Винтовые компрессоры

Общие сведения о винтовых компрессорах

Винтовые компрессоры — один из наиболее распространенных видов компрессорного оборудования. Они относятся к классу объемных, и являются частным случаем роторных компрессоров, среди которых по степени распространения находятся на первом месте.
По своему применению, они занимают, пожалуй, второе место после наиболее широко распространенных поршневых компрессоров. При этом, винтовые компрессоры все чаще и чаще приходят на замену компрессорным станциям, состоящим из громоздких и малоэффективных поршневых компрессоров.

Преимущества винтовых компрессоров

Благодаря своим конструктивным и технологическим особенностям, винтовой компрессор обладает рядом бесспорных эксплуатационных преимуществ перед своим главным конкурентом — поршневым компрессором. Можно даже сказать, что он превосходит поршневой аналог по всем без исключения показателям, кроме одного — это цена.
И в этом нет ничего удивительного. Ведь как известно, за качество всегда приходится платить. Именно благодаря своей низкой цене поршневые компрессоры и получили свое широчайшее распространение. Однако на серьезных промышленных предприятиях и технологических линиях, где предъявляются особые требования к качеству, надежности и бесперебойному производству сжатого воздуха, без винтовых компрессоров просто не обойтись.
Кроме того, более высокая цена, всего лишь кажущийся недостаток. На самом деле, в процессе эксплуатации, винтовой компрессор оказывается намного выгоднее чем его главный конкурент — поршневой компрессор. Ведь затраты, связанные с эксплуатацией компрессора складываются из нескольких составляющих.

1. Покупка и монтаж компрессора.

Разница в цене между винтовым и поршневым компрессором одинаковой производительности примерно в два раза. Однако не стоит забывать что для установки винтового компрессора не требуется подготовка специального фундамента, как для установки поршневого компрессора, так как в процессе эксплуатации, в отличие от последнего винтовой компрессор не создает практически никаких вибраций. Кроме того, винтовой компрессор может располагаться в непосредственной близости к потребителю сжатого воздуха, что значительно снижает затраты на приобретение и монтаж трубопроводов, а также потерь давления в них.

2. Потребление электроэнергии.

Благодаря своим конструктивным особенностям, винтовые компрессоры имеют более высокий КПД. Затраты электроэнергии на производство одинакового количества сжатого воздуха, у винтовых компрессоров по сравнению с поршневыми на много ниже, что делает себестоимость единицы сжатого воздуха гораздо меньше. Кроме того наличие холостого хода, регулирование частоты вращения двигателя и автоматизация процесса, позволяют вырабатывать именно столько сжатого воздуха, сколько на данный момент способно потребить оборудование, что в свою очередь снижает затраты еще примерно на 30%.
Специальная система рекуперации тепловой энергии, позволяет использовать тепло, выделяемое при сжимании воздуха для обогрева помещений и нагрева воды.

3. Техническое обслуживание.

В винтовых компрессорах, по сравнению с поршневыми, используется более эффективная система очистки воздуха от содержащегося в нем масла. При этом количество масла, попадающего в сжатый воздух, намного меньше, что снижает затраты на очистку и подготовку воздуха. Кроме того, благодаря более совершенной конструкции винтового компрессора, частота замены масла и фильтров в несколько раз ниже.
Механическая часть винтового компрессора не содержит быстроизнашивающихся частей, как в поршневом компрессоре (клапана, кольца, вкладыши), что значительно снижает затраты на ремонт и восстановление. При нормальной эксплуатации, винтовой компрессор способен проработать до 20 лет без капитального ремонта.
Высокая степень автоматизации винтовых компрессоров, дает возможность избежать частых аварийных ситуаций, и позволяет планировать работу компрессора на несколько недель вперед, что резко снижает затраты на постоянное присутствие обслуживающего персонала.
По сути, современные винтовые компрессоры, без преувеличения можно назвать «новым качественным скачком» в технологиях сжатого воздуха. Они способны выполнять задачи, которые не по силам поршневым компрессорам, например, огромный рабочий ресурс (до 100 000 часов), низкий уровень шума, низкий процент содержания масла в сжатом воздухе, полная автоматизация и беспрерывная работа 24 часа в сутки!

Отличительные особенности винтовых компрессоров

Свое название винтовые компрессоры получили благодаря главному конструктивному отличию — винтовому блоку. В двух словах, устройство и принцип работы винтового блока можно описать следующим образом.

Винтовая пара винтового компрессора
Рис. 1. Винтовая пара компрессора

Два ротора, имеющие сложные винтовые поверхности и расположенные параллельно друг к другу, совершают вращательные движения в разных направлениях.
Число зубьев у роторов может быть различным: 2+2, 2+4, 3+3, 4+4, 4+6 и т. д. На рис. 1, показан винтовой блок с числом зубьев роторов 4+6.

Маслозаполненные винтовые компрессоры

Роторы помещены в герметичный корпус винтового блока, имеющий две камеры, и погружены в масляную ванну. Во время вращения, воздух из одной камеры нагнетается в другую, где в результате сжимается, поднимая тем самым давление. Благодаря погружению роторов винтового компрессора в масляную ванну, обеспечивается бесшумность и плавность работы, существенное снижение коэффициента трения и хороший отвод тепла.

Винтовой блок винтового компрессора
Рис. 2. Винтовой блок компрессора

Специальные синхронизирующие устройства между роторами отсутствуют, а усилие от ведущего ротора к ведомому передается без соприкасания винтовых поверхностей, посредством уплотнителя, роль которого выполняет тонкий слой масляной пленки. Кроме того, масляная пленка на рабочих поверхностях роторов, обеспечивает дополнительный уплотняющий эффект винтовой пары в целом.

Безмасляные винтовые компрессоры

Безмасляные винтовые компрессоры используются в случаях, когда требования к содержанию масла в сжатом воздухе стремятся к нулю. В этих компрессорах используется прецизионная винтовая пара, выполненная таким образом, что между рабочими поверхностями роторов всегда остается минимальный зазор, а крутящий момент от ведущего ротора к ведомому, передается посредством синхронизирующей передачи, например зубчатой. Такая конструкция позволяет не применять для смазки компрессорное масло, что в свою очередь исключает контакт с ним сжимаемого газа (воздуха).
Винтовые компрессоры действуют при высокой окружной скорости, достигающей 120 м/с и характеризуются весьма высокими коэффициентом мощности и коэффициентом производительности.

Сжимание воздуха
в винтовом блоке компрессора

Сжимание газа (воздуха) в винтовом компрессоре происходит в рабочих камерах, которые образуются между внутренними стенками корпуса винтового блока и винтовыми поверхностями роторов. По мере нагнетания воздуха от зоны всасывания к зоне нагнетания, рабочий объем камеры сжатия уменьшается, тем самым повышая давление нагнетаемого воздуха. Винтовой блок компрессора рассчитан таким образом, что к выходному нагнетательному отверстию газ (воздух) приближается в тот момент, когда его давление достигает расчетной величины.
Процесс сжимания воздуха в винтовом блоке компрессора можно разделить на несколько этапов (см. рис. 3.).

Сжимание воздуха в винтовом компрессореРис. 3. Процесс сжимания воздуха в винтовом компрессоре.

1 — Всасывание.
Через впускной клапан воздух затягивается в винтовой блок, и заполняет свободное пространство между поверхностями роторов и внутренними стенками винтового блока.
2, 3 — Нагнетание.
В процессе вращения роторов, между их винтовыми поверхностями образуются камеры сжатия, по которым воздух перемещается в зону нагнетания. По мере приближения воздуха к выходному отверстию, его давление постоянно возрастает. На этой стадии происходит постоянное смазывание винтовых поверхностей роторов, способствующее уплотнению зазоров и отводу тепла, выделяющегося при сжимании воздуха.
4 — Выпуск.
Окончание процесса сжатия. Воздух достигает необходимой величины давления, роторы поворачиваются таким образом, что сжатый воздух выталкивается в выпускное отверстие винтового блока компрессора и попадает в нагнетательный трубопровод.