Принцип работы винтового компрессора

Воздушные винтовые компрессоры: устройство и принцип работы

Воздушные винтовые компрессоры: устройство и принцип работы - фото 1 - изображение 1

Потребность различных отраслей промышленности и строительства в сжатом воздухе постоянно возрастает. Пневматические инструменты (бытовые и промышленные), автоматизированные приёмно-подающие устройства, средства безопасности – неполный перечень оборудования, которое использует для своего функционирования такой энергоноситель. Соответственно растут и требования к компрессорам. Современные компрессоры винтового типа в значительной степени удовлетворяют поставленным требованиям.

Принцип работы - фотография 2 - изображение 2

Винтовой компрессор Boge

Принцип работы

Для выполнения своей главной задачи – подачи воздуха с необходимыми значениями давления и расхода – компрессору винтового типа предстоит выполнить следующие действия:

  • отобрать из окружающей среды необходимое количество исходного воздуха;
  • очистить его от возможных примесей, микрочастиц и пыли;
  • перенаправить очищенный воздух в зону его сжатия;
  • сформировать поток воздуха, набравшего нужные показатели давления;
  • очистить воздух от посторонних включений;
  • стабилизировать физические показатели – температуру, относительную влажность;
  • произвести транспортировку подготовленного энергоносителя по своему дальнейшему применению.

При этом необходимо реализовать следующие задачи и действия: давление и расход должны регулироваться, причём, по возможности, плавно, а удельная энергоёмкость агрегата (соотношение между производительностью и расходом электроэнергии) должна быть минимальной.

Основные узлы и детали - фотография 3 - изображение 3

Схема устройства винтового компрессора

По этим показателям винтовой компрессор превосходит машины поршневого типа. Они имеют компактное устройство, отличаются гарантированно устойчивой непрерывной работой, меньшим уровнем шума и вибраций. Поэтому удельный вес такого оборудования в общей доле машин аналогичного предназначения постоянно возрастает. Приобрести винтовые компрессоры вы можете у наших партнеров: Компания ПрессАэр.

Основные узлы и детали

Современные конструкции рассматриваемого типа оборудования включают в себя:

  1. асинхронный электродвигатель;
  2. систему интеллектуального управления двигателем;
  3. винтовую пару роторов, встречно вращающихся на рабочих валах;
  4. фильтр-очиститель входного воздуха;
  5. масляный контур, конструкция которого включает в себя фильтр, маслоотделитель-сепаратор и термостат;
  6. конечный охладитель сжатого воздуха;
  7. всасывающий вентилятор центробежного типа;
  8. систему управления;
  9. блокировочные и перепускные устройства;
  10. трубопроводы.

Последовательность получения энергоносителя - фотография 4 - изображение 4

Винтовой блок маслозаполненного винтового компрессора в разрезе

С целью сокращения непроизводительных потерь мощности, увеличения компактности и эксплуатационной долговечности за передачу крутящего момента винтовой паре в схеме имеется блок электронного управления вращением ротора двигателя. Поэтому традиционные клиноременные или зубчатые передачи в машинах современного типа отсутствуют.

Достоинства и ограничения - изображение 5 - изображение 5

Винтовой блок безмаслянного винтового компрессора

Применяемые устройства для управления винтовыми компрессорами обеспечивают постоянное изменение числа оборотов двигателя в момент его пуска и установившегося цикла работы машины. Поэтому регулировка технологических характеристик агрегата происходит плавно, при оптимальном расходе электроэнергии. Одновременно увеличивается и эксплуатационный ресурс всех подвижных элементов конструкции.

Последовательность получения энергоносителя

Стадии получения энергоносителя в рассматриваемых установках происходят по следующей схеме. Исходный воздух через впускной клапан засасывается вентилятором в фильтр очистки, после чего направляется в постепенно уменьшающийся спиральный зазор к винтовой паре. Одновременно туда из другого, масляного, контура поступает масло. В рассматриваемой технике оно выполняет следующие функции:

  • смазывает подшипника рабочих валов, вращающихся с большой скоростью;
  • сжимает воздушный поток, который поступает в промежуток между винтовыми роторами;
  • способствует его охлаждению, поскольку при сжатии воздушная среда неизбежно нагревается.

В процессе перемещения механической смеси воздуха и масла в спиральном зазоре площадь последнего постоянно уменьшается. Этому способствует конструкция винтовых роторов, один из которых – ведущий – имеет четырёхвитковый шаг, а второй, ведомый – шестивитковый. Учитывая разницу в плотности масла и воздуха (даже с учётом постепенного сжатия последнего), действие масла является своеобразным дополнительным поршнем, увеличивающим давление в масляно-воздушной смеси. Оно может регулироваться, в зависимости от расхода масла и скорости вращения винтовых роторов.

На выходе из спирального зазора смесь поступает в сепарирующее устройство, где и разделяется, причём масло последовательно поступает в фильтр очистки и термостат для охлаждения, а затем вновь возвращается в исходный контур. Сжатый воздух через систему клапанов проходит в фильтр-осушитель. Там воздух дополнительно очищают и понижают температуру до требуемых значений, после чего энергоноситель уже может транспортироваться по трубопроводам к месту своего применения.

Достоинства и ограничения

При выборе типоразмера машины следует принимать во внимание следующее. Винтовой компрессор работает в режиме непрерывного вращения винтовых роторов. Поэтому, в отличие от поршневых машин, там нет цикла холостого хода, а потому действие происходит без толчков и вибраций. Соответственно, снижаются нагрузки на фундамент. Наличие масляного смазывающего клина существенно снижает шум при работе данных устройств, и одновременно способствует увеличению периода их беспрерывного действия (у современных моделей оно может составлять сутки и более). Достоинством устройства винтовых компрессоров можно также считать улучшенную регулируемость выходных характеристик, а также повышенное качество конечного воздуха.

Принцип работы винтового компрессора современного типа полностью автоматизирован, что допускает его эффективное действие в составе автоматизированной поточной линии.

Винтовой компрессор обладает и рядом недостатков:

  1. Конструкция винтовых роторов весьма сложна, поэтому их ремонт или восстановление на неспециализированных предприятиях невозможен. При этом установить винтовую пару от другого производителя невозможно, поскольку они не унифицируются.
  2. Стоимость винтовых компрессоров, из-за технологической сложности его узлов, значительно превышает стоимость других типов агрегатов аналогичного назначения.
  3. Устройство масляного контура предполагает тщательную отладку на свою синхронную работу с воздушной частью схемы, что потребует высокой квалификации обслуживающего персонала.
  4. При работе на неоптимальных режимах (высокий расход воздуха при одновременно сниженном давлении и наоборот) потребление масла данными агрегатами резко возрастает.

Устройство, особенности и преимущества винтовых компрессоров

Устройство, особенности и преимущества винтовых компрессоров - изображение 6 - изображение 6

Винтовой компрессор: принцип работы, ремонт

Винтовой компрессор: принцип работы, ремонт - изображение 7 - изображение 7

Винтовой компрессор предназначен для понижения давления с помощью вращательных движений роторов. Они относятся к ротационным компрессорным устройствам. Несмотря на то что оборудование появилось в середине 30-х годов, в настоящее время оно является одним из самых популярным. Его главные преимущества – малые габариты, работа в автоматическом режиме, экономичность и т. д.

Достоинства - изображение 8 - изображение 8

При его монтаже не используют специальный фундамент, так как уровень вибрации имеет низкие показатели по сравнению с иными моделями. Воздушно-винтовой компрессор вытеснил аппараты других видов.

Недостатки - фотография 9 - изображение 9

Он способен сжимать воздух до 15 атмосфер. При этом производительность достигает 100 м³/мин.

Достоинства

По сравнению с другими аппаратами, винтовой компрессор имеет ряд преимуществ:

  • Низкий расход масла, который непосредственно влияет на качество подаваемого воздуха. Его в очищенном виде используют для различного пневматического оборудования. Причём установка дополнительных фильтров не требуется.
  • Низкий уровень шума и вибрации. Как говорилось ранее, благодаря небольшим размерам монтаж выполняется без специального шумопоглощающего фундамента. Такая особенность помогает оснащать воздухом различные переносные устройства.
  • Винтовой компрессор оснащён воздушным охлаждением. Оно помогает не только охлаждать разные элементы, но и за счёт вторично выработанного тепла отапливать помещения.
  • Способность автоматического функционирования, простота монтажа и эксплуатации. Оборудование управляется с помощью специальных автоматических систем.

Недостатки

Среди отрицательных сторон можно выделить высокую стоимость и сложность конструкции. Кроме того, аппарат требует дополнительного оснащения при отводе горячего воздуха, которое необходимо для отопления помещения. Запрещено использовать винтовые компрессоры в среде с агрессивными газами.

Устройство винтового компрессора

Самое простое оборудование имеет такие элементы:

  1. Фильтр, что служит для очистки воздуха, который поступает в рабочий элемент. Как правило, он состоит из двух частей. Первая устанавливается на корпусе, вторая — перед клапаном.
  2. Всасывающий клапан. При остановке компрессора он служит для того, чтобы масло и воздух не удалялись из агрегата. Он управляется с помощью пневматики. По внешнему виду ничем не отличается от обычного пружинного клапана.
  3. Основная часть — винтовой блок. Здесь располагается два соединённых ротора, изготовленных из высококачественной стали. Стоимость такого элемента довольно велика. В её конструкции предусмотрен термозащитный контроллер, который служит для остановки работы двигателя при достижении температуры 105º градусов.
  4. Привод. Он состоит из двух шкивов, установленных в двигателе и роторе, служит для увеличения или уменьшения скорости вращения. Чем она выше, тем больше воздуха будет сжиматься. Однако рабочее давление при этом снижается.
  5. Скорость оборотов ротора зависит от шкивов.
  6. Мотор. Вращательные движения осуществляются за счёт ременной передачи. В его комплектацию входит термозащитный датчик, отключающий двигатель при достижении высоких температур. Кроме того, он предотвращает возникновение различных аварийных ситуаций.
  7. Масляный фильтр. Очищает масло для винтовых компрессоров перед тем, как оно поступает в двигатель.
  8. Маслоотделитель. Служит для отделения воздуха от масла за счёт центробежной силы.
  9. Маслоотделительный фильтр. Очищает смазку после отделения от воздуха.
  10. Предохранительный клапан. Срабатывает, когда давление в маслоотделителе превышает допустимые нормы.
  11. Термостат. Регулирует температуру масляного состава.
  12. Маслоохладитель. После отделения от воздуха, масло поступает в специальную ёмкость, где происходит его охлаждение.
  13. Воздухоохладитель. Чтобы подать воздух в помещении, снижают его температуру до 20º градусов.
  14. Для нагнетания вышесказанной составляющей служит вентилятор.
  15. Реле. Обеспечивает автоматическую работу агрегата, исполняет функцию электронной системы управления.
  16. Для контроля давления внутри агрегата устанавливается манометр.
  17. Клапан минимального давления. Он находится в закрытом положении до тех пор, пока давление не превысит отметку в 4 бара.

Винтовой компрессор помещён в корпус. Он изготавливается из высококачественной стали.

Устройство винтового компрессора - фотография 10 - изображение 10

Его поверхность обрабатывается специальным веществом, которое не подвергается воздействиям масла и других веществ.

Винтовой компрессор: принцип работы

Воздух из атмосферы попадает через клапан в роторный механизм, перед этим очищаясь в фильтре. Далее происходит смешивание с маслом. Затем оно поступает в специальную ёмкость для сжатия, при этом выполняет следующие цели:

  • устраняет зазоры между винтами и корпусом, благодаря чему появление протечек сводится к минимуму;
  • делает так, чтобы оба ротора не касались друг друга;
  • отводит тепло, которое вырабатывается в процессе сжатия.

Сжатая смесь поступает в маслоотделитель, где происходит разделение на составляющие.

Винтовой компрессор: принцип работы - изображение 11 - изображение 11

Отделившееся масло очищается в фильтре и обратно поступает в блок, при необходимости его охлаждают. Воздух также поступает в воздухоохладитель, а затем подаётся из компрессора.

Какие режимы работы существуют?

Винтовой компрессор, принцип работы которого описан в предыдущем пункте, может функционировать в таких режимах:

  • Start. При этом режиме винтовой компрессор запускается и включается в электросеть по схеме «звезда». Через несколько секунд он переходит на схему «треугольник».
  • Рабочий режим. Давление в компрессоре начинает возрастать. При достижении определённой отметки включается холостой ход агрегата.
  • Холостой ход. При этом режиме осуществляется вращение ротора, во время которого происходит перемещение газовой среды, необходимой для охлаждения воздуха. Он позволяет перевести компрессор в режим ожидания перед выключением агрегата.
  • Режим ожидания. Винтовой компрессор будет исполнять эту функцию до тех пор, пока показатель давления не опустится до минимального значения.
  • Stop. При включении этого режима компрессорное оборудование переходит на холостой ход, а затем полностью выключается.
  • Alarm-stop. Он используется в том случае, когда необходимо экстренно вывести из строя воздушно винтовой компрессор.

Ремонт устройства

При хорошем обслуживании элемент может функционировать более 50 тыс. часов. Как и любое устройство, со временем необходимо осуществлять ремонт винтовых компрессоров. Это оборудование содержит сложные механизмы и различные комплектации.

Какие режимы работы существуют? - фотография 12 - изображение 12

Довольно часто в таком аппарате выходит из строя электроника. Компрессорные установки имеют сложные электронные системы, которые могут перегорать. Поэтому необходимо произвести его ремонт, а в более сложных случаях – замену. Выполнить это могут высококвалифицированные специалисты. Стоимость блока управления довольно велика. Если в ней есть осушитель, ремонт винтовых компрессоров будет ещё более затратным, так как оборудование является сложным механизмом.

Стоимость

Как говорилось ранее, винтовые компрессоры представлены на рынке в очень широком ассортименте.

Ремонт устройства - фотография 13 - изображение 13

Стоимость зависит от мощности оборудования, а также технических характеристик. Его ценовой диапазон колеблется от 250 до 700 тыс. рублей.

Отзывы

Многие пользователи винтовых компрессоров отмечают высокую производительность оборудования.

Стоимость - фотография 14 - изображение 14

Так как оно имеет малые габариты, его можно использовать на разных строительных площадках, при этом не затрачивая много сил во время транспортировки. Среди недостатков выделяют высокую стоимость и сложность конструкции.

Винтовой компрессор: принцип работы, ремонт

Отзывы - фотография 15 - изображение 15

Винтовой компрессор относится к классу ротационных компрессорных устройств и предназначен для понижения давления с помощью вращательных движений роторов. Оборудование получило широкое применение еще в середине 30-х годов прошлого века, но сохраняет свою актуальность и в настоящее время за счет малогабаритности, экономичности и автоматической работы.

Содержание статьи

  • Принцип работы винтового компрессора
  • Устройство винтового компрессора
  • Преимущества и недостатки винтового компрессора
  • Режимы работы винтового компрессора
  • Ремонт винтового компрессора

Принцип работы компрессоров винтового типа основан на вращении двух роторов, которые и называют винтами. Воздушно-винтовой компрессор вытеснил аппараты других видов. При его монтаже не требуется специальный фундамент, поскольку уровень вибрации имеет низкие показатели по сравнению с другими моделями.

Винтовой компрессор способен сжимать воздух до 15 атмосфер, выдавая производительность до 100 м³/мин. За счет малых габаритов его можно использовать на разных строительных площадках, не затрачивая много сил при транспортировке.

Винтовой компрессор: принцип работы, ремонт - изображение 16 - изображение 16

Принцип работы винтового компрессора

При работе винтового компрессора происходит забор воздуха из атмосферы через клапан в роторный механизм, перед этим воздух проходит очистку в фильтре. Далее он смешивается с маслом и затем поступает в специальную емкость для сжатия. Одновременно воздушно-масляная смесь выполняет следующие действия:

  • препятствует соприкосновению роторов друг с другом;
  • устраняет зазоры между корпусом и винтами, благодаря чему сводится к минимуму появление протечек;
  • отводит тепло, которое вырабатывается в процессе сжатия.

Сжатая смесь поступает в маслоотделитель, где и происходит ее разделение на составляющие. Отделившееся масло очищается в фильтре и поступает обратно в блок, при необходимости его дополнительно охлаждают. Воздух также проходит через воздухоохладитель, а затем выводится из компрессора.

Устройство винтового компрессора

Самое простое оборудование винтового компрессора имеет следующие элементы. Прежде всего, основная часть — винтовой блок. В нем располагается два соединенных ротора, выполненных из высококачественной стали. В конструкции такого элемента предусмотрен термозащитный контроллер, необходимый для остановки работы двигателя при достижении им температуры 105оС.

Привод устройства состоит из двух шкивов, установленных в роторе и двигателе. Он служит для уменьшения или увеличения скорости вращения. Чем выше скорость, тем больше воздуха будет сжиматься. Но рабочее давление при этом снижается. Скорость оборотов ротора зависит от шкивов.

Мотор. Вращательные движения обеспечиваются за счет ременной передачи. В комплектацию мотора входит термозащитный датчик, отключающий двигатель при достижении высоких температур, а также предотвращающий возникновение аварийных ситуаций.

Фильтр служит для очистки воздуха, поступающего в рабочий элемент. Обычно фильтр состоит из двух частей. Первая устанавливается на корпусе, вторая монтируется перед клапаном.

Всасывающий клапан. При остановке компрессора необходим для того, чтобы масло и воздух не удалялись из устройства. Клапан управляется с помощью пневматики, но по внешнему виду не отличается от обычного пружинного клапана.

Масляный фильтр. Очищает масло для винтовых компрессоров перед его поступлением в двигатель. Маслоотделитель необходим для отделения воздуха от масла за счет центробежной силы. Маслоохладитель. После отделения от воздуха охлаждает масло в специальной емкости.

Маслоотделительный фильтр очищает смазку после разделения ее с воздухом. Предохранительный клапан срабатывает, когда давление в маслоотделителе превышает допустимые нормы.

Содержание статьи - фотография 17 - изображение 17

Термостат регулирует температуру масляной смеси. Воздухоохладитель охлаждает возвращаемый в помещение воздух до температуры в 20оС. Для выгонки воздуха служит вентилятор. Для контроля давления внутри агрегата устанавливается специальный манометр.

Реле обеспечивает автоматическую работу агрегата, выполняет функцию электронной системы управления. Клапан минимального давления находится в закрытом положении, пока давление не превысит отметку в 4 Бара.

Винтовой компрессор встроен в корпус и изготавливается из высококачественной стали. Его поверхность обрабатывается специальным веществом, которое не подвергается воздействиям масла и других веществ.

Преимущества и недостатки винтового компрессора

По сравнению с другими компрессионными аппаратами, винтовой агрегат имеет ряд преимуществ:

  1. Низкий уровень шума и вибрации. Благодаря небольшим размерам установка прибора выполняется без специального шумопоглощающего фундамента. Такая особенность помогает оснащать воздухом самые разные переносные устройства.
  2. Низкий расход масла, непосредственно влияющий на качество подаваемого воздуха. В очищенном виде его используют для работы всевозможного пневматического оборудования. Причем установка дополнительных фильтров здесь не требуется.
  3. Винтовой компрессор оснащен воздушным охлаждением. Благодаря этому можно не только охлаждать разные элементы, но и за счет вторично выработанного тепла отапливать помещения.
  4. Способность винтового компрессора к автоматическому функционированию, простота эксплуатации и установки. Оборудование управляется с помощью специальных автоматических систем.

Среди отрицательных сторон винтового компрессора обычно выделяют высокую стоимость прибора и сложность его конструкции. Помимо этого, аппарат требует дополнительного оснащения при отводе горячего воздуха, которое необходимо для отопления помещения. Отдельно отмечается, что винтовые компрессоры запрещается использовать в среде с агрессивными газами, это в ряде случаев создает определенные неудобства.

Режимы работы винтового компрессора

Винтовой компрессор может функционировать в следующих режимах работы:

  • Start. При начале этого режима винтовой компрессор запускается и включается в электросеть по схеме «звезда». Спустя несколько секунд прибор переходит на рабочую схему «треугольник».
  • Рабочий режим. В компрессоре начинает повышаться давление. При достижении определенной черты запускается холостой ход агрегата.
  • Холостой ход. В этом режиме происходит вращение ротора, при котором выполняется перемещение необходимой для охлаждения воздуха газовой среды. Холостой ход обеспечивает перевод компрессора в режим ожидания перед выключением агрегата.
  • Режим ожидания. Винтовой компрессор будет находиться в этом режиме до тех пор, пока показатель давления не опустится до своего минимального значения.
  • Stop. При запуске этого режима компрессорное оборудование сначала перестраивается на холостой ход, а затем полностью выключается.
  • Alarm-stop. Этот режим используется в крайнем случае, когда необходимо экстренно завершить работу воздушно-винтового компрессора.

Ремонт винтового компрессора

При должном обслуживании все элементы винтового компрессора могут исправно функционировать и работать более 50 тыс. часов. Но со временем возникает необходимость в ремонте даже самых лучших винтовых компрессоров. Это оборудование содержит сложные механизмы и может быть реализовано в различных комплектациях.

Наиболее часто в таком аппарате выходит из строя электроника. Компрессорные приборы оснащаются сложными электронными системами, в которых могут перегорать различные детали. Чаще всего проводится замена всей электронной начинки компрессора, но в несложных случаях иногда возможен ремонт.

Стоимость блока управления компрессором достаточно велика. Особенно если в ней присутствует осушитель. Поэтому замена целой системы выходит дорого, в этом случае желательно провести ремонт винтовых компрессоров. Так как оборудование является сложным механизмом, выполнить его могут высококвалифицированные специалисты.

Винтовые компрессоры в холодильной технике

Принцип работы винтового компрессора - фото 18 - изображение 18

Устройство винтового компрессора - фотография 19 - изображение 19

engineering_ru

2014-11-12 02:12:00

Оригинал взят у

Преимущества и недостатки винтового компрессора - изображение 20 - изображение 20

holodilshik в Винтовые компрессоры в холодильной технике   Добрый день, Уважаемый читатель.

   В прошлый раз я выкладывал статью о внутреннем устройстве небольшого ледового катка.   Было задано много вопросов касательно компрессора, примененного на данном объекте - его типе и принципе действия.    Поэтому в продолжении той темы я решил подготовить небольшую зарисовку про компрессоры, примененные на этом объекте. Тем более на данный момент - это относительно малоизвестная для не специалистов технология. Речь далее пойдет о винтовых компрессорах, а точнее о винтовых компрессорах в холодильной технике.Также данный тип компрессоров получил широкое распространение в системах сжатого воздуха.   Винтовые компрессоры современной контрукции появились относительно недавно - примерно в середине 20-го века.   С точки зрения классификации винтовые компрессоры относятся к классу компрессоров объемного принципа действия, и далее к группе ротационных компрессоров с двумя или более осями.

Винтовые компрессоры, как правило, содержат два ротора с сопрягающимися профилями, изготовленных в форме спиралей.Роторы вращаются внутри статора. Вращение этих подвижных узлов перемещает хладагент в газовой фазе со стороны всасывания к стороне нагнетания, при этом впадины охватывающего ротора выполняют роль цилиндра, объем которого по мере постепенного приближения к выходу сокращается, а зубья охватываемого ротора обеспечивают сжатие потока.  По мере того как сжатый хладагент нагнетается в контур, с верхней стороны винта вновь происходит всасывание, что обеспечивает непрерывность потока.   Набольшее распространение получили двухроторные винтовые компрессоры - здесь в основном рассматриваются именно эти компрессоры. Однороторные компрессоры не получили применения.Компания Carrier, пожалуй, единственные из известных мне производителей, кто серийно изготовляет трех роторные винтовые компрессоры.   В холодильной технике преимущественно применяются маслозаполненные винтовые компрессоры. Масло явлется уплотнителем для зазоров межу винтами, а также служит для отвда тепла от нагретых деталей,  для смазки трещихся деталей и прочее.   В системах сжатого воздуха получили распространение как масляные, так и безмасляные компрессоры.

   В системах сжатого воздуха принцип абсолютно такой же.Винтовые компрессоры очень хороши для достижения высокого перепада давления и высокой степени сжатия.

   Рисунок 1  - Винтовая пара (слева - ведущий, справа - ведомый ротор, красный - нагнетательный порт)

Режимы работы винтового компрессора - изображение 21 - изображение 21

   Особенностью винтовых компрессоров является наличие золотника для регулирования производительности, которая регулируется, как правило ступенчато: 25-50-75-100%.

   В холодильной технике винтовые компрессоры получили широкое распространение в крупных системах кондиционирования (водоохлаждающие установки - чиллеры), в низкотемпературных системах относительно больших мощностей. Также данные компрессоры нашли широкое применение в транспортных системах.

   В мире насчитывается не так много производителей винтовых компрессоров для холодильной техники и систем кондиционирования - это Carrier, Gea Grasso, Bitzer - это наиболее известные бренды на российском рынке.

   Рисунок 2 - Открытый винтовой компрессор GEA Grasso - очень хорошо видна винтовая пара. Подразумевается установка внешнего привода (электродвигателя)

Ремонт винтового компрессора - фотография 22 - изображение 22

   Применение винтовых компрессоров в холодильных системах обеспечивает более высокой производительностью данных компрессоров относительно более распространенных поршневых компрессоров и соответственно более низкой стоимостью.   Применение винтовых компрессоров наиболее рационально в областях средних и больших производительностей. Хотя в последнее время наблюдается активное применение винтовых компрессоров в транспортных системах, хотя они на данный момент являются более дорогими. Также применение винтовых компрессоров крайне оправданно для достижения низких температур, которые могут быть достигнуты только в двухступечатом цикле сжатия поршневыми компрессорами.

   Рисунок 3 - Один из самых распространенных винтовых холодильных компрессоров на Российском рынке - полугерметичных винтовой компрессор Bitzer серии HS. Видно, что винтовая пара и статор расположены в одном корпусе.

Винтовые компрессоры в холодильной технике - фото 23 - изображение 23

Анимационный вид винтового холодильного полугерметичного компрессора Bitzer - именно такие компрессораы получили распространения на ледовых катках:

   В настоящее время винтовые компрессоры находят все более широкое применение в холодильной технике.

При написании данного поста использовался "Учебник по холодильной технике"  Польманн А.С.

Метки: холод

Конструкция и эксплуатация винтового компрессора

Конструкция и эксплуатация винтового компрессора - фото 24 - изображение 24

Лекция 10.

Принцип действия винтового компрессора.Винтовые компрес­соры, как и поршневые, относятся к классу компрессоров объемно­го принципа действия. Повышение давления газа (пара) в них достигается за счет уменьшения замкнутого объема, образуемого впадинами винтов и стенками корпуса.

В зависимости от фазового состояния, соотношения фаз и состава рабочего вещества винтовые компрессоры делятся на следую­щие типа:

1) винтовые маслозаполненные компрессоры (ВМК);

2) винтовые компрессоры сухого сжатия (ВКС), в которых ос­новные детали могут охлаждаться паром или жидкостью;

3) винтовые компрессоры мокрого сжатия, работающие с впрыс­ком в рабочие полости сравнительно небольшого количества жид­кости, главным образом с целью снижения температуры сжимае­мого газа.

В настоящее время винтовые компрессоры используются в ос­новном в холодильных машинах. Преимущественное применение в холодильной технике нашли винтовые маслозаполненные ком­прессоры. Масло впрыскивается в рабочие полости ВМК, где оно обеспечивает уплотнение зазоров между рабочими органами ком­прессора, отвод теплоты сжатия газа от нагретых деталей, смазы­вание компрессора и снижение уровня шума.

По числу основных деталей (роторов) винтовые компрессоры могут быть одно-, двух- и многороторными. Последние не получи­ли широкого распространения. Некоторое применение нашли однороторные компрессоры. Наиболее распространены двухроторные винтовые компрессоры. На рис. 10.1 показана конструктивная схема двухроторного холодильного маслозаполненного компрессора.

Компрессор состоит из корпуса2, имеющего вертикальный разъем, передней крышки 1 с камерой всасывания и задней крышки 3. В цилиндрических расточках корпуса помещаются ведущий (ВЩ) 5 и ведомый (ВМ) 4 роторы, вращающиеся в опорных подшипниках 6. На средней утолщенной части ротора нарезаны зубья ВЩ и ВМ винтов, входящих во взаимное зацепление, подобно зубчатым ко­лесам. Осевые силы, действующие на роторы, воспринимаются упор­ными подшипниками 7. Часть осевой силы снимается разгрузоч ными поршнями 8. В нижней части корпуса в области сжатии пара (в цилиндрической расточке) помещен золотник 9, предназначенный для регулирования подачи компрессора. Наличие золотника является характерной особенностью винтовых компрессоров, по­зволяющей регулировать подачу в широких пределах.

Винтовые компрессоры - фото 25 - изображение 25

Принцип работы винтового компрессора - фотография 26 - изображение 26

Рис. 10.1. Двухроторный холодильный винтовой компрессор (ВМК)

Корпус компрессора имеет окно всасывания и окно нагнетания, расположенные приблизительно по диагонали, если смотреть сбоку на цилиндрические расточки для винтов. Винты представляют со­бой косозубые крупномодульные цилиндрические шестерни постоянного осевого шага с зубьями специального профиля (рис. 10.2). Зубья парных винтов при взаимной обкатке образуют теоретичес­ки беззазорное соединение. В полости (впадине) между зубьями ил камеры через окно всасывания поступает газ. Окно всасывания занимает только часть (хотя и большую) торцевой площади, ометаемой зубьями винта (рис. 10.3).

Безмасляные винтовые компрессоры - фотография 27 - изображение 27

Рис. 10.2.Профили роторов:

1 — ведомого; 2 — ведущего

Маслозаполненные винтовые компрессоры - изображение 28 - изображение 28

Рис. 10.3.Окно всасывания (заштриховано)

Винтовые компрессоры современной конструкции появились сравнительно недавно. В 1949 г. в нашей стране были созданы методики расчета винтовых компрессоров и инструмента для изготовления винтов, а в 1952 г. были изготовлены первые образцы воздушных и газовых машин, которые работали с впрыском в ра­бочее пространство воды.

В конце 50-х и начале 60-х годов XX в. появились винтовые компрессоры, работающие с впрыском масла, получившие название маслозаполненных. Их конструкции по сравнению с компрессорами сухого сжатия и машинами, работающими с впрыском капельной жидкости, не обладающей смазывающими свойствами, несколько упростились. Оказались излишними шестерни связи, так как при наличии смазывания допускается взаимное касание винтов ком­прессора, что обеспечивает их кинематическую связь. Упростились узлы уплотнений и подшипников.

Принцип работы двухроторного винтового компрессора (как су­хого, так и маслозаполненного) состоит в следующем.

При подходе и соединении очередных полостей ВЩ и ВМ вин­тов с окном всасывания начинается процесс всасывания газа (рис. 10.4). К этому моменту лишь часть объема полостей освобо­дилась от зубьев. По мере вращения винтов освобождающийся объем полостей увеличивается, процесс всасывания продолжается. После отсоединения полостей винтов от полости всасывания на­ступает процесс переноса.

Принцип работы винтового компрессора - фото 29 - изображение 29

Рис. 10.4.Схема работы винтового компрессора:

1 — нагнетательная полость; 2 — условно выпрямленный желоб (винтовая впадина)

одного ротора; 3 — зуб второго ротора, входящий во впадину первого ротора;

4 — всасывающая полость

При дальнейшем вращении полости ВЩ и ВМ винтов посте­пенно заполняются зубьями парного винта. Объемы полостей, за­полненные газом, поступенно уменьшаются, поскольку после окон­чания процессов всасывания и переноса полости еще не подошли к окну нагнетания, находящемуся с противоположного торца винтов, и не соединились с ним. Газ, перемещаясь вдоль полостей винтов в сторону торца и камеры нагнетания, одновременно сжимается и его давление повышается.

Окно нагнетания, расположенное в основном с торца и частич­но сбоку винтов в корпусе компрессора, имеет такие размеры, кото­рые обеспечивают, с одной стороны, получение заданного внутрен­него давления сжатия газа в полостях винтов, с другой — прием­лемую скорость движения газа через окно нагнетания. В момент соединения полостей с окном нагнетания заканчивается процесс внутреннего сжатия в компрессоре и начинается процесс нагнета­ния (выталкивания) рабочего вещества. Следует иметь в виду, что ни одна парная полость, образованная ВЩ и ВМ винтами, не мо­жет быть соединенной одновременно с камерами всасывания и на­гнетания.

Теоретический цикл работы. Теоретический цикл работы вин­тового компрессора состоит из изобарных процессов всасывания и нагнетания и изоэнтропного процесса сжатия (пренебрегая тепло­массообменом между рабочим веществом и внешней средой). Воз­можные теоретические циклы работы компрессора показаны на рис. 10.5. В отличие от поршневого в винтовом компрессоре от­сутствует определенное, конструктивно оформленное мертвое про­странство, поэтому процесс всасывания на диаграммах условно изоб­ражается, начиная от оси ординат, а процесс нагнетания на той же оси и заканчивается.

Принцип работы винтового компрессора - фотография 30 - изображение 30

Рис. 10.5.Теоретические циклы винтового компрессора для различных ре­жимов работы

Из-за отсутствия самодействующих клапанов на нагнетании давление внутреннего сжатия ра может не совпадать с давлением рн, что находит отражение в характере течения процессов нагнета­ния (рис. 10.5, б, в). Если ра<pн, то дожатие газа происходит в момент соединения парной полости с камерой нагнетания. Это случай так называемого внегеометрического сжатия (рис. 10.5, б). Если ра > рн, то в момент соединения полости с камерой газ расширится, а работа, затраченная на его «пережатие», превращается в теплоту. Это самый невыгодный режим работы компрессора. Заштрихован­ные участки диаграмм соответствуют потерям энергии (рис. 10.5, в).

Наиболее экономичным является режим, при котором давле­ния ра = рн, т. е. совпадают. Этот режим называется основным (рис. 10.5, а).

Параметры винтовых компрессоров.Теоретическая объемная подача винтового компрессора определяется конструктивными и кинематическими параметрами компрессора:

Принцип работы винтового компрессора - фото 31 - изображение 31

где Кп — коэффициент использования объема парной полости

(Кп = Wn/ W0); W0 - полный объем парной полости, определяемый по формуле

Принцип работы винтового компрессора - фотография 32 - изображение 32

lв — длина винта; f1п, f2п — площади впадин между зубьями в торцевой полости соответственно ВЩ и ВМ винтов; Wп — объем парной полости в момент начала сжатия газа в ней, т. е. в момент начала уменьшения ее объема; ni — частота вращения винта (i = 1,2); zi — число зубьев винта (известно, что z1n1 = z2n2). Формула для Qт может быть представлена так:

Принцип работы винтового компрессора - фото 33 - изображение 33

где u1 - окружная скорость на внешней окружности ведущего винта; D1 — диаметр внешней окружности того же винта.

Действительная подача винтового компрессора

Принцип работы винтового компрессора - фотография 34 - изображение 34

где λ — коэффициент подачи.

Экспериментально найденное значение коэффициента подачи учитывает влияние различных факторов на подачу. Основными из них являются:

· утечки рабочего вещества через щели в полости всасывания;

· гидравлические сопротивления тракта всасывания;

· подогрев рабочего вещества на всасывании;

· термодинамические свойства рабочего вещества;

· центробежные силы, действующие на рабочее вещество.

В винтовом компрессоре различают геометрическую степень сжатия εг, а также внутреннюю πа и внешнюю πн степени повыше­ния давления.

Внешняя степень повышения давления в ступени компрессора равна отношению давления в камере нагне­тания рн к давлению в камере всасывания рв, т. е. πн =рн/рв. При неизменных внешних условиях и установившемся режиме работы машины внешняя степень повышения давления не меняется при изменении частоты вращения роторов.

Внутренняя степень повышения давле­ния равна отношению давления в парной полости в момент соединения ее с окном нагнетания к давлению всасывания рв, т. е. πа =ра/рв

Предполагая процесс сжатия в первом приближении политропным, происходящим при постоянном количестве рабочего веще­ства, отношение давлений можно выразить через соотношение со­ответствующих объемов:

Принцип работы винтового компрессора - фотография 35 - изображение 35

где W3 — заполненный объем парной области зубьев винтов от начала их геометрического внедрения в полости до начала соеди­нения полости с окном нагнетания. Разность объемов W0 - W3 составляет объем полости в момент соединения ее с окном нагне­тания.

Геометрической степенью сжатия называется отношение объе­мов. Эта степень определяется выражением

εг = Wn /(W0 - W3).

Это отношение является функцией только геометрических па­раметров винтов: окон всасывания и нагнетания, т. е. величин, заложенных в конструкцию компрессора.

Степень сжатия отечественных ВМК лежит в пределах 2,6...5,0.

Для винтового компрессора сухого сжатия индикаторная мощ­ность

Принцип работы винтового компрессора - изображение 36 - изображение 36

где Кр - коэффициент, учитывающий влияние отклонения поли­тропы действительного процесса сжатия от условной политропы, а также влияние объемных потерь; р'н — давление в парной полости (р'н = рн + ∆рн), где ∆рн - потери в нагнетательном тракте). Эффективная мощность, подводимая к компрессору,

Принцип работы винтового компрессора - фото 37 - изображение 37

Мощность РТР зависит от механического трения и других видов сопротивлений, вызывающих потери. Потери на трения учитыва­ются с помощью механического КПД

Принцип работы винтового компрессора - фото 38 - изображение 38

Энергетическое совершенство компрессора характеризуется эф­фективным КПД, равным отношению адиабатной мощности Ра (принимаемой за «эталонную») к мощности Ре, подведенной к ком­прессору:

Принцип работы винтового компрессора - изображение 39 - изображение 39

Индикаторный КПД компрессора

Принцип работы винтового компрессора - фото 40 - изображение 40

Тогда

Принцип работы винтового компрессора - фотография 41 - изображение 41

Характер зависимости механического КПД винтовых компрес­соров от внешней степени повышения давления πн показан на рис. 10.6.

Принцип работы винтового компрессора - изображение 42 - изображение 42

Рис. 10.6.Зависимость механическо­го КПД от внешней степени повыше­ния давления для винтовых компрес­соров:

1 — сухие компрессоры; 2 — маслозаполненные

Характеристики ВКС изображены на рис. 10.7.

Принцип работы винтового компрессора - фото 43 - изображение 43

Рис. 10.7.Характеристики сухого винтового компрессора:

неохлаждаемый корпус;---------ох­лаждаемый корпус

Мощность двигателя, приво­дящего компрессор, должна учи­тывать потери в промежуточной передаче, а также сверх этого иметь некоторый запас в 5-10 % (К = 1,05-1,10) для компенса­ции возможных отклонений рас­четных величин от истинных:

Принцип работы винтового компрессора - изображение 44 - изображение 44

Мощность винтовых маслозаполненных компрессоров (ВМК) затрачивается на сжатие и перемещение рабочего вещества Ри, на преодоление трения роторов о паромасляную смесь Ргм, на транс­портирование масла на сторону нагнетания Рм, на трение в под­шипниках, торцевом уплотнении, уравновешивающих поршнях Ртр.

Таким образом, уравнение для определения эффективной мощ­ности ВМК можно записать в следующем виде:

Принцип работы винтового компрессора - фото 45 - изображение 45

Внутренняя мощность

Принцип работы винтового компрессора - фотография 46 - изображение 46

Расчетная индикаторная мощность Ри определяется по уравне­нию

Принцип работы винтового компрессора - фото 47 - изображение 47

где Qм — расход масляного раствора, занимающего часть объема парных полостей на стороне всасывания; рi — среднее индикатор­ное давление действительного ВМК, определяемое по индикатор­ной диаграмме.

Энергетическая эффективность ВМК определяется следующими

КПД:

внутренним адиабатным

Принцип работы винтового компрессора - фото 48 - изображение 48

механическим

Принцип работы винтового компрессора - фото 49 - изображение 49

эффективным

Принцип работы винтового компрессора - фотография 50 - изображение 50

Характер зависимостей коэффици­ента подачи ВМК λ, эффективного КПД λе от πн показан на рис. 10.8 и 10.9.

Принцип работы винтового компрессора - фотография 51 - изображение 51

Рис. 10.8.Зависимость λ вин­тового маслозаполненного ком­прессора от πн

для различных масел: 1 — ХС-40; 2— ХС-50

Принцип работы винтового компрессора - фотография 52 - изображение 52

Рис. 10.9.Зависимость ηе маслозаполненного компрессора от

πн для различных масел:

1 — ХС-40; 2 — ХС-50

Регулирование подачи винтового компрессора.Подача ВК может регу­лироваться путем изменения часто­ты вращения. Этот способ достаточ­но эффективен, однако он существен­но усложняет систему управления при­водным электродвигателем.

Важным достоинством винтовых маслозаполненных компрессоров яв­ляется возможность регулирования их подачи в широком диапазоне: от пол­ной до примерно пятнадцатипроцентной благодаря наличию золотника 9 (рис. 10.1). Перемещаясь вдоль оси в сторону торца нагнетания, золотник открывает доступ пару из рабочих полостей в камеру всасывания, тем самым факти­чески сокращает рабочую длину винтов и, следовательно, подачу компрессора. При пуске компрессора необходимо до минимума уменьшить потребляемую им мощность. С этой целью золотник перемещают в крайнее положение, в сторону полости нагнетания, тем самым обеспечивая минимальную подачу компрессора и соответственно минимальную пусковую мощность.

Применение регулирующего золотника позволяет осуществить один из наиболее экономичных способов регулирования подачи, обеспечивающего в конечном итоге значительную экономию энер­гии.

Винтовые компрессоры

Принцип работы винтового компрессора - изображение 53 - изображение 53

Винтовым называют роторный компрессор, в котором сжатие газа происходит в рабочей камере, образованной корпусом и винтообразными роторами.

Винтовые компрессоры по многим параметрам превосходят поршневые машины, они обладают меньшей пульсацией, меньшим уровнем шума, и малой склонностью к помпажу. В винтовых компрессорах, отсутствуют обратные клапаны, это позволяет винтовым машинам работать на высоких оборотах, что в свою очередь обеспечивает большую производительность при меньших габаритах.

Винтовые компрессоры часто используют в системах, с большим потреблением воздуха высокого давления, на крупных промышленных предприятиях, на мобильных установок для питания пневматического оборудования, например отбойных молотков.

Принцип работы винтового компрессора

Схема винтового компрессора показана на рисунке.

Принцип работы винтового компрессора - фотография 54 - изображение 54

В корпусе 1 компрессора, установлены роторы 2 и 3, которые в средней части имеют утолщенную шейку с нарезанным винтовым профилем. Между роторами должен быть обеспечен минимальный зазор (0,1...0,4 мм). Для синхронизации вращения на роторах закреплены шестерни 4. Герметичность корпуса обеспечивается уплотнениями.

Ведущий винт имеет широкие выпуклые зубья, ведомый - тонкие вогнутые.

При вращении винтов в зоне выхода зубьев из зацепления образуются полости, которые заполняются газом. Область образования и увеличения этих полостей соединена со всасывающим патрубком компрессора. По мере входа зуба ведомого винта во впадину ведущего полость отделяется от области всасывания, а затем объем, в котором заперт газ уменьшается, осуществляется процесс сжатия. При дальнейшем вращении винтов, полость соединяется с напорным патрубком компрессора, происходит процесс вытеснения газа. Для охлаждения в полости 5 компрессора может подаваться жидкость.

Подача винтового компрессора

Подачу винтового компрессора можно вычислить используя зависимость:

Q=(S1Z1+S2Z2)×l×n×λ

  • где S1, S2 - площадь впадин винта
  • Z1, Z2 - количество зубьев соответствующего винта
  • l - длина винта
  • n - частота вращения
  • λ - коэффициент подачи

Безмасляные винтовые компрессоры

Безмасляные компрессоры используются в системах, где наличие частиц масла в нагнетаемой среде неприемлемо, например, в медицинских приборах или при производстве полупроводников. В безмасляных компрессорах воздух сжимается только под действием поверхности винтов, масляная пленка обеспечивающая дополнительную герметизацию - отсутствует, по этой причине безмасляные компрессоры, как правило не способны создать такое же давление, как маслозаполненные.

При необходиости развить высокое давление применяют многоступенчатые сухие винтовые компрессоры. Такие машины позволяют достичь давления газа до 15 МПа.

Маслозаполненные винтовые компрессоры

В маслозаполненных винтовых компрессорах масло доставляется в полость сжатия, и обеспечивает охлаждение рабочей камеры и дополнительную герметизацию за счет образования масляной пленки. В линии нагнетания такого компрессора необходимо установить влагомаслоотделитель, который позволит отделить большую часть масла от воздуха, и после фильтрования вновь отправить в картер.

Маслозаполненные машины, как правило, более долговечны, обладают меньшим уровнем шума и вибрации чем сухие винтовые компрессоры.

Материал подготовлен при участии специалистов https://www.v-p-k.ru/.

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 920)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты