Повітряні гвинтові компресори застосовуються там, де потрібно забезпечити досить високий ступінь стиснення (до 15 атмосфер) і отримати стабільний потік газу. Конструктивно вони складніші, ніж широко поширені поршневі, але завдяки низьким вібрації та шуму використовуються для безперервних технологічних процесів (робота холодильних установок, транспортування нафтопродуктів), у харчовій та фармацевтичній промисловості, медичних закладах та енергетиці. Ці агрегати можуть працювати не тільки з повітрям, але і з холодоагентами, вуглеводнями, а також з повітряно-олійними суспензією, чого не можуть забезпечити спіральні та діафрагмові різновиди.

Від призначення залежить вибір відповідного гвинтового компресора: для пневмоінструменту підійде масляний, для фарбування або хімічного виробництва необхідні система підготовки повітря, щоб у стислому повітрі не траплялися краплі мастила та вологи.

Щоб підібрати агрегат цього типу, потрібно мати загальне уявлення про його конструкцію та особливості функціонування.

Як працює гвинтовий компресор

Основний вузол - це блок, який складається з двох роторів, що нагадують шнеки м'ясорубки. На ведучому - нарізка з опуклостями, на веденому - з западинами. При обертанні роторів через шків від двигуна (частіше електричного, але також і бензинового або дизельного) повітря спочатку всмоктується через повітрозабірник у простір між гвинтовими поверхнями, а потім, при їх сходження, стискається та виштовхується у вікно нагнітання.

Щоб ротори не стиралися, в камеру впорскується масло, яке одночасно змащує та охолоджує деталі та стисливий газ. У сухих компресорах ротори обертаються з мінімальним зазором, щоб не допустити їх контакту та стирання. Для синхронізації обертання використовують шестерні.

Відповідно, існують масляні та безмасляні гвинтові компресори. Крім цього, їх поділяють на такі види:

  • одноступінчасті на 3–4 бари, в яких лише одна гвинтова пара, та дві ступінчасті (на 4 ротори), що дозволяють збільшити продуктивність на 15% при тих же енерговитратах;
  • з прямим приводом через муфти та ремінним, який потрібно періодично підтягувати;
  • з пускачами та частотним приводом, що дозволяє регулювати потужність за рахунок оборотів роторів.

Для відділення зваженого в стислому повітрі олії суміш подається в сепаратор, де мастило відфільтровується і знову відправляється в гвинтовий блок. Крім того, промислові гвинтові компресори, як правило, оснащуються ресивером для згладжування тиску при пікових навантаженнях або підключення кількох споживачів. Стиснення повітря впливає на його вологість, тому разом із ресиверами використовують осушувачі для очищення від конденсату.

Технічні параметри ротаційного компресора, що впливають на вибір

Базові характеристики компресора - витрата та максимальний тиск, який він може створити. Для гвинтових різновидів вони становлять від 0,2 до 47 м 3 /хв і 3-15 бар.

Для невеликого виробництва або гаража цілком підійде модель із витратою повітря 200 л/хв та робочим тиском до 8 атмосфер. У цеху або на підприємстві вже необхідно розраховувати максимальну кількість споживачів, які одночасно підключатимуться до пневмосистеми, а також неминучі втрати у розподільній системі: трубопроводах, шлангах, фітингах. Запас за витратою має становити щонайменше 20% від сумарної потужності всіх споживачів. Силове обладнання, швидше за все, вимагатиме і підвищеного (понад 8 бар) вихідного тиску повітря.

Серед інших параметрів – рівень захисту (IP23 – робота в неопалюваних запилених приміщеннях, або IP54 – захист від водних бризок та вологи) ротаційних компресорів залежно від умов виробництва, можливість регулювання обертів частотним перетворювачем та об'єм ресивера. Для рядового СТО достатньо 100 л, на підприємстві можуть використовуватися окремі балони до 500 л.

Особливості експлуатації

Безмасляні гвинтові компресори потребують примусового охолодження, інакше швидко перегріваються і вимагають зупинок, що суттєво зменшує продуктивність не тільки агрегату, а й пристроїв-споживачів загалом. Зате вони дозволяють отримувати чисте повітря за ISO-8573-1 класу 0. Існують також компресори з водяним упорскуванням, які на виході дають чисте сухе повітря, яке підходить для хімпрому та фармацевтичної сфери.

Маслозаповнені компресори, окрім можливої роботи на менших оборотах, забезпечують експлуатацію нон-стоп, оскільки мастило збирає тепло і фактично циркулює в агрегаті. Витрата олії при цьому мінімальна (2–3 мг/м 3 ).

Рекомендоване навантаження на компресорну установку - не менше 15% від її загальної продуктивності, зазначеної за міжнародним стандартом ISO 1217 при номінальному робочому тиску та умовах всмоктування при 1 барі, 20 ° С та 0% вологості.

Ремінний привід при експлуатації потребує регулярної підтяжки, проте для цього не потрібна висока кваліфікація обслуговуючого персоналу. Муфти прямого приводу довговічніші, проте кожні 500–1000 годин необхідно проводити візуальний огляд механізмів і сполучення рухомих деталей, а також змащувати опорні підшипники роторів. Лічильники напрацювання при цьому скидаються, а контролер перевіряється на помилки.

В цілому гвинтові компресори більш надійні та невибагливі в експлуатації, тому що в них менше рухомих деталей у порівнянні з поршневими. Рутинні операції типу запуску та налаштування режиму взагалі не вимагають участі фахівців.

Енергоефективність та контроль шуму

Ротаційні компресори дозволяють заощадити до 30% електроенергії в порівнянні з іншими різновидами з тією ж вихідною потужністю. Використання частотних приводів дозволяє підвищити енергоефективність за рахунок змінної швидкості. Привід із регульованою швидкістю ( VSD ) зі зворотним зв'язком зменшує або збільшує оберти в залежності від поточної потреби в стиснутому повітрі. При цьому:

  • немає пускових стрибків напруги - пікових струмів запуску гвинтового блоку;
  • не «спалюється» електроенергія на холостому ході;
  • можна досягти 60% економії споживаної енергії;
  • знижуються витоку, оскільки оборотами регулюється і тиск у пневмосистемі;
  • можливе інтелектуальне та віддалене керування обладнанням.

Іншою безперечною перевагою гвинтових повітряних компресорів є низький шум при роботі. На відміну від поршневих, де зворотно-поступальний рух дає пульсуюче проштовхування стисненого повітря, що неминуче викликає «тарахтіння» на рівні 80-95 дБ, гвинтовий рівень шуму знаходиться в діапазоні 50-70 дБ. Крім цього, вони містяться в звукопоглинаючі корпуси, що дозволяє встановлювати їх практично в будь-яких приміщеннях.

Фільтри та сепаратори у гвинтових компресорах

Залежно від виду споживачів пред'являються різні вимоги до чистоти стисненого повітря, що видається агрегатом. Тому в компресорах, як правило, використовуються повітряні фільтри на вході, масляні на виході, а також сепаратори для відділення та збору з компресорного масла, що нагнітається повітря.

Після сепаратора мастило остигає в радіаторі і знову подається в гвинтовий блок. Повітряний фільтр необхідно змінювати кожні 1500 годин роботи.

Переваги і недоліки

Крім високої енергоефективності та низького шуму, гвинтові повітряні компресори:

  • здатні працювати 24/7 зі стабільними показниками;
  • відрізняються порівняно невеликими габаритами своєї потужності;
  • мають розрахункове напрацювання на порядок вище за поршневі (40–60 тисяч годин до першого ремонту проти 2–6 тисяч годин);
  • не вимагають особливого фундаменту та підведення охолоджувальної системи для монтажу невеликих моделей під «гаражне» виробництво;
  • видають повітря з кількістю домішок 1–3 мг/м 3 та температурою від 7 до 13 °С; залишок масляної пари до 3 ppm (3 частинки на мільйон);
  • не мають клапанів і не зазнають дій неврівноважених механічних сил;
  • уможливлюють гнучке регулювання продуктивності, а також використання технологій штучного інтелекту для управління.

Останній пункт дає широкий заділ для створення розумних систем самопідтримки, що важливо, наприклад, для холодильних установок у приміщеннях із заданим температурним режимом. У поєднанні з інверторними блоками це також дозволяє уникнути збоїв у роботі компресорів при стрибках напруги та короткочасних відключення електроенергії при перевантаженнях.

З іншого боку, гвинтові ротори — досить високотехнологічні деталі, що передбачає більш високу вартість таких агрегатів у порівнянні з поршневими. При цьому ротаційні компресори впевнено витісняють поршневі в хімічній, харчовій та нафтогазовій промисловості, на очисних спорудах та електростанціях.

З використанням полімерних матеріалів, що витримують високі термічні та механічні навантаження, зменшується зношування деталей.

Провідні виробники та бренди

Вітчизняні агрегати представлені лінійкою компресорів "Лідер" , що випускаються на гвинтових блоках від італійського виробника Rotorcomp (Німеччина), Comer (Італія).

Ці гвинтові компресори відрізняються компактністю, зручним керуванням та ефективним охолодженням. Моделі забезпечують тиск від 8 до 16 бар з витратою від 950 до 40800 л/хв та призначені для машинобудування, металообробки, медицини та інших галузей з жорсткими вимогами до вихідних параметрів, стабільності потоку та чистоти повітря.