Винтовой компрессор - как устроен и принцип работы

Воздушные компрессоры — это разновидность оборудования, которое предназначено для сжатия воздуха и других газов с последующей подачей среды под определенным давлением. Устройства получили широкое распространение практически во всех отраслях промышленности, где они выполняют различные функции, начиная от запитывания пневматического инструмента и заканчивая производством газированных напитков или транспортировкой нефтепродуктов.

Винтовой воздушный компрессор относится к категории аппаратов, работающих по принципу простого объемного сжатия среды посредством вращения двух роторов в противоположном направлении. Оборудование этого типа обладает простой, но надежной конструкцией, имеет низкий уровень вибрации и шума, обеспечивая стабильную подачу сжатого воздуха под определенным давлением.

Принципы работы и особенности конструкции винтовых компрессоров

Рассмотрим конструкцию винтового компрессора, а также принцип его работы на основе типовой модели с одноступенчатым винтовым блоком.

Особенности конструкции

Несмотря на многообразие винтовых компрессоров и некоторые отличия в их конструкции, существует несколько основных модулей, которые есть в каждой модели:

• Винтовой блок. Это ключевой элемент конструкции, представленный двумя роторами, которые вращаются по направлению друг к другу. В паре роторов один всегда ведущий (на него поступает энергия вращения от привода) и ведомый (вращается от ведущего благодаря зубчатому зацеплению). Винты плотно прилегают друг к другу и находятся в смазке, которая обеспечивает плавное вращение и защищает рабочие поверхности от перегрева, снижая силу трения.
• Корпус. Внутри него располагается винтовой блок, камеры сжатия (там происходит увеличение давления газа до нужных параметров) и выпуска (сжатая среда отсюда поступает в воздуховод).
• Электродвигатель. Нужен для запуска и остановки роторов.

В зависимости от модификации устройств, их конструкция дополняется различными элементами. Это могут быть первичные фильтры, маслоотделители-сепараторы, радиаторы, система активного охлаждения и нагнетания воздуха на базе вентилятора, а также электромеханические и электронные компоненты (реле давления, термодатчики, модуль управления).

Общий принцип работы

Ротационные компрессоры работают по следующему принципу. Сначала запускается электромотор, который приводит в движение винтовую пару. Через впускной клапан воздух поступает в рабочую камеру, где сжимается до нужного давления. Герметичная камера и минимальный зазор между роторами обеспечивают компрессию среды. Одновременно осуществляется впрыскивание смазки, которая играет роль уплотнителя, не допуская утечки воздуха. Полученная воздушно-масляная смесь разделяется на компоненты, затем охлаждается (смазка возвращается в систему). Сжатый газ подается на выход компрессора к потребителю.

Типы винтовых компрессоров

Компрессоры винтового типа различаются между собой по следующим критериям:

• Степень компрессии. Различают одно- и двухступенчатые модификации. Сжатие воздуха в два этапа позволяет добиться давления 15 атмосфер и выше.
• Наличие и тип смазки. Компрессоры бывают маслонаполненные и безмасляные. Во втором случае сжимаемый воздух не контактирует со смазкой.
• Тип привода. Для передачи крутящего момента от двигателя на винтовую пару может использоваться ременной, зубчатый или прямой привод.

Винтовой компрессор прямой привод. Второй вариант считается один из самых надежных, а прямой привод обеспечивает передачу энергии с минимальными потерями.

В зависимости от типа конструкции различаются сферы применения оборудования. Например, одноступенчатые модели используют преимущественно там, где необходимо сжатие воздуха до 3–4 атмосфер. Один из примеров — бытовые или промышленные. Безмасляные модификации незаменимы там, где нужна максимально чистая среда на выходе без сторонних примесей. Сфера использования такого оборудования — медицина, химические лаборатории или пищевая промышленность.

Эффективность и производительность

Повысить эффективность и производительность компрессорного оборудования можно несколькими способами. Это может быть точный контроль параметров среды (чистота, температура и влажность воздуха), регулярный техосмотр и профилактика, а также установка дополнительного оборудования (линейные фильтры, оптимизация трубопроводов, правильный подбор воздушных резервуаров).

Техническое обслуживание и уход

В зависимости от проводимых мероприятий, обслуживание и уход за компрессорным оборудованием делится на несколько временных периодов, начиная от ежедневного и заканчивая ежегодным. Если каждый день ответственные лица следят за уровнем масла, отсутствием утечек и повреждений, то ежегодный регламент предусматривает замену приводного ремня, уплотнителей и фильтров, проверку качества (чистоты) масла, контроль рабочего давления на выходе и другие действия.

Регулярное техническое обслуживание и проведение профилактики позволяют не только оптимизировать работу оборудования, но и продлить его эксплуатационный ресурс.

Использование в различных отраслях

Винтовые компрессоры получили широкое применение в разных отраслях и секторах промышленности. Сжатый воздух используется в работе пневматических инструментов и прессов, в процессе транспортировки и производства нефти. В судостроении такое оборудование применяется для запуска силовых дизельных установок. Не обойтись без винтовых компрессоров в пищевой промышленности (производство газированных напитков), медицине (подача чистого воздуха или специальной воздушной смеси для аппаратов поддержания жизни), климатических системах (охлаждение и кондиционирование воздуха) и других отраслях промышленности и быта.

Сравнение с другими типами компрессоров

Чтобы выяснить преимущества, особенности и недостатки винтовых компрессоров, сравним их с популярными установками для сжатия воздуха — поршневыми, центробежными и диафрагменными.

Винтовой vs поршневой

Поршневые компрессоры нередко используют в качестве альтернативы винтовым установкам. Их принцип работы основан на передвижении поршня внутри камеры. Когда он достигает нижней позиции, воздух засасывается, а при движении поршня вверх происходит сжатие. Основное преимущество поршневой конструкции — более низкая стоимость, чем у винтового аналога.

К недостаткам стоит отнести повышенный уровень шума и большое количество подвижных деталей, которые подвержены быстрому износу (по сравнению с роторной системой).

Винтовой vs центробежный

Центробежная установка сжимает воздух благодаря особой конструкции вращающегося рабочего колеса с лопатками и диффузором. Такое решение подходит для непрерывной подачи воздушного потока. Благодаря особенностям конструкции здесь меньше трущихся деталей, а воздух отделен от масла и не требует дополнительной сепарации на выходе.

Среди недостатков — низкая стойкость к вибрациям, невозможность создать постоянное высокое давление, а также большая вероятность перехода в режим помпажа (движение потока в противоположном направлении с риском деформации или срыва лопаток) при снижении уровня мощности ниже допустимого.

Винтовой vs диафрагменный

Ключевое отличие диафрагменной установки от винтовой заключается в наличии специальной подвижной мембраны внутри рабочей камеры. В зависимости от типа конструкции гибкую перегородку изготавливают из металла, резины и других материалов. Колебание диафрагмы обеспечивает сжатие воздуха. Ключевой недостаток такой конструкции — неспособность создавать давление выше 2–3 атмосфер, что существенно ограничивает сферу применения оборудования.

Инновации в области винтовых компрессоров

Инновационные разработки в сфере винтовых компрессоров позволяют эффективно решить три ключевые проблемы:

• Износ деталей. Для этого используются новые сверхпрочные полимеры, сплавы и другие современные материалы, которые выдерживают высокие механические, химические и термические нагрузки.
• Высокое энергопотребление. Использование автоматизированных систем управления (например, технология VSD на базе частотно-регулируемого привода) позволяет снизить расход электроэнергии до 60% и повысить эффективность работы.
• Повышенный шум. Новые дизайнерские решения, использование современных технологий шумоподавления и гашения вибрации минимизируют негативное воздействие оборудования на персонал и окружающую среду.
• Синхронные электро двигатели на постояных магнитах. Использование в компрессорах позволяет добиться высокой производительности и эффективности работы системы при минимальных потерях энергии, а так же большой ресурс. 
• С инверторным управлением оборотами двигателя. Дает возможность оптимизировать работу системы, обеспечивая энергосбережение, устойчивость и надежность работы, что является важным фактором эффективной эксплуатации компрессорных систем.

Современные технологии способствуют экологической устойчивости оборудования этого типа. Речь идет о повышении энергоэффективности и повышение КПД, что приводит к снижению выброса парниковых газов. Соответствие строгим экологическим стандартам способствует уменьшению негативного воздействия на окружающую среду.

Перспективы развития технологии

Учитывая конструктивные особенности, винтовые компрессоры имеют наибольшие перспективы развития там, где требуется стабильная подача воздуха или газовой смеси под высоким давлением. Этот тип установок также актуален там, где требуется сжатие двух сред (газ и жидкость), с чем не могут справиться компрессоры других типов (или их применение будет малоэффективным).

Среди потенциальных перспективных технологий для развития винтовых компрессоров стоит выделить сферу использования водородного топлива и других альтернативных источников энергии.

Заключение

Винтовые компрессоры являются одними из лучших с точки зрения производительности и энергоэффективности. Надежная конструкция и простое техническое обслуживание обеспечивают оборудованию длительный срок службы. Благодаря универсальности такие установки можно использовать для решения различных задач, начиная от подачи сжатого воздуха на ручной пневматический инструмент и заканчивая нефтегазовой отраслью или производственным сектором.

Подобрать для конкретных нужд и выгодно купить винтовой компрессор можно в специализированном интернет-магазине tusk.ua.