Типы винтовых компрессоров и их преимущества

Винтовой компрессор считается наиболее эффективным устройством для создания пневматических систем благодаря своим компактным размерам, небольшому весу, низкому уровню шума и вибрации по сравнению с другими устройствами для сжатия газа и воздуха.

Отличия и преимущества винтовых компрессоров перед поршневыми

Одним из основных отличий винтовых компрессоров от поршневых является их конструкция. Механизм сжатия — главное отличие винтовых компрессоров от поршневых. В винтовых компрессорах используются роторы с винтообразными зубцами, вращающимися навстречу друг другу. С другой стороны, в поршневых компрессорах используется поршень, который перемещается вперед-назад внутри цилиндра. Благодаря этим конструктивным особенностям винтовые компрессоры имеют небольшой вес и компактные размеры. Кроме того, различается способ нагнетания и накопления воздуха. Винтовые компрессоры генерируют непрерывный поток воздуха, в то время как поршневые компрессоры подают воздух импульсами, соответствующими частоте движения поршня. Для обеспечения непрерывного потока поршневые агрегаты оснащаются ресивером. Преимущества винтовых компрессоров перед поршневыми очевидны.

Энергоэффективность. Использование винтовых блоков современного поколения и автоматизированного управления подачей воздуха приводит к существенной экономии электроэнергии. В результате потребление электроэнергии снижается примерно на 30 %.

Экономичное техническое обслуживание. В то время как поршневые компрессоры обычно требуют обслуживания каждые 500 часов работы, винтовые компрессоры могут работать 4000-8000 часов, прежде чем им потребуется проверка. Это значительно снижает затраты на техническое обслуживание.

Долговечность. Винтовые компрессоры рассчитаны на многолетнюю работу без ремонта. Бесклапанная система и простые механизмы смазки и охлаждения способствуют длительному сроку службы. Производитель предоставляет двухлетнюю гарантию на винтовую пару агрегата, хотя на практике такие агрегаты могут работать 7-8 лет, не требуя замены винтовой пары. Для сравнения, за тот же срок компании пришлось бы заменить около пяти поршневых компрессоров аналогичной производительности.

Установка и монтаж винтовых компрессоров выгодны благодаря их небольшим размерам, минимальному уровню шума и вибрации. В отличие от другого оборудования, винтовые приборы не требуют фундамента или отдельного помещения.

Винтовые блоки обладают превосходными техническими характеристиками по сравнению с другим оборудованием. Их КПД достигает 95 %, что выше КПД поршневых установок (который составляет всего 60 %). Производительность более 40 м3/мин, давление на выходе до 9 кгс/см2.

Многие компании в России выбирают винтовые компрессоры в качестве оборудования. Таким образом, примерно 12% потребляемой в стране электроэнергии приходится на работу этих агрегатов. Несмотря на первоначальные вложения, покупка винтового компрессора финансово оправдана. Он гарантирует эффективную работу оборудования, минимизирует возможные простои из-за неисправностей и позволяет экономить на техническом обслуживании.

Конструкция и принцип работы винтовых компрессоров

Винтовой блок (см. рисунок ниже) является основным компонентом винтового компрессора. Состоит из корпуса (1), в котором размещена винтовая пара (2 и 3).

Средняя часть роторов содержит утолщения, на которых вырезан винтовой профиль. Винты устанавливаются с зазором между ними от 0.1 — 0.4 мм. Роторная пара может быть установлена на втулках или подшипниках. Шестерни (4) используются для синхронизации вращения винтов, которые установлены на валах роторов. Для обеспечения герметичности корпуса используются сальники и уплотнения.

Примечание: ведущий винт блока имеет широкие и выпуклые зубья, а ведомый — тонкие и вогнутые.

Корпус компрессора оснащен охлаждающими полостями (5), которые при необходимости могут быть заполнены жидкостью. Компрессор может приводиться в движение как напрямую, так и с помощью ремня.

Работа роторного блока основана на следующем принципе.

1. Когда винты начинают вращаться, воздух начинает поступать через впускное отверстие в полость всасывания, где расположена роторная пара. В этот момент воздух заполняет полости винтов по всей их длине (рис. 1).
2. Поскольку во время вращения роторы приближаются друг к другу, объем всасывания закрывается от входного отверстия. На этом этапе впрыскивается масло для уплотнения зазоров между винтами и обеспечения смазки. Масло также помогает рассеивать тепло, выделяемое при сжатии воздуха, и действует как охлаждающее средство. По мере вращения винтов объем рабочей камеры уменьшается, а давление в ней увеличивается.
3. Кроме того, когда впадины винтов совпадают с выходным отверстием компрессора, сжатие в камере прекращается, и сжатая воздушно-масляная смесь выводится через выходное окно блока.

Конструкция винтового компрессора значительно отличается от поршневого. В принципиальную схему винтового компрессора входят следующие элементы.

1. Фильтр предназначен для очистки поступающего атмосферного воздуха.
2. Всасывающий клапан помогает предотвратить утечку масла и воздуха, когда компрессор не используется.
3. Винтовой блок — это основной компонент системы, состоящий из пары винтов, заключенных в корпус. Кроме того, рядом с выходом винтового блока расположен датчик тепловой защиты (18), который автоматически отключает двигатель, если температура превышает 105°C.
4. Ременная передача отвечает за передачу вращательного движения от двигателя к винтам. Состоит из двух шкивов, один из которых закреплен на валу двигателя, а другой — на приводном валу винтового блока.
5. Скорость вращения пары роторов определяется размером шкивов. Эти шкивы соединены между собой приводным ремнем.
6. Двигатель обеспечивает вращательное движение ременной передачи, которая, в свою очередь, приводит в движение винтовой блок.
7. Масляный фильтр предназначен для очистки масла, поступающего в роторный блок.
8. Первичный маслоотделитель отделяет масло от воздуха под действием центробежной силы.
9. Фильтр маслоотделителя предназначен для вторичной очистки воздуха от остатков масла, обеспечивая его лучшее качество. На выходе из фильтра можно обнаружить остаточные пары масла в воздухе в количестве 1.3 мг/м3. Этот уровень недостижим для поршневых агрегатов.
10. Предохранительный клапан обеспечивает безопасность во время работы устройства. Если давление в маслоотделителе (8) превысит допустимый уровень, сработает клапан и сбросит его до допустимого уровня.
11. Термостат поддерживает оптимальную температуру масляного состава, чтобы он мог свободно протекать через радиатор охлаждения до достижения температуры 72°C.
12. Масляный радиатор принимает нагретое масло, отделенное от воздуха, и охлаждает его до нужной температуры.
13. Воздухоохладитель позволяет охлаждать воздух до температуры на 15-20°C выше температуры окружающей среды перед подачей в точки потребления.
14. Вентилятор предназначен для охлаждения всех компонентов устройства.
15. Клапан холостого хода является электропневматическим и используется для управления всасывающим клапаном (2).
16. Реле давления обеспечивает автоматическую работу устройства. В компрессорах последнего поколения вместо реле давления используется электронная система управления.
17. Манометр показывает уровень давления внутри аппарата.
18. Выпускной трубопровод служит для подачи сжатого воздуха к местам потребления.
19. Устройство для визуального контроля выполнено в виде прозрачного расширения на трубе, что позволяет контролировать процесс возврата масла.
20. Клапан минимального давления остается закрытым до тех пор, пока давление не достигнет 4 бар. Этот компонент действует как обратный клапан, когда устройство не используется, отделяя пневматическую линию от компрессора.

Все упомянутые детали и узлы винтового компрессора помещены в металлический корпус, покрытый звукопоглощающим материалом. Конструкция аппарата может незначительно отличаться в зависимости от производителя и модели.

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

1. Когда устройство включается, оно всасывает воздух через фильтр (1).
2. После этого воздух поступает во всасывающий регулятор (2), а затем в роторный блок (3).
3. Внутри роторного блока воздух смешивается с маслом и затем сжимается. Масло подается в устройство в точно отмеренных количествах.
4. Воздушно-масляная смесь попадает в сепаратор (8) и проходит через картридж (9), где разделяется на масло и воздух.
5. После этого очищенный воздух проходит через радиатор охлаждения (13) и выходит из устройства.
6. Отделенное масло из сепаратора (8) возвращается в роторный блок. Температура масла при возврате определяет, идет ли оно по большому или малому контуру. Если масло слишком теплое, активируется клапан термостата (11), который направляет масло в большой контур, проходя через масляный радиатор (12).
7. Фильтр (7) очищает масло перед тем, как оно попадает из маслоохладителя в винтовой блок.
8. Двигатель (6) и клиноременная передача (4 и 5) приводят в движение винтовой блок.

Режимы работы

Винтовые компрессоры, даже самые простые, имеют 5 различных режимов работы.

1. Режим запуска. В этом режиме агрегат запускается для предотвращения перегрузки источника питания. Напряжение на двигатель подается постепенно, поэтому он начинает работать только через 10-15 секунд после нажатия кнопки включения.
2. Режим холостого хода. В этом режиме машина готова к работе с полной нагрузкой. Роторы приводятся в движение двигателем и начинают выдувать воздух, но на низком уровне мощности.
3. Рабочий режим. Это основной режим, в котором устройство работает с полной функциональностью, сжимая воздух для выхода.
4. Режим ожидания. Активируется при достижении определенного давления в системе. В режиме ожидания все процессы в компрессоре приостанавливаются до тех пор, пока давление не упадет до уровня, при котором устройство снова включится.

Совет: этот режим крайне полезен в ситуациях, когда компрессор используется периодически в течение дня, поскольку избавляет от необходимости отключать весь агрегат. Вместо этого компрессор просто переводится в режим ожидания на определенный период времени.

Некоторые модели винтовых компрессоров оснащены режимом "Стоп-сигнал". Этот режим включается при неисправности оборудования или когда давление и температура в агрегате достигают критического уровня. Режим "Стоп-сигнал" обычно активируется автоматически, но его можно включить и вручную с помощью кнопки на панели управления агрегата.

Разновидности винтовых компрессоров

Различные типы винтовых компрессоров обуславливают их соответствующее применение. Например, промышленные компрессоры, заполненные маслом, универсальны и находят широкое применение в самых разных отраслях промышленности. С другой стороны, использование безмасляных компрессоров особенно необходимо в отраслях, где большое внимание уделяется достижению высокого уровня очистки воздуха, например, в пищевой, химической и фармацевтической промышленности.

Безмасляные агрегаты

Безмасляный компрессор, не использующий масло ни для смазки ротора, ни для охлаждения, гарантирует, что сжатый воздух, генерируемый машиной, не содержит частиц смазки. Существует два основных подтипа безмасляных компрессоров: винтовые компрессоры сухого сжатия и водозаполненные винтовые компрессоры.

Винтовые компрессоры сухого сжатия оснащены синхронными двигателями, которые приводят в движение бесконтактные винты. "Сухие" как правило, имеют меньшую производительность (3.5 бар на 1 ступень) по сравнению с маслозаполненными агрегатами. Добавление второй ступени может увеличить эту мощность до 10 бар, но такая модификация только еще больше увеличит и без того относительно высокую стоимость оборудования, которая и так повышена за счет использования сдвоенных двигателей.

Водозаполненные аппараты являются наиболее совершенными с точки зрения технологии и сочетают в себе преимущества как безмасляных, так и маслозаполненных аппаратов. Эти устройства способны сжимать воздух до 13 бар (1 ступень). Кроме того, они экологически безопасны, поскольку для охлаждения используется вода, а не масло. Благодаря высокой теплоемкости и теплопроводности воды она нагревается максимум до 12°C при дозированной закачке, независимо от степени сжатия. В результате снижается тепловая нагрузка на компоненты агрегата, что приводит к увеличению срока службы и повышению безопасности и надежности оборудования в целом.

Важно: Воздух, выходящий из водонаполненного аппарата, не требует охлаждения, поскольку циркулирующая вода всегда имеет ту же температуру, что и окружающий воздух.

Компрессоры с водяным впрыском имеют минимальное количество отходов во время работы. Кроме того, они представляют собой экономически эффективное производственное решение, поскольку исключают необходимость в масляных фильтрах и баках для отработанного масла.

Маслонаполненные аппараты

Маслонаполненный аппарат, как уже говорилось, оснащен двумя роторами, один из которых является приводным. Для предотвращения физического контакта между роторами в аппарат вводится масло. Скорость впрыска масла должна составлять 1 литр в минуту на 1 киловатт мощности аппарата. Шум, производимый масляными компрессорами, обычно находится в диапазоне 60-80 децибел.

Компрессоры могут различаться по мощности — от 3 до 355 киловатт, и по производительности — от 0.От 4 до 54 кубических метров в минуту. Как правило, высокопроизводительное оборудование постоянно устанавливается в мастерских. Тем не менее, существуют и передвижные винтовые компрессоры, которые могут работать на бензине или дизельном топливе.

Распространенные неисправности винтовых компрессоров и их устранение

Длительная эксплуатация любого оборудования приводит к необходимости либо технического обслуживания, либо капитального ремонта. Компрессоры, основным компонентом которых является роторный блок, не являются исключением.

Вы можете самостоятельно отремонтировать винтовые компрессоры в следующих случаях:

• Затруднен запуск агрегата;
• Компрессор не перезапускается;
• На выходе из агрегата отсутствует сжатый воздух;
• Низкая производительность;
• чрезмерный расход масла;
• Непреднамеренное срабатывание предохранительного клапана;
• Агрегат отключен термостатом;
• Агрегат был отключен сетевым выключателем;
• Поломка роторного блока;
• Избыточное давление.

Неправильный запуск агрегата

Трудности с запуском могут возникнуть из-за низкой температуры окружающего воздуха. Компрессор агрегата включается только после того, как помещение, в котором он установлен, достаточно прогреется.

Агрегат не перезапускается

Плохое закрытие всасывающего клапана является основной причиной данной неисправности. Для решения проблемы достаточно прочистить клапан. Если эта процедура окажется неэффективной, следующим шагом будет замена всасывающего клапана.

Отсутствие сжатого воздуха

Если из агрегата не выходит сжатый воздух, это свидетельствует о том, что регулятор находится в закрытом положении. Чтобы устранить эту проблему, необходимо проверить работоспособность реле давления. Этот компонент отвечает за подачу питания на электромагнитный клапан, который подключен к регулятору.

Низкая производительность

Одной из причин снижения производительности оборудования также является закрытый регулятор. В данном конкретном случае проблема вызвана засорением регулятора. Чтобы вернуть работоспособность машины в нормальное состояние, необходимо извлечь всасывающий фильтр, открыть или разобрать регулятор и тщательно его прочистить.

Чрезмерный расход масла или его утечка

Чрезмерный расход масла может быть вызван неисправным фильтром-сепаратором или дефектными уплотнениями в фильтре. В любом случае проблему можно решить заменой этих компонентов.

Следует отметить, что утечка масла может быть вызвана неправильно закрытым регулятором или чрезмерно высоким давлением в системе. Чтобы устранить первую проблему, убедитесь, что электромагнитный клапан и регулятор работают правильно. Что касается последнего, проверьте точность показаний манометра.

Открытие предохранительного клапана

Если засорился фильтр маслоотделителя, это может привести к данной неисправности. Необходимо проверить, нет ли снижения давления между резервуаром маслоотделителя и магистралью сжатого воздуха. Проблема может быть решена заменой фильтра.

Срабатывание термостата

Существует множество причин, по которым может сработать термостат.

1. Одна из возможных причин — высокая температура окружающей среды. Чтобы решить эту проблему, убедитесь, что помещение, в котором находится оборудование, хорошо проветривается, а затем нажмите кнопку "reset" для перезапуска машины.
2. Другой причиной может быть засорение масляного радиатора. В этом случае необходимо использовать растворитель для очистки масляного радиатора.
3. Низкий уровень масла также может привести к срабатыванию термостата. Чтобы устранить эту проблему, необходимо долить необходимое количество масла.
4. Наконец, виновником может быть неисправный термостат. В этом случае термостат следует заменить.

Отключение двигателя автоматическим выключателем

Низкое напряжение в сети может привести к срабатыванию автоматического выключателя. Проверьте напряжение и, если оно находится в пределах нормы, перезагрузите машину, нажав кнопку "Reset" кнопка.

Автоматический выключатель также может сработать из-за перегрева двигателя. Сначала проверьте теплоотдачу электродвигателя. Если нет проблем с механизмом отвода тепла, приступайте к перезапуску оборудования. Если перезапуск не удался, подождите несколько минут и повторите попытку.

Отказ роторного узла

Обратите внимание на описание узла ротора, как упоминалось выше, чтобы понять, что его ремонт возможен только в случае выхода из строя подшипника. Если ротор заклинило, лучше всего поручить ремонт винтовых блоков специалистам сервисного центра.

Повышенное давление

Если давление превышает установленные пределы, первым компонентом, который следует исследовать, должен быть регулятор. Возможно, отсутствует предписание о его закрытии. Убедитесь, что электромагнитный клапан находится в закрытом положении. При необходимости эти компоненты следует заменить на новые.