Гвинтовий компресор - як влаштований і принцип роботи

Компресори повітряні - це різновид обладнання, яке призначене для стиснення повітря та інших газів з подальшою подачею середовища під певним тиском. Пристрої набули широкого поширення практично у всіх галузях промисловості, де вони виконують різні функції, починаючи від запитування пневматичного інструменту і закінчуючи виробництвом газованих напоїв чи транспортуванням нафтопродуктів.

Гвинтовий повітряний компресор відноситься до категорії апаратів, що працюють за принципом простого об'ємного стиснення середовища за допомогою обертання двох роторів у протилежному напрямку. Обладнання цього типу має просту, але надійну конструкцію, має низький рівень вібрації та шуму, забезпечуючи стабільну подачу стисненого повітря під певним тиском.

Принципи роботи та особливості конструкції гвинтових компресорів

Розглянемо конструкцію гвинтового компресора, а також принцип роботи на основі типової моделі з одноступінчастим гвинтовим блоком.

Особливості конструкції

Незважаючи на різноманіття гвинтових компресорів та деякі відмінності в їх конструкції, існує кілька основних модулів, які є в кожній моделі:

• Гвинтовий блок. Це ключовий елемент конструкції, представлений двома роторами, які обертаються один до одного. У парі роторів один завжди ведучий (на нього надходить енергія обертання від приводу) та ведений (обертається від ведучого завдяки зубчастому зачепленню). Гвинти щільно прилягають один до одного і знаходяться в мастилі, яке забезпечує плавне обертання та захищає робочі поверхні від перегріву, знижуючи силу тертя.
• Корпус. Усередині нього розташовується гвинтовий блок, камери стиснення (там відбувається збільшення тиску газу до потрібних параметрів) і випуску (стисне середовище звідси надходить у повітропровід).
• Електродвигун. Потрібен для запуску та зупинки роторів.

Залежно від модифікації пристроїв їх конструкція доповнюється різними елементами. Це можуть бути первинні фільтри, масловідділювачі-сепаратори, радіатори, система активного охолодження та нагнітання повітря на базі вентилятора, а також електромеханічні та електронні компоненти (реле тиску, термодатчики, модуль керування).

Загальний принцип роботи

Ротаційні компресори працюють за таким принципом. Спочатку запускається електромотор, який рухає гвинтову пару. Через впускний клапан повітря надходить до робочої камери, де стискається до потрібного тиску. Герметична камера та мінімальний зазор між роторами забезпечують компресію середовища. Одночасно здійснюється впорскування мастила, яке відіграє роль ущільнювача, не допускаючи витоку повітря. Отримана повітряно-масляна суміш поділяється на компоненти, потім охолоджується (мастило повертається до системи). Стиснутий газ подається на вихід компресора до споживача.

Типи гвинтових компресорів

Компресори гвинтового типу розрізняються між собою за такими критеріями:

• Ступінь компресії. Розрізняють одно- та двоступінчасті модифікації. Стиснення повітря в два етапи дозволяє досягти тиску 15 атмосфер і вище.
• Наявність та тип мастила. Компресори бувають маслонаповнені та безмасляні. У другому випадку повітря, що стискається, не контактує з мастилом.
• Тип приводу. Для передачі моменту, що крутить, від двигуна на гвинтову пару може використовуватися ремінний, зубчастий або прямий привід. Перший варіант відрізняється простотою конструкції та обслуговування. Другий варіант вважається один із найнадійніших, а прямий привід забезпечує передачу енергії з мінімальними втратами.

Гвинтовий компресор прямого приводу. Другий варіант вважається один із найнадійніших, а прямий привід забезпечує передачу енергії з мінімальними втратами.

Залежно від типу конструкції різняться сфери застосування устаткування. Наприклад, одноступінчасті моделі використовують переважно там, де необхідно стиск повітря до 3-4 атмосфер. Один із прикладів — побутові чи промислові холодильні установки. Безмасляні модифікації незамінні там, де потрібне максимально чисте середовище на виході без домішок. Сфера використання такого обладнання – медицина, хімічні лабораторії чи харчова промисловість.

Ефективність та продуктивність

Підвищити ефективність та продуктивність компресорного обладнання можна кількома способами. Це може бути точний контроль параметрів середовища (чистота, температура та вологість повітря), регулярний техогляд та профілактика, а також встановлення додаткового обладнання (лінійні фільтри, оптимізація трубопроводів, правильний підбір повітряних резервуарів).

Технічне обслуговування та догляд

Залежно від заходів, що проводяться, обслуговування та догляд за компресорним обладнанням ділиться на кілька часових періодів, починаючи від щоденного і закінчуючи щорічним. Якщо кожен день відповідальні особи стежать за рівнем олії, відсутністю витоків та пошкоджень, то щорічний регламент передбачає заміну приводного ременя, ущільнювачів та фільтрів, перевірку якості (чистоти) олії, контроль робочого тиску на виході та інші дії.

Регулярне технічне обслуговування та проведення профілактики дозволяють не лише оптимізувати роботу обладнання, а й продовжити його експлуатаційний ресурс.

Використання у різних галузях

Гвинтові компресори отримали широке застосування у різних галузях та секторах промисловості. Стиснене повітря використовується в роботі пневматичних інструментів та пресів, у процесі транспортування та виробництва нафти. У суднобудуванні таке обладнання застосовується для запуску дизельних силових установок. Не обійтися без гвинтових компресорів у харчовій промисловості (виробництво газованих напоїв), медицині (подання чистого повітря або спеціальної повітряної суміші для апаратів підтримки життя), кліматичних системах (охолодження та кондиціювання повітря) та інших галузях промисловості та побуту.

Порівняння з іншими типами компресорів

Щоб з'ясувати переваги, особливості та недоліки гвинтових компресорів, порівняємо їх із популярними установками для стиснення повітря — поршневими, відцентровими та діафрагмовими.

Гвинтовий vs поршневий

Поршневі компресори нерідко використовують як альтернативу гвинтовим установкам. Їх принцип роботи ґрунтується на пересуванні поршня всередині камери. Коли він досягає нижньої позиції, повітря засмоктується, а при русі поршня вгору відбувається стиск. Основна перевага поршневої конструкції — нижча вартість, ніж гвинтовий аналог.

До недоліків варто віднести підвищений рівень шуму і велику кількість рухомих деталей, які схильні до швидкого зносу (порівняно з роторною системою).

Гвинтовий vs відцентровий

Відцентрова установка стискає повітря завдяки особливій конструкції робочого колеса, що обертається, з лопатками і дифузором. Таке рішення підходить для безперервної подачі повітряного потоку. Завдяки особливостям конструкції тут менше деталей, що труться, а повітря відокремлено від масла і не вимагає додаткової сепарації на виході.

Серед недоліків - низька стійкість до вібрацій, неможливість створити постійний високий тиск, а також велика ймовірність переходу в режим помпажу (рух потоку в протилежному напрямку з ризиком деформації або зриву лопаток) при зниженні рівня потужності нижче за допустимий.

Гвинтовий vs діафрагмовий

Ключова відмінність діафрагмової установки від гвинтової полягає в наявності спеціальної рухомої мембрани всередині робочої камери. Залежно від типу конструкції гнучку перегородку виготовляють із металу, гуми та інших матеріалів. Коливання діафрагми забезпечує стиснення повітря. Ключовий недолік такої конструкції - нездатність створювати тиск вище 2-3 атмосфер, що суттєво обмежує сферу застосування обладнання.

Інновації в галузі гвинтових компресорів

Інноваційні розробки у сфері гвинтових компресорів дозволяють ефективно вирішити три ключові проблеми:

• Зношування деталей. Для цього використовуються нові надміцні полімери, сплави та інші сучасні матеріали, які витримують високі механічні, хімічні та термічні навантаження.
• Високе енергоспоживання. Використання автоматизованих систем керування (наприклад, технологія VSD на базі частотно-регульованого приводу) дозволяє знизити витрати електроенергії до 60% і підвищити ефективність роботи.
• Підвищений шум. Нові дизайнерські рішення, використання сучасних технологій шумоподавлення та гасіння вібрації мінімізують негативний вплив обладнання на персонал та довкілля.
• Синхронні електродвигуни на постійних магнітах. Використання в компресорах дозволяє досягти високої продуктивності та ефективності роботи системи при мінімальних втратах енергії, а також великий ресурс.
• З інверторним керуванням оборотами двигуна. Дає можливість оптимізувати роботу системи, забезпечуючи енергозбереження, стійкість та надійність роботи, що є важливим фактором ефективної експлуатації компресорних систем.

Сучасні технології сприяють екологічній стійкості устаткування цього. Йдеться про підвищення енергоефективності, що призводить до зниження викиду парникових газів. Відповідність суворим екологічним стандартам сприяє зменшенню негативного на довкілля.

Перспективи розвитку технології

Враховуючи конструктивні особливості, гвинтові компресори мають найбільші перспективи розвитку там, де потрібна стабільна подача повітря чи газової суміші під високим тиском. Цей тип установок також актуальний там, де потрібно стиснення двох середовищ (газ і рідина), з чим не можуть впоратися компресори інших типів (або їх застосування малоефективним).

Серед потенційних перспективних технологій у розвиток гвинтових компресорів варто виділити сферу використання водневого палива та інших альтернативних джерел енергії.

Висновок

Гвинтові компресори є одними з найкращих з точки зору продуктивності та енергоефективності. Надійна конструкція та просте технічне обслуговування забезпечують обладнання тривалий термін служби. Завдяки універсальності такі установки можна використовувати для вирішення різних завдань, починаючи від подачі стисненого повітря на пневматичний ручний інструмент і закінчуючи нафтогазовою галуззю або виробничим сектором.

Підібрати для конкретних потреб та вигідно купити гвинтовий компресор можна у спеціалізованому інтернет-магазині tusk.ua