Винтовые компрессоры: отличия, преимущества, устройство и принцип работы, виды, ремонт своими руками

Главная

Новости

Винтовой компрессор: устройство, принцип работы.

Винтовым называется компрессор, понижение давления в котором достигается за счет вращения двух винтов (роторов). По конструкции такие устройства принадлежат к ротационному компрессорному оборудованию. Впервые винтовая модель была запатентована в 1934 г. На сегодня агрегаты данного типа являются наиболее распространенными в своем сегменте. Этому способствует их относительно небольшая масса и компактные габариты, надежность, способность функционировать в автономном режиме, экономичность в плане потребления электроэнергии и затрат на обслуживание. Невысокий уровень вибрации позволяет монтировать такие системы без обустройства специального фундамента, как в случае с поршневыми аналогами. В ряде направлений (судовые рефрижераторы, мобильные компрессорные станции и т. п.) роторные модели практически полностью вытеснили компрессоры других разновидностей. Такие устройства могут подавать воздух, сжатый до 15 атм., и обладать производительностью 1–100 м3/мин.

Отличия и преимущества винтовых компрессоров перед поршневыми

Первое отличие винтовых компрессоров от поршневых заключается в их конструкции. Главное, чем отличаются винтовые компрессоры от поршневых — это механизм сжатия. В винтовых агрегатах применяются роторы с винтообразными зубьями, вращающимися навстречу друг другу. А в поршневых – поршень, который совершает возвратно-поступательные движения внутри цилиндра. Благодаря вышеописанным конструкционным различиям винтовой компрессор имеет небольшой вес и компактные габариты.

Кроме того, отличается способ нагнетания и аккумулирования воздуха. Винтовые аппараты создают постоянный поток воздуха. Поршневые же компрессоры подают воздух импульсами, которые соответствуют по частоте движениям поршня. Поэтому для создания постоянного потока к поршневым аппаратам подсоединяется ресивер.

Преимущества винтовых компрессоров перед поршневыми очевидны.

Экономия электроэнергии. Она экономится за счет использования винтовых блоков последних поколений и автоматического управления подачей воздуха. Благодаря этому расход электричества уменьшается приблизительно на 30%.
Низкая стоимость обслуживания. В среднем, обслуживание поршневых агрегатов требуется проводить через каждые 500 часов работы. Винтовым же аппаратам нужен осмотр после 4000-8000 часов работы.
Длительный срок службы. Компрессоры с винтовым принципом действия способны работать без ремонта несколько лет подряд. Объясняется это отсутствием системы клапанов и наличием простой системы смазки и охлаждения. На винтовую пару агрегата производителем дается гарантия 2 года. Но, как показывает практика, аппараты могут работать без замены винтовой пары 7-8 лет. За это время в условиях предприятия приходится поменять около 5 компрессоров поршневого типа, имеющих аналогичную производительность.
Низкая стоимость монтажа и наладки. Как уже говорилось, винтовые агрегаты имеют небольшие размеры и почти не производят шум и вибрацию. Поэтому экономятся средства на монтаж и установку оборудования, поскольку его не требуется устанавливать на фундамент или в отдельное помещение.
Отличные технические характеристики. Винтовые агрегаты – это высококонкурентное оборудование, обладающее следующими техническими характеристиками: КПД до 95% (у поршневых аппаратов КПД не достигает 60%); производительность свыше 40 м3/мин; выходное давление до 9 кгс/см2.

Винтовые компрессоры выбирают множество предприятий России. Так, около 12% расходуемой страной электроэнергии идет на работу именно этих агрегатов. Несмотря на высокую стоимость, купить винтовой компрессор экономически целесообразно. Он обеспечит высокую скорость работы оборудования, минимизирует возможные простои из-за поломок, сэкономит на обслуживании.

Режим «ALARM-STOP»

В этот режим система может быть переведена нажатием кнопки экстренного выключения, расположенной на панели управления. Используется в случае срочной необходимости выключить электродвигатель. По этой команде электродвигатель отключается без перехода в режим холостого хода.
Как мы видим, ничего сложного в устройстве винтового компрессора нет. Вместе с тем его конструкция отличается надежностью и рассчитана на длительную бесперебойную работу. В данной статье мы рассмотрели только один наиболее общий и часто встречающийся вариант. Он дает достаточно полное представление о работе компрессора, однако следует учитывать, что каждый производитель может вносить дополнительные изменения и дополнения в конструкцию выпускаемого им изделия. Безусловно, надежность и срок службы компрессора зависит от многих факторов: соблюдения условий эксплуатации, своевременного выполнения регламентных работ по техобслуживанию, а, главное, от качества всех компонентов и, в первую очередь, винтового блока, который является самым прецизионным и дорогостоящим элементом системы. Мы рекомендуем покупать оборудование только известных давно присутствующих на российском рынке компаний, имеющих здесь свое представительство и сервисный центр. Только в этом случае вы можете надолго забыть о проблемах связанных с обеспечением воздухом вашего предприятия.

Устройство и принцип работы винтовых компрессоров

Основным узлом винтового компрессора является винтовой блок (см. рис. ниже). Он состоит из корпуса (1), в котором расположена винтовая пара (2 и 3).

Роторы в средней части имеют утолщения, на которых нарезан винтовой профиль. Данные винты установлены таким образом, чтобы между ними был зазор в диапазоне от 0,1 до 0,4 мм. Роторная пара устанавливается либо на втулки, либо на подшипники. Синхронизируется вращение винтов с помощью шестерен (4), закрепленных на валах роторов. Чтобы обеспечить герметичность корпуса, он собирается с сальниками и уплотнителями.

Важно! Ведущий винт агрегата имеет выпуклую и широкую форму зубьев, а ведомый – тонкую и вогнутую.

В корпусе компрессора также предусмотрены полости для охлаждения (5), в которые, при необходимости, подается жидкость. Привод компрессора может быть как прямым, так и ременным.

Принцип действия роторного блока заключается в следующем.

При вращении винтов воздух начинает поступать через впускное отверстие в полость всасывания, где находится роторная пара. На данном этапе воздух заполняет винтовые впадины по всей длине (рис. 1).
При вращении роторов навстречу друг другу происходит отсечение объема всасывания от впускного отверстия. На данном этапе происходит впрыскивание масла для уплотнения зазоров между винтами и их смазки. Также поступающее масло отбирает тепло, выделяющееся при сжатии воздуха, выполняя функцию охлаждения. При дальнейшем проворачивании винтов объем рабочей камеры уменьшается, а давление в ней возрастает.
Далее, в момент, когда впадины винта соединяются с выпускным отверстием компрессора, сжатие в камере прекращается, и начинается выход сжатой воздушно-масляной смеси через выпускное окно агрегата.

Устройство винтового компрессора заметно отличается от устройства поршневого агрегата. Ниже приведена схема винтового компрессора, включающая в себя следующие элементы.

Фильтр. Предназначен для очистки атмосферного воздуха, засасываемого в агрегат.
Клапан всасывания. Препятствует выбросу масла и воздуха при остановке компрессора.
Винтовой блок. Является основным рабочим узлом агрегата, состоящим из винтовой пары, помещенной в корпус. Рядом с патрубком (18) устанавливается датчик термозащиты, выключающий двигатель, если на выходе из винтового блока будет температура выше 105°С.
Ременной привод. Предназначен для передачи вращательного движения от двигателя к винтам. Привод состоит из 2 шкивов. Один шкив установлен на валу двигателя, а другой – на ведущем валу винтового блока.
Шкивы. От их размеров зависит скорость вращения роторной пары. Шкивы соединяются между собой посредством приводного ремня.
Двигатель. Задает вращательное движение ременному приводу, который, в свою очередь, приводит в действие винтовой блок.
Масляный фильтр. Предназначен для очистки масла, возвращающегося в роторный блок.
Первичный маслоотделитель. В данном узле происходит отделение масла от воздуха с помощью центробежной силы.
Маслоотделительный фильтр. Предназначен для вторичной очистки воздуха от остатков масла, то есть более качественной. На выходе из фильтра в воздухе можно обнаружить остаточные пары масла в количестве 1,3 мг/м3. Данный показатель для поршневых аппаратов является недостижимым.
Предохранительный клапан. Обеспечивает безопасность при работе агрегата. Если в маслоотделителе (8) будет превышено давление, то в работу включится клапан, сбросив его до допустимого уровня.
Термостат. Благодаря ему поддерживается оптимальная температура масляного состава. Последний может свободно проходить мимо радиатора охлаждения, пока не достигнет температуры 72°С.
Маслоохладитель. В данный резервуар поступает разогретое масло, отделенное от воздуха, для охлаждения до нужной температуры.
Воздухоохладитель. Позволяет охладить воздух перед подачей на точки потребления до температуры на 15-20°С выше, чем температура окружающей среды.
Вентилятор. Предназначен для охлаждения всех узлов агрегата.
Клапан холостого хода. Является электропневматическим и предназначен для управления клапаном всасывания (2).
Реле давления. Благодаря ему обеспечивается работа аппарата в автоматическом режиме. В компрессорах последнего поколения вместо реле давления установлена электронная система управления.
Манометр. Показывает уровень давления внутри агрегата.
Выходной патрубок. Через него сжатый воздух поступает на точки потребления.
Приспособление для визуального контроля. Выполнено в виде прозрачного утолщения на трубке. С его помощью можно контролировать процесс возврата масла.
Клапан минимального давления. Находится в закрытом состоянии, пока давление не поднимется до 4 бар. Поскольку данный элемент отделяет пневмолинию от компрессора, он выполняет функцию обратного клапана при остановке агрегата или переходе его на холостой режим.

Все перечисленные детали и узлы винтового компрессора помещаются в металлический корпус, покрытый звукопоглощающим составом. В зависимости от фирмы производителя и модели аппарата, его устройство может незначительно отличаться от вышеописанного.

Если подробно рассмотреть принцип работы винтового компрессора, то он выглядит следующим образом (см. рис. ниже).

При включении агрегата через фильтр (1) начинает засасываться воздух.
Далее, воздух поступает в регулятор всасывания (2), после чего перемещается в роторный блок (3).
В роторном блоке происходит смешивание воздуха с маслом и последующее его сжатие. Масло поступает в блок точно дозированными порциями.
Воздушно-масляная смесь попадает в сепаратор (8) и проходит через картридж (9), где разделяется на масло и воздух.
Далее, чистый воздух проходит через радиатор охлаждения (13) и выходит из агрегата.
Масло, которое было отделено в сепараторе (8), снова поступает в роторный блок. От температуры возвращающегося масла зависит, по какому кругу оно будет двигаться — по большому или малому. Если масло слишком горячее, то срабатывает клапан термостата (11) и перенаправляет его по большому кругу, через масляный радиатор (12).
Перед тем, как поступить из радиатора в винтовой блок, масло проходит очистку в фильтре (7).
Винтовая пара приводится в движение посредством двигателя (6) и клиноременной передачи (4 и 5).

Режимы работы

Винтовые компрессорные агрегаты, даже самые простые, имеют 5 режимов работы.

Пуск. Это режим запуска агрегата, при котором исключается перегрузка электросети. Напряжение подается на двигатель постепенно, благодаря чему он приступает к работе только через 10-15 сек. после нажатия на кнопку включения.
Холостой ход. В данном режиме происходит подготовка аппарата к работе с полной нагрузкой. Роторы приводятся в движение двигателем и начинают нагнетать воздух, но на малой мощности.
Рабочий режим. В этом режиме наблюдается полноценная работа агрегата, на выходе которого получается сжатый воздух.
Режим ожидания. Активируется в момент достижения в системе определённого давления. В режиме ожидания все процессы в компрессоре останавливаются до тех пор, пока давление в системе не снизится до уровня, при котором происходит включение аппарата.
Совет! Этот режим очень удобен, когда компрессор используется периодически, в течение рабочего дня, поскольку нет необходимости обесточивать агрегат. Его работа лишь приостанавливается на определенный период.
Стоп. Данный режим приводит к плавному выключению аппарата. В начале, он переходит на холостой ход, после чего полностью выключается. Благодаря этому режиму уменьшается вероятность поломок и износа деталей вследствие резкого перепада давления или напряжения.

Некоторые модели винтовых компрессоров имеют режим Stop-Alarm. Данный режим включается при возникновении каких-либо неполадок в оборудовании, либо при повышении давления и температуры в агрегате до критических уровней. Режим Stop-Alarm, как правило, срабатывает автоматически. Но для его включения вручную предусмотрена кнопка, размещенная на панели управления аппаратом.

Рабочий режим.

В этом режиме начинается рост давления в системе. Манометр (17), расположенный на лицевой панели показывает давление внутри компрессора, то есть в области между всасывающим клапаном и клапаном минимального давления. Давление в линии можно контролировать по манометру расположенному на ресивере. При первом включении давление внутри компрессора и в линии практически одинаково. При достижении максимального давления, например 10 бар, срабатывает реле давления, и компрессор переходит из рабочего режима в режим холостого хода.

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.

Сепаратор

Для того, чтобы выходящий из винтового компрессора сжатый воздух содержал минимальное количество масла, в его конструкции обязательно применяется сепаратор.

Сепаратор может быть внешним (в компрессорах небольшой мощности) и встроенным в масляный резервуар.

Внешний вид встроенного сепаратора:

Сепаратор встроенный

Сепаратор внешний:

Сепаратор внешний

Сепаратор в разрезе с указанием потока масла и воздуха:

Сепаратор в разрезе

Благодаря наличию в конструкции винтового компрессора сепаратора содержание масла в сжатом воздухе на выходе не превышает 3 мг/м3.

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.

Высокая температура окружающей среды. Следует обеспечить помещение с оборудованием хорошей вентиляцией, после чего нажать кнопку “reset” и перезагрузить аппарат.
Засорение охладителя масла. Требуется прочистить охладитель с применением растворяющей жидкости.
Низкий уровень масла. Следует долить необходимое количество последнего.
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.

Обратный клапан / Сетчатый фильтр

Масло, отделяемое от сжатого воздуха в сепараторе, требуется вернуть в циркуляционный контур компрессора. Для этого используется специальная масловозвратная линия, имеющая в своем составе обратный клапан и сетчатый фильтр.

Масловозвратная линия

Для того, чтобы процесс возврата масла можно было наблюдать в реальном времени (это необходимо в диагностических целях), некоторые детали масловозвратной линии выполняют прозрачными.

Масловозвратная линия

Описание [ править | править код ]

Подшипники лимитированы по размерам двумя роторами стоящими друг от друга на фиксированном расстоянии. Это является причиной лимитированного их ресурса, который в зависимости от размера модели заявляется 30-60 тыс. часов, после чего их необходимо заменять. Кроме того присутствуют осевые нагрузки, так как сжатие происходит между двумя роторами, и сжимаемый воздух давит на винты из центра к стенкам.

Винтовой блок [ править | править код ]

Конструкция винтового блока состоит из двух массивных винтов и корпуса. При этом винты во время работы находятся на некотором расстоянии друг от друга, и этот зазор уплотняется масляной плёнкой. Трущихся элементов нет. Пыль и другие твердые частицы и даже небольшие предметы при попадании в винтовой блок не вызывают никаких повреждений и могут лишь повредить масляной системе самого компрессора. Таким образом, ресурс винтового блока практически неограничен и достигает более чем 200—300 тыс. часов. Регламентной замене подлежат лишь подшипники винтового блока.

Винтовая технология работает в широком диапазоне скоростей вращения, что позволяет регулировать производительность. Позволяет использовать как стандартную систему загрузка/разгрузка/останов, так и частотное регулирование производительностью. При частотном регулировании изменяются в широком диапазоне обороты двигателя в минуту, а соответственно и скорость вращения винтового блока, что позволяет регулировать производительность в соответствии с разбором воздуха, тем самым экономя электроэнергию.

Обслуживание [ править | править код ]

Используется простой в конструкции пневматический клапан (откр./закр.) с практически неограниченным ресурсом при своевременной замене рем.комплектов — раз в 12 тыс. часов наработки. Каждые 3000 часов:• Замена воздушного фильтра;• Замена масляного фильтра; Замена масла (в случае использования минерального)

Каждые 6000 часов:• Замена воздушного фильтра;• Замена масляного фильтра;• Замена масла (в случае использования синтетического)• Замена маслосепаратора.

Какими характеристиками должно обладать масло?

Качественное масло для винтового компрессора должно обладать следующими свойствами:

Вязкостно-температурные свойства. Благодаря им масло подается в достаточных количествах в компрессор, заполняет зазоры между ротором и корпусом, хорошо смазывает подшипники
Смачивающие свойства. Обеспечивают отвод тепла и охлаждение взаимодействующих деталей
Моющие и диспергирующие свойства. Позволяют компрессору работать бесперебойно, обеспечивают чистоту роторов, снижают риск засорения и отложения холодного шлама
Устойчивость к износу и высокому давлению. Активные вещества, содержащиеся в маслах, образуют износостойкую пленку, которая способна выдерживать высокие давления. Благодаря этому оборудование служит гораздо дольше
Высокая окислительная стабильность. Масло не должно быстро окисляться под воздействием кислорода и высоких температур. В противном случае образуется нагар, который отрицательно влияет на производительность оборудования

Таким образом для обслуживания винтовых компрессоров следует использовать масла, которые обладают вышеописанными свойствами. Если хоть одна из этих характеристик не удовлетворяет требованиям оборудования или условиям его эксплуатации, то такую жидкость применять не рекомендуется.