ВИНТОВЫЕ КОМПРЕССОРЫ: ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Винтовой компрессор — это установка для подачи сжатого воздуха или газа потребителю, где сжатие происходит за счет изменения объема камеры сжатия. 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 аппараты (краскопульты, пескоструйные установки) преобразуют энергию сжатого воздуха в кинетическую.
В винтовой компрессорной установке за сжатие отвечает винтовой блок, в котором находятся как правило два винта (ротора). Компрессия происходит за счет движения этих винтов и изменения полости сжатия — таков основной принцип работы винтового компрессора.
Роторы могут вращаться двумя способами:
- Горизонтально (в виде рабочего колеса с лопастями). В данном случае вырабатывается центробежная сила;
- В противоположных направлениях – сила вырабатывается вдоль оси.
Двигаясь, роторы сжимают атмосферную струю и вырабатывают сжатый воздух. В отличие от поршневого компрессора, за счет плавного вращения винтов компрессорного блока у винтовых компрессоров достигается стабильное нагнетание сжатого воздуха.
Конструкционно различают две разновидности винтовых компрессоров: с одинарным винтом или с двойным винтом. Современные модели имеют возможность регулирования степени сжатия воздуха, благодаря, зафиксированным уровням нагнетания.
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ВИНТОВОГО КОМПРЕССОРА
Винтовой компрессор внешне представляет собой агрегат специальной конструкцией, основанной на винтовых роторах. Основные составляющие винтового компрессора включают в себя пару параллельных винтовых роторов, рабочий камеры, корпус компрессора, элементы управления и систему охлаждения.
Узлы винтового компрессора:
- Винтовой блок - важнейший узел, работа которого напрямую влияет на качество сжатия воздуха. Он состоит из одного или двух винтов с роторами. Между винтами (у двухвинтовых) есть зазор, если он пропадет, то устройство быстро выйдет из строя.
- Трубопроводы (масляный, масляно-воздушный и для чистого воздуха) - участвуют в циркуляции смеси из воздуха и масла, отводе и введении масла в рабочий процесс.
- Фильтр для воздуха -очищает поступающий воздух от частичек пыли.
- Всасывающий воздушный клапан - обеспечивает поступление воздуха в компрессор.
- Двигатель (ДВС или электродвигатель) - запускает роторный механизм винтового блока.
- Привод - передает вращательный момент на роторы от двигателя.
- Вентилятор - осуществляет охлаждение двигателя.
- Реле давления - отслеживает уровень давления и поддерживает его.
- Термостат - контролирует температуру масла и значимых частей.
- Концевой воздухоохладитель -понижает температуру идущего к инструменту сжатого воздуха.
- Маслоохладитель - поддерживает температуру масла, чтобы избежать его перегрева.
- Маслоотделитель - отделяет масло от воздуха.
- Масляный фильтр - очищает масло перед подачей к винтам.
- Предохранительный клапан - защищает масляный узел от высокого давления.
- Блок управления - отслеживает работу установки на установленных настройках и сообщает о неисправностях.
Винтовой блок и принцип сжатия воздуха.
Основным рабочим элементом компрессора является винтовой блок, в котором, собственно, и происходит процесс сжатия всасываемого через входной фильтр воздуха.
В корпусе винтового блока расположены два вращающихся ротора – ведущий и ведомый. При их вращении происходит движение воздуха от всасывающей стороны к нагнетающей с одновременным уменьшением объема межроторных полостей, т.е. сжатие.
Зазор между роторами уплотняется находящимся в корпусе винтового блока маслом. Масло также служит для смазывания подшипников и отвода тепла, образующегося при сжатии воздуха.
Существуют безмасляные винтовые компрессоры классического исполнения (без уплотняющей жидкости) и с водяным впрыском в камеру сжатия вместо масла.
Принцип работы винтовых компрессоров состоит в работе в нескольких режимах.
- Запуск двигателя и винтовой группы компрессора.
- В режиме нагрузки происходит всасывание воздуха, его поступление к винтам. Здесь же в воздух поступает масло, движется с ним все время сжатия и покидает его на выходе в магистраль. Когда достигнут заданный уровень давления, устройство переходит в режим холостого хода.
- Двигатель продолжает работать, но впускной клапан при этом закрыт. Это помогает не затрачивать энергию и ресурс на повторный запуск устройства. Если сжатие потребуется снова, то компрессор опять уйдет в нагрузку.
- Если сжатого воздуха больше не требуется, то оборудование можно остановить.
Также у компрессоров с винтами есть режим экстренной остановки для непредвиденных ситуаций.
Функционирование узлов винтового компрессора.
Пара параллельных винтовых роторов являются главными функциональными элементами винтового компрессора. Они выполнены из прочного материала и обладают специальными профилями, которые при вращении взаимодействуют друг с другом. Роторы компрессора устанавливают на втулки или подшипники на расстоянии 0.1-0.4 мм друг от друга. Синхронное вращение винтов обеспечивают шестерни. Элементы двигаются, пропуская газ в полость всасывания и отсекая его от входного отверстия. Роторы обеспечивают создание и сжатие воздуха или газа внутри рабочих камер.
Рабочие камеры представляют собой пространства между винтовыми роторами и корпусом компрессора, где происходит процесс сжатия газа. Они имеют постоянный объем и изменяются в соответствии с вращением роторов. При этом в камеру впрыскивается масло, чтобы смазать роторы и уплотнить между ними зазоры. Смазочный материал одновременно служит охладителем — поглощает тепло, выделенное при сжатии рабочей среды. В сепараторе частицы масла отделяются от воздуха. Масло, поступившее в сепаратор, вновь направляется в роторный блок. Если оно горячее, термостат переводит его в охлаждающий радиатор, а если остывшее — то в фильтр для очистки.
Воздух поступает в рабочие камеры через входное отверстие и сжимается при движении роторов. Затем сжатый воздух покидает рабочие камеры через выходное отверстие.
Корпус компрессора является оболочкой для винтовых роторов и рабочих камер. Он обеспечивает защиту и герметичность компрессора.
Управляющие элементы включают регуляторы давления, клапаны, фильтры и другие устройства, которые позволяют контролировать и регулировать работу винтового компрессора. Они осуществляют контроль давления воздуха и обеспечивают безопасную и эффективную эксплуатацию компрессора.
Система охлаждения играет важную роль в работе винтового компрессора. Она предотвращает перегрев и обеспечивает оптимальную температуру работы. Обычно система охлаждения включает вентиляторы, радиаторы или водяные системы охлаждения, которые эффективно отводят тепло, освобождающееся в процессе сжатия.
Работа термостата винтового компрессора.
В винтовом компрессоре, как и в двигателе автомобиля, существует два круга системы охлаждения – малый и большой.
Сразу после запуска компрессора масло в нем циркулирует по малому кругу, что обеспечивает довольно быстрый рост температуры. Это необходимо, чтобы при сжатии воздуха не происходило выпадение конденсата и смешивание его с маслом, значительно ухудшающее его эксплуатационные свойства.
После достижения определенного значения температуры масла термостат открывается, направляя поток циркуляции по большому кругу – через охлаждаемый вентилятором радиатор.
Как правило, открытие термостата начинается при температуре масла +55°С и полностью завершается при температуре +70°С.
В процессе работы винтового компрессора в масле могут присутствовать механические примеси – продукты износа движущихся частей и частицы пыли, размер которых меньше размера ячейки входного фильтра. Для очистки масла от этих примесей в циркуляционный контур компрессора включается масляный фильтр.
Система охлаждения: воздушный радиатор, масляный радиатор, вентилятор.
Для охлаждения сжимаемого винтовым компрессором воздуха его пропускают через радиатор, который обдувается вентилятором. Температура сжатого воздуха на выходе компрессора, как правило, превышает температуру окружающей среды не более, чем на 20÷30 °С.
Для охлаждения циркулирующего в компрессоре масла служит масляный радиатор. Обычно воздушный и масляный радиаторы объединены в единый блок и обдуваются одним вентилятором (двумя в компрессорах большой мощности).
Обычно вентилятор приводится в действие отдельным электродвигателем.
Двигатель и тип передачи компрессора.
Компрессор может быть автономным с двигателем внутреннего сгорания (дизельный компрессор) или с электрическим двигателем (электрический компрессор), если подключается к электросети. Первый вид удобно использовать на открытых площадках агрегаты мобильны и не привязаны к стационарному источнику питания.
Механизм передачи энергии от двигателя к компрессорному блоку напрямую влияет на надежность и эффективность.
- Ременная передача: передача крутящего момента от двигателя роторному блоку осуществляется через ремень. Дешевле и проще в ремонте, но требует регулярной замены ремня;
- Прямая передача: для соединения рабочих узлов используется муфта, более долговечна, обеспечивает высокий КПД и стабильную работу при интенсивной эксплуатации;
- Редукторная передача: скорость вращения винтов отличается от быстроты движения двигателя за счёт зубчатого редуктора.
В итоге, устройство винтового компрессора представляет собой комплексную систему, являющуюся ключевым элементом в многих отраслях промышленности. Конструкция винтового компрессора обеспечивает его высокую производительность, эффективность и надежность в процессе сжатия воздуха или газа.
Винтовые компрессоры различаются по размерам, мощности и другим характеристикам, чтобы соответствовать различным требованиям и применениям. Они находят широкое применение в промышленных отраслях, автомобильной технике, строительстве и других областях, где требуется надежное сжатие и поставка воздуха или газа.
ПРЕИМУЩЕСТВА ВИНТОВОГО КОМПРЕССОРА
Почему часто в сравнении с поршневыми выбирают винтовой компрессор? Ответ кроится в преимуществах моделей с винтовым компрессорным блоком.
- Долгий ресурс работы, за счет меньшего износа значимых частей.
- Длительный дневной рабочий цикл, до 80% времени в течение рабочей смены без перезапусков и перерывов.
- Высокий КПД 95%. При сложной конструкции устройство не требует пустых затрат энергии.
- Низкий шум и вибрации, не нужны основания для монтажа.
- Автоматизация контроля процессов работы, достаточно выбрать настройки и не отвлекаться на проверку температуры, давления и других показателей.
- Малое содержание масла в сжатом воздухе. В системе присутствует маслоотделитель, что дает высокую очистку воздуха.
Винтовые воздушные компрессоры — не самое экономичное решение для бюджета. Но они способны откачивать огромные объемы за небольшое время, при этом не требуя крупных затрат на обслуживание, ремонт и электроэнергию. Поэтому расходы на покупку техники окупаются ещё до окончания срока эксплуатации.