Устройство винтового компрессора: принцип работы

Преимущества

Винтовые компрессоры сконструированы таким образом, чтобы производительность и ресурс двигателей малой мощности росли, а энергопотребление снижалось вполовину. К преимуществам такого рода оборудования относятся компактные размеры, не слишком отягощающий вес, надежность, долговечность.

Винтовые агрегаты не требуют непрерывного обслуживания, поскольку способны длительное время работать в автономном режиме. Они быстро монтируются в собственных рамах без специально обустроенного фундамента, минимально вибрируют при функционировании.

Винтовые типы оснащаются изолирующими шум кожухами, работают тише прочих. В цехах с ними сохраняются максимально комфортные условия для людей.

Большинство представителей описываемого класса оснащаются цифровой платой управления. За счет этого легко менять давление, программировать циклы процессов на таймер, регулировать потребление энергии. Производить действия можно удаленно.

Среди главных преимуществ нельзя не отметить низкий расход масла. На 1 м3 уходит примерно 2-3 мг смазочного материала, что в разы меньше, чем у поршневых модификаций. Данный показатель важен для качества выходящего воздуха. Винтовая конструкция работает чище других, а значит, не нуждается в дополнительных фильтрах, может применяться даже для пневматических машин.

Воздушный принцип охлаждения избавляет от необходимости встраивать систему оборотного водоснабжения и позволяет использовать тепло компрессора вторично (например, для обогрева цехов).

Рассказ про компрессоры одного из производителей от специалиста

Принцип работы

Для выполнения своей главной задачи – подачи воздуха с необходимыми значениями давления и расхода – компрессору винтового типа предстоит выполнить следующие действия:

• отобрать из окружающей среды необходимое количество исходного воздуха;
• очистить его от возможных примесей, микрочастиц и пыли;
• перенаправить очищенный воздух в зону его сжатия;
• сформировать поток воздуха, набравшего нужные показатели давления;
• очистить воздух от посторонних включений;
• стабилизировать физические показатели – температуру, относительную влажность;
• произвести транспортировку подготовленного энергоносителя по своему дальнейшему применению.

При этом необходимо реализовать следующие задачи и действия: давление и расход должны регулироваться, причём, по возможности, плавно, а удельная энергоёмкость агрегата (соотношение между производительностью и расходом электроэнергии) должна быть минимальной.

Схема устройства винтового компрессора

По этим показателям винтовой компрессор превосходит машины поршневого типа. Они имеют компактное устройство, отличаются гарантированно устойчивой непрерывной работой, меньшим уровнем шума и вибраций. Поэтому удельный вес такого оборудования в общей доле машин аналогичного предназначения постоянно возрастает. 

Для чего нужны винтовые компрессоры

Сжатый воздух, который производит винтовой компрессор, чаще всего служит в качестве энергоносителя. 

За счет преобразования энергии сжатого воздуха в механическую энергию работают: 

• Пневмомеханизмы — автоматизированные устройства приема-подачи и др.
• Пневмоинструменты — отбойные молотки, перфораторы, подъемники, молоты и др.

Обдувочные же аппараты (краскопульты, эжекторы,

пескоструйные аппараты

и дробеструйные установки) преобразуют энергию сжатого воздуха в

кинетическую

Для многих отраслей промышленности лучшим решением будет выбрать именно винтовой воздушный компрессор, так как он является более надежным, экономичным в потреблении электроэнергии и рассчитан на долгую бесперебойную работу. Подробнее о том, чем хороши винтовые компрессоры, мы уже

Маслозаполненные винтовые компрессоры

Механизм действия маслозаполненных винтовых компрессоров также основан на вращении двух роторов. Разница в том, что они работают не синхронно, а как ведущий и ведомый винты. Чтобы предотвратить контакт между ними, конструкция предусматривает впрыски масла по 1 л в минуту на каждый 1 кВт мощности. Уровень шума в таких моделях равняется шуму от обычных бытовых приборов, в районе 60-80 ДБ, но это при наличии специальных звукопоглощающих кожухов.

Маслозаполненные винтовые компрессоры

При выборе модели маслозаполненного винтового компрессора нужно уделять особое внимание типу привода, мощности, производительности, стране-производителю и, конечно, уровню шума и наличию звукопоглощающих элементов.

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.

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 м3/мин. Высокопроизводительное оборудование, как правило, является стационарным и устанавливается в цехах. Но все же существуют и передвижные винтовые компрессоры, как бензиновые, так и дизельные.

Азот в лаборатории

Азот используется в лабораторных анализах на протяжении десятилетий. В прошлом необходимый лаборатории газ поставлялся в баллонах и для некоторых лабораторий был труднодоступный.

И еще о классификации винтовых компрессоров

Еще один повод для классификации винтовых компрессоров ─ степень их мобильности. Компрессор винтовой передвижной легко перемещать на новое место, где его можно немедленно запускать в работу.

Как и компрессоры других конструкций, винтовые различают по составу сжимаемой среды. Для получения сжатого воздуха служит компрессор винтовой воздушный. Газовые компрессоры сжимают один газ или несколько разных. Многоцелевые компрессоры одинаково успешно работают и с воздухом, и с другими газами.

Существует несколько вариантов компоновки винтовых компрессоров. На раме или на ресивере, с системой подготовки сжатого воздуха или без. Функции ресивера ─ обеспечивать оптимальный режим работы, охлаждать сжатый воздух, сглаживать воздушные пульсации.

Общее описание винтовых компрессоров

Винтовой компрессор представляет собой агрегат промышленного назначения, нагнетающий воздух посредством винтовой пары. Данный тип оборудования широко применяют в промышленности при необходимости непрерывно поставлять сжатый воздух пневматическим системам. Винтовое компрессорное оборудование является экономичным и современным оборудованием, которое характеризуется умеренным потреблением электрической энергии, простотой обслуживания и управления, а также долговечностью.

Винтовой компрессорный агрегат оснащается воздушной, жидкостной, либо масляной системой охлаждения. В результате прохождения процедуры охлаждения, воздух может содержать масляные капли, твердые частицы, а также водяные пары, что способствует износу оборудования. Поэтому, на производствах, где необходимо поддерживать высокие стандарты чистоты сжатого воздуха, используются воздушные и жидкостные системы охлаждения. Существуют также модели компрессоров, оснащенных ресивером и осушителем, которые наряду с очищением от примесей воздуха, обеспечивают его равномерную подачу и экономию электроэнергии. Такие модели являются хорошим решением для компактных производств.

Винтовые компрессорные установки активируются посредством электродвигателя. Перемещение определенного объема охлаждающего вещества (хладагента) в форме газа, позволяет точно отслеживать процесс охлаждения в компрессоре. Золотник, которым оснащен компрессор, обеспечивает снижение уровня притока газа и мощности.

Винтовой компрессор способен работать в режиме холостого хода, что позволяет снизить потребление электроэнергии в пять раз, а также максимально сократить износ деталей по причине отсутствия лишних включений электрического двигателя.

Данный вид компрессора, в отличие от поршневых компрессорных установок, не выбрасывает лишний воздух. Кроме того, винтовой компрессор производит сжатый воздух умеренной температуры, так как на конце сжатия температура низкая.

Впервые компрессоры винтового типа были запатентованы в 1930-х г. Вследствие того, что они достойно конкурировали с другими видами объемных компрессорных систем, их популярность и сфера применения росли. Сейчас винтовые компрессоры активно функционируют в самых разных областях производства. По техническим характеристикам они сравнимы с поршневыми агрегатами промышленного класса и актуальны для  предприятий, на которых необходимо поддерживать непрерывный процесс производства.

Устройство и принцип работы

Сжатые воздух и газ заставляют функционировать сложные системы исполнения из пневматических цилиндров, клапанов и прочих механизмов. Винтовой компрессор занимается преобразованием электрической энергии в воздушно-газовый толчок.

Составные части

Любая модель винтового компрессора включает основополагающие детали:

1. Воздушный фильтр – всасывает воздух в устройство, очищает его. Находится у входного клапана.
2. Входной клапан – регулирует работу агрегата переходом на холостой ход.
3. Основной винтовой блок – представляет собой два ротора вогнутой и выпуклой формы, расположенных параллельно друг другу.
4. Электрический мотор – запускает и поддерживает движение винтовой пары.
5. Ременный привод – сцепляет роторы с двигателем, обеспечивает вращение, поддерживает скорость.
6. Отделитель масла – бак с перегородкой, в котором воздух отделяется от масла.
7. Фильтр и охладитель масла – производит очищение, охлаждение масляной смазки перед ее попаданием в роторный отсек.
8. Термостат – следит за оптимальной температурой двигателя. При низком нагреве масла пропускает его вне охлаждения, ускоряя процесс.
9. Трубопроводы – система прохождения и соединения отделов воздуха, масла, их смеси.
10. Клапан предохранительный и реле давления – оберегают мотор от поломки. Срабатывают при значительном завышении давления в отделителе, предотвращая выход агрегата из строя.
11. Блок управления – система дисплеев и плат, обеспечивающая электронную настройку, отслеживание параметров оборудования.
12. Вентилятор – помогает воздушному забору внутрь, одновременно охлаждает элементы мотора.
13. Концевой охладитель – доводит сжатый воздух до оптимальной температуры перед выдачей из компрессора.

Принцип действия

Роторы вращаются навстречу друг другу, соблюдая принцип ведомости. Движение винтов всасывает воздух через входной фильтр. Поток проходит сквозь очищение, смешивание с маслом, охлаждение. Полученная смесь попадает в систему под продолжающейся винтовой тягой. Далее отделитель сепарирует масло от воздуха, последний выходит из компрессора в потребляющее оборудование.

Таким образом, работа винтов проделывает весь необходимый процесс с воздухом без посторонних вмешательств.

Неправильная эксплуатация

Один показательный случай из нашей практики произошел со «счастливым обладателем» 37 кВт агрегата, используемого для пескоструйной установки.

Нерадивый продавец не посчитал нужным предложить покупателю ресивер. В результате за 1 год было заменено 2 радиатора.

После окончания гарантии владелец «винтовика» обратился к специалистам нашего сервисного определили причину «плохих радиаторов», не увидев в пневмолинии между компрессором и пескоструйной установкой воздухосборника.

После установки ресивера проблемы с радиаторами предсказуемо исчезли.

Винтовой компрессор - принцип действия

Винтовой компрессор - принцип действия

Механизм работы, как в начале уже указывалось, основан на вращении двух винтов. Сжатие воздуха проходит несколько этапов:

1. При запуске винты включаются и начинают вращение по направлению друг к другу, всасывая воздух с помощью входного фильтра.
2. Происходит очищение воздуха, смешивание с масляной жидкостью, потом охлаждение.
3. Винтовая тяга загоняет полученную смесь дальше в устройство.
4. После сепаратор отделяет масло.
5. Выделенный воздух уходит в оборудование, которое питается от компрессора.

Масло, которое используется в процессе работы с воздухом, дополнительно смазывает детали компрессного оборудования, что продлевает его срок эксплуатации. В конце оно попадает в фильтр, после чего вновь направляется к винтовому блоку.

Принцип действия винтовых компрессоров позволяет повысить производительность на предприятии. Такие устройства одинакового эффективны на крупных объектах и на небольших предприятиях, из-за чего стали одними из самых распространенных на рынке.

Режимы работы

У винтовых компрессоров имеется несколько возможных режимов действия с определенными функциями:

1. Пусковой или Старт – запускает двигатель аппарата, оптимизирует нагрузку от электросети. Активируется нажатием специальной кнопки, через несколько минут переходит в рабочий режим. Может отсутствовать, если мощность компрессора минимальна и предусмотрен прямой пуск.
2. Рабочий – наращивает давление до максимально допустимого, затем срабатывает реле переключения на холостой ход.
3. Холостой ход – характеризуется вращением роторов, непрерывной работой двигателя. В это время газ проталкивается через все устройство, воздушные массы охлаждаются. Служит для предотвращения поломок, выжидания оптимальных показателей, подготовки компрессора к отключению.
4. Ожидание – наступает после холостого хода, пока отметка давления не снизится до минимальной. Длительность зависит от скорости выхода воздуха. Следом может последовать продолжение работы по включению реле.
5. Стоп – штатное отключение прибора.
6. Экстренное отключение (Alarm stop) – срочная остановка мотора специальной кнопкой без промежуточных режимов типа холостого хода.

Компрессор винтовой безмасляный (сухой)

Компрессор винтовой безмасляный (сухой)

Устройства винтового типа, в которых не предусмотрено использование масла между собой делятся еще на два вида:

1. Винтовые компрессоры сухого сжатия.

За основу в них взят механизм, когда два ротора запускаются с помощью синхронных электромоторов, чем исключают соприкосновение. В отличие от маслозаполненных моделей, сухие компрессоры имеют меньшую производительность, ведь в них нет отвода для тепла, а уровень сжатия воздуха составляет всего 3,5 бар в одной ступени. Этот показатель увеличивается максимум до 10 бар на второй ступени и при использовании охладителя на промежуточном этапе. Однако указанные изменения увеличат цену устройства.

1. Водозаполненные компрессоры.

Такая модель соединила все плюсы сухих и маслозаполненных конструкций. Водозаполненные компрессоры имеют хорошую производительность. Уровень сжатия воздуха в них достигает отметки в 13 бар на одной ступени. Не менее значимым является и то, что агрегат более экологичен в использовании, т.к. вместо масла используется чистый и недорогой продукт – вода. А она, в свою очередь, имеет высокие показатели теплоемкости и удельной теплопроводности.

При использовании водозаполненных моделей уровень конечного сжатия воздуха не принимается во внимание, ведь температура в процессе работы компрессора повышается максимум на 12 С. Так получается из-за дозированных впрысков, что во многом повлияло на более долгий срок эксплуатации, высокую надежность и безопасность оборудования.

Безмасляные компрессоры чаще используются в пищевой, фармацевтической и химической промышленности.

Виды винтовых компрессоров

Компрессоры винтовой конструкции отличаются большим разнообразием модификаций. Они подразделяются по нескольким признакам.

По заполнению камеры

• Маслозаполненные – малошумные модели, в которых процесс действия роторов смягчается впрыскиванием масла. Требуют системы сепарации.
• Безмасловые или сухого сжатия – не используют заполнение полостей масляной смазкой. Подходят для пищевого, фармацевтического, микробиологического производства, электронных приборов.

По сжимаемой среде

• Воздушные – только воздух.
• Газовые – сжимают аммиак, кислород, водород, но не воздух.
• Многоцелевые – попеременно используют газ и воздух.
• Многослужебные – одновременно могут использовать несколько видов газа.

По приводу

• Ременные – крутящий момент осуществляется с помощью ремня между двигателем и блоком роторов.
• Прямые – соединение пары винтов и мотора идет за счет специальной муфты, чем экономится электричество.

Тип энергии

• Дизельные или автономные – заправляются топливом. Подходят для полевых условий.
• Электрические – питаются от сети.

Степень сжатия давления

• Низкая – до 1 Мн/м2.
• Средняя – до 10 Мн/м2.
• Высокая – более 10 Мн/м2.

Выгода перехода на винтовое компрессорное оборудование

С поршневых и центробежных устройств многие предприятия перешли на винтовые, объясняя явление надежностью последних. Выгода складывается из нескольких факторов.

Расходы на агрегат

Сами по себе винтовые разновидности стоят дороже остальных. Разница цены с поршневыми моделями составит до 40% не в пользу роторных. В тоже время, покупка оборудования включает также сумму установки с доставкой. В этом плане поршневые модификации проигрывают, поскольку являются гораздо более габаритными, тяжелыми, требуют фундамента для монтажа. Подсчет общих расходов показывает явное преимущество именно винтовых вариантов.

На обслуживание и ремонт

Винтовые типы не имеют поршней, колец, вкладышей, клапанов, других изнашивающихся элементов. Таким образом, потребность в техобслуживании возникает реже, а плановый уход обходится дешевле.

На электроэнергию

Независимо от типа конструкции, роторные модели обладают большой производительностью на малой поглощаемости электричества. При должном уходе они служат до 20 лет, окупают затраты на энергию в несколько раз. Для сравнения, поршневые агрегаты на сжатие равного объема воздуха используют вдвое больше питания.

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.

Конструкция винтовых компрессоров

Конструкция оборудования для сжатия воздуха винтового типа зависит от типа привода, ступеней работы, наличия масла и пр. Параметры модели выбираются, исходя из масштаба предприятия и его отдельных потребностей.

Конструкция винтовых компрессоров

В стандартном варианте винтового компрессора, помимо самих роторов, есть воздушный фильтр. Он используется для очистки воздуха. За регуляцию работы компрессора при переходе на холостой ход отвечает входной клапан. Они расположены рядом друг с другом.

Винтовой блок запускается с помощью электрического мотора. Ременной привод соединяет винты непосредственно с двигателем и запускает вращение.

В маслозаполненном компрессоре сепаратор отделяет масло от воздуха. А для очистки и охлаждения материала от масляной смазки используется специальный фильтр.

Контроль за температурой двигателя производит термостат. Если масло не нагревалось до высоких температур, то он пропускает этап охлаждения для ускорения процесса.

Отделы для воздуха, масла, их смесей соединены с помощью трубопроводов.

При превышении допустимого уровня давления в сепараторе предусмотрены предохранительный клапан и реле давления. Эти запчасти защищают мотор от поломки. А для его охлаждения и забора воздуха используется вентилятор.

Для получения оптимальной температуры сжатого воздуха перед выходом из компрессора расположен концевой охладитель.

Для электронной настройки аппарата на компрессоре предусмотрена панель с блоком управления.

В самой распространенной модификации роторный механизм помещается в стальной корпус, который для дополнительной защиты покрывают негорючим звукопоглощающим веществом. У разных производителей и моделей комплектация несколько отличается.