свойствами (>300 ч в соляном тумане) и высокой несущей способностью (9900 H по методу Falex).

Перед нанесением покрытия с поверхностей роторов удаляются остатки старых смазок, пыль и другие загрязнения. Для полной очистки и обезжиривания винтовой пары используется Специальный очиститель-активатор MODENGY. Его применение способствует высокой адгезии будущего покрытия и гарантирует долгий срок его службы.

Антифрикционные составы наносятся на роторы в несколько слоев, затем детали подвергаются нагреву для полимеризации покрытий. Все материалы отверждаются при нагреве свыше +200 °С в течение 20-40 минут (точное время зависит от вида покрытия).

Роторы с покрытием MODENGY в дальнейшем не требуют повторной обработки – правильно нанесенный защитный слой не стирается, так как не дает винтовым поверхностям вступать в контакт.

Обзор моделей

• EKOMAK DMD40C7. Модель мощностью в 3 тысячи Вт с производительностью до 450 л/мин. Имеет ременный привод, три фазы работы. Способен создавать и поддерживать давление равное 7 бар. Экземпляр средней тяжести – 180 кг. Компактные размеры сторон – 75, 72 и 52 см. Средняя цена в розничной продаже – 220 тысяч руб.
• ALUP SCK 5-10 200. Винтовой компрессор с ременным приводом. Мощность — 4 кВт, производительность – 470 л/мин. Имеет объем ресивера равный 200 л. Максимальное достигаемое давление – 10 бар. Скромный вес установки – 105 кг. Оснащен колесами для удобного перемещения. Малошумен. Подходит для пневмообуродования и питания инструментов. Имеет кожух. Средняя цена – 160 тыс. рублей.
• Компрессор ALUP LARGO 30-8. Представитель класса повышенной мощности (до 30 кВт). Характеризуется производительностью в 4,5 тысячи л/мин, давлением 8 бар, прямым приводом, функцией самотестирования, независимой вентиляцией отсека для масла. Предназначен для промышленных объектов и больших объемов работы. Имеет вес 540 кг, колеса для облегчения перемещения. Средняя стоимость – 500 тысяч рублей.
• Также широкий ассортимент винтовых компрессоров предлагает компания ПрессАэр.

На видео продемонстрированы принцип работы и устройство винтового компрессора.​

Критерии выбора компрессорного оборудования

Чем должен руководствоваться потребитель, выбирая воздушный компрессор. Самое главное он должен понимать, для каких целей будет использовано приобретаемое оборудование. Сразу надо оговориться, что существуют отдельные отрасли, и технологические операции могут быть использованы только компрессоры, работающие без масла.

Ключевыми параметрами компрессорного оборудования являются:

1. Расход воздуха (производительность).
2. Рабочее давление.
3. Требования к чистоте воздуха.

Как правило, эти параметры должны быть определены инженерами — технологами, которые разрабатывают технологические процессы с участием компрессорного оборудования.

Например, расход воздуха, может быть рассчитан по следующей схеме:

1. Расчёт количества воздуха при непрерывной эксплуатации.
2. Внесение коррективов в полученное значение с учетом времени работы оборудования в смену или сутки.

При подборе оборудования необходимо учитывать рост числа потребителей сжатого воздуха.