Виды винтовых компрессоров и их преимущества

Для обслуживания пневматического оборудования или инструментов на производстве, в СТО или домашней мастерской необходимы специальные установки для сжатия воздуха. В этой статье мы рассмотрим, что такое винтовой компрессор: устройство, принцип действия и классификация. Читайте до конца, и вы узнаете, в чем заключаются основные преимущества и недостатки этого агрегата на фоне других моделей.

Принцип действия компрессоров винтовой группы

Рассмотрим, как работает винтовой компрессор: устройство и принцип действия. Главная задача установки состоит в сжатии воздуха. Процесс протекает плавно и непрерывно, поэтому подача рабочей среды в пневматическое оборудование происходит без пульсаций. Это одно из преимуществ винтовых компрессоров, например, перед поршневыми моделями.

Агрегаты имеют несколько модификаций, различающихся по назначению, конструкции и эксплуатационным характеристикам. Но в целом принцип работы носит схожий характер. По сути, воздух проходит стадию фильтрации, попадает в винтовой блок для сжатия, охлаждается и поступает в обслуживаемое оборудование или инструмент. Рассмотрим процесс в деталях.

Газ проходит через всасывающий воздушный клапан, в котором обычно имеются фильтры на месте забора и отвода рабочей среды через входной клапан. Он, за счет пневматического управления, регулирует объем поступающего газа, что позволяет контролировать энергопотребление и производительность устройства. Также деталь предотвращает обратное движение воздуха.

Далее происходит процесс сжатия рабочей среды в винтовом блоке. Здесь главным рабочим «органом» является спиралевидная пара роторов, отличающихся выпуклой и вогнутой формой. Небольшие зазоры между корпусом и винтами позволяют сжимать воздух и увеличивать его давление.

Эти явления сопровождаются повышением плотности газа, а значит, расстояние между молекулами сокращается, и они чаще ударяются друг о друга. Процесс провоцирует нагревание воздуха до +60℃, а в моделях мощностью 250 кВт до +95℃. Такое значение неприемлемо для пневматических устройств, поэтому воздушная масса проходит стадию охлаждения. По мере достижения требуемой температуры она подается на обслуживаемое оборудование и инструмент.

Чтобы отслеживать работу и вносить необходимые коррективы, компрессорные установки комплектуют автоматическими и электронными блоками управления. Также есть термостаты, реле давления, предохранительные клапаны, вентиляторы и прочие элементы. Они позволяют при правильной эксплуатации пользоваться агрегатами 10 лет и дольше без проведения ремонтных работ.

Винтовые масляные компрессоры

Устройство такого агрегата предусматривает использование масла в качестве хладагента.

Но это не единственная задача, которую оно выполняет.

Состав необходим для:

• снижения трения между деталями винтового блока и замедления их износа;
• герметизации пространства, удержания плотного воздуха внутри камеры с роторами, что способствует повышению КПД установки;
• снижению уровня шума работающего компрессора;
• дополнительной фильтрации воздушного потока.

Принцип работы винтового компрессора масляного типа в общих чертах выглядит так:

• Масло в работающем компрессоре присутствует в винтовом блоке и масляном баке.
• Сжатый газ, смешанный с хладагентом, попадает из первой камеры во вторую.
• За счет давления поток огибает гладкие стенки, на которых оседает более тяжелая смазка.
• Таким образом, происходит первичная фильтрация массы.
• За более тщательную очистку отвечает сепаратор.

Элемент тонкой очистки воздуха имеет многослойную структуру и обычно имеет цилиндрическую форму. Он может быть погружным или накручивающимся, расположенным внутри масляного бака или снаружи соответственно. Если оборудование круглосуточно находится в рабочем режиме, то сепаратор нужно менять примерно каждые 5-6 месяцев. При менее интенсивной эксплуатации периодичность может доходить до раза в год.

Масло, поступающее с воздушным потоком, стекает на дно бака. Оттуда оно поступает в масляный фильтр и охладитель. А после очистки – обратно в винтовой блок.

Безмасляные винтовые компрессоры

Эта категория агрегатов подразделяется на два типа. Компрессоры сухого сжатия обрабатывают воздух в двух роторных камерах, расположенных на общей раме, что предотвращает его перегрев. В других моделях в роли хладагента выступает вода.

Принцип действия установок, работающих по принципу сухого сжатия:

• внутри первой роторной камеры нагнетается давление до 3,45-3,5 атм;
• поток проходит через охладительную установку;
• внутри второй камеры создается давление до заданного рабочего значения (например, до 9 атм).

Водозаполненные модели способны в один прием достичь давления 13 атм. При этом температура газа повысится всего на 6-12℃ по сравнению с исходным значением. Такая эффективность обеспечивается использованием воды, так как она обладает большей теплоемкостью и теплопроводностью, чем масло.

При сравнении этих подвидов следует выделить следующее:

• производительность у водозаполненных версий выше за счет единовременной обработки рабочей среды;
• стоимость установок, действующих по принципу сухого сжатия, выше, так как устройство дополнено вторым роторным блоком и охлаждающей установкой;
• тепловая нагрузка на детали у агрегатов водяного сжатия ниже, а значит они дольше служат.

Экологичность оборудования можно рассматривать с двух точек зрения. С одной стороны, водозаполненные модели экологичнее благодаря использованию недорогой чистой воды. С другой – приборы сухого сжатия выдают на выходе более чистый воздух, так как они работают без воды и масла. То есть примеси в отфильтрованном воздухе отсутствуют.

Разновидности и преимущества винтовых компрессоров

Классификация винтового компрессорного оборудования основана на четырех признаках, помимо принципа сжатия воздуха. Это рабочая среда, тип привода, вид потребляемой энергии и рабочее давление. Рассмотрим в общих чертах особенности каждой разновидности оборудования.

По виду рабочей среды:

• воздушные – работают с атмосферным воздухом;
• газовые – сжимают газы и различные смеси газов;
• многофункциональные – могут одновременно обрабатывать несколько сред;
• многоцелевые – способны сжимать воздух и газы, но по очереди.

По типу привода:

• Ременные – на валу мотора установлены ведущий и ведомый шкивы, соединенные гибким ремнем. Они имеют разные габариты, из-за чего установка работает на относительно низких оборотах. Это объясняет небольшую нагрузку на винтовой блок, а значит, он дольше исправно работает.

• Прямые – крутящий момент роторам передается через эластичную муфту. Такое исполнение позволяет улучшить производительность сравнительно тихого и компактного оборудования за счет повышения мощности. КПД у таких моделей близок к 100%, так как, помимо прочего, здесь меньше комплектующих, между которыми возникает трение.
• Редукторные – промежуточным звеном между винтовой парой и двигателем является зубчатый редуктор. Здесь допустим контроль скорости вращения винтов с сохранением оборотов мотора, и нет перепада давления из-за плавного изменения скорости.

По виду потребляемой энергии:

• электрические – обычно стационарные установки работают от сети (чаще при 380 В, но возможно питание и при 220 В);
• автономные – здесь подключен дизельный или бензиновый двигатель внутреннего сгорания, поэтому оборудование можно перемещать.

По значению давления:

• низкого – предельное значение составляет 3,5 бар, что актуально, например, для пищевой и химической отрасли, воздухоочистительных систем;
• среднего – до 15 бар (обслуживание пневматического инструмента промышленного назначения);
• высокого – до 35 бар и выше (заправка баллонов, работа с вентиляцией и фильтрационными станциями, производство мебели, добыча нефти).

Компрессоры бывают, помимо винтовых, поршневыми, шестеренчатыми, спиральными, мембранными и так далее.

Среди основных преимуществ винтовых компрессоров выделяются:

• высокий КПД – минимум потерь энергии на запуск устройства и на компенсацию трения между подвижными деталями;
• экономичный расход ресурсов – это касается масла (всего 2-3 мг/м³ воздуха у моделей с масляным сжатием), электричества и топлива;
• стабильное давление – плавная работа винтового блока обеспечивает постоянный уровень или постепенное снижение/повышение давления;
• удобство управления – цифровой интерфейс на панели управления, оснащение автоматикой, простота введения настроек, возможность их внесения удаленно;
• компактность – это обосновано применением частотного преобразователя, отсутствием ресивера и другими конструктивными особенностями винтовых компрессоров;
• тихая работа и низкая вибрация – внутри корпуса установлен шумовой барьер, в механизмах отсутствуют ударные нагрузки, у инверторных моделей предусмотрена опция регулировки оборотов;
• надежность – минимальное трение между деталями обеспечивает снижение их износа, а значит, длительный срок службы.

Стоит упомянуть и о недостатках:

• высокая закупочная цена – это обосновано точностью расчетов и применением передовых технологий производства;
• чувствительность к климатическим условиям эксплуатации – в жару снижается эффективность установки и есть риск ее перегрева, в мороз могут возникнуть проблемы со смазкой, а влажность провоцирует коррозионные процессы;
• высокая стоимость ремонта – причина в сложности конструкции, что затрудняет выявление и устранение неисправностей.

Еще один недостаток связан с энергопотреблением. С одной стороны, компрессоры винтового типа экономично расходуют ресурс. С другой – модели без привода с регулировкой оборотов при низкой нагрузке начинают потреблять больше энергии. А это приводит к снижению КПД оборудования.

Коротко о главном

Винтовые компрессоры – это установки, предназначенные для сжатия воздуха и его подачи на пневматическое оборудование и инструменты.

Работа устройства заключается в фильтрации, сжатии и охлаждении газообразной среды до необходимых параметров.

Классификация оборудования проводится по составу рабочей среды, типу привода, виду источника питания и предельному значению давления. Также различают установки по принципу действия: масляные и безмасляные (сухого сжатия и водозаполненные модели).

По сравнению с другими видами компрессоров, винтовые расходуют меньше энергии, имеют более высокий КПД и дольше служат. Однако закупка, ремонт и обслуживание устройства обходятся дороже из-за сложной конструкции.