Воздушные винтовые компрессоры применяются там, где нужно обеспечить достаточно высокую степень сжатия (до 15 атмосфер) и при этом получить стабильный поток газа. Конструктивно они более сложные, чем широко распространенные поршневые, но благодаря низким вибрации и шуму используются для непрерывных технологических процессов (работа холодильных установок, транспортировка нефтепродуктов), в пищевой и фармацевтической промышленности, медицинских учреждениях и энергетике. Эти агрегаты могут работать не только с воздухом, но и с хладагентами, углеводородами, а также с воздушно-масляными взвесями, чего не могут обеспечить спиральные и диафрагменные разновидности.

От назначения зависит выбор подходящего винтового компрессора: для пневмоинструмента подойдет масляный, для покраски или химического производства — необходима система подготовки воздуха, чтобы в сжатом воздухе не попадались капли смазки и влаги.

Чтобы подобрать агрегат этого типа, нужно иметь общее представление о его конструкции и особенностях функционирования.

Как работает винтовой компрессор

Основной узел — это блок, который состоит из двух роторов, напоминающих шнеки мясорубки. На ведущем — нарезка с выпуклостями, на ведомом — со впадинами. При вращении роторов через шкив от двигателя (чаще электрического, но также и бензинового или дизельного) воздух сначала всасывается через воздухозаборник в пространство между винтовыми поверхностями, а затем, при их схождении, сжимается и выталкивается в нагнетательное окно.

Чтобы роторы не истирались, в камеру впрыскивается масло, которое одновременно смазывает и охлаждает детали и сжимаемый газ. В сухих компрессорах роторы вращаются с минимальным зазором, чтобы не допустить их контакта и истирания. Для синхронизации вращения используются шестерни.

Соответственно, существуют масляные и безмасляные винтовые компрессоры. Кроме этого, их разделяют на следующие виды:

  • одноступенчатые на 3–4 бара, в которых только одна винтовая пара, и двухступенчатые (на 4 ротора), позволяющие увеличить производительность на 15% при тех же энергозатратах;
  • с прямым приводом через муфты и ременным, который нужно периодически подтягивать;
  • с пускателями и частотным приводом, позволяющим регулировать мощность за счет оборотов роторов.

Для отделения взвешенного в сжатом воздухе масла смесь подается в сепаратор, где смазка отфильтровывается и снова отправляется в винтовой блок. Кроме того, промышленные винтовые компрессоры, как правило, оснащаются ресивером для сглаживания давления при пиковых нагрузках или подключении нескольких потребителей. Сжатие воздуха влияет на его влажность, поэтому совместно с ресиверами используют осушители для очистки от конденсата.

Технические параметры ротационного компрессора, влияющие на выбор

Базовые характеристики компрессора — расход и максимальное давление, которое он может создать. Для винтовых разновидностей они составляют от 0,2 до 47 м3/мин и 3–15 бар.

Для небольшого производства или гаража вполне подойдет модель с расходом воздуха 200 л/мин и рабочим давлением до 8 атмосфер. В цеху или на предприятии уже необходимо рассчитывать максимальное количество потребителей, которые одновременно будут подключаться к пневмосистеме, а также неизбежные потери в распределительной системе: трубопроводах, шлангах, фитингах. Запас по расходу должен составлять не менее 20% от суммарной мощности всех потребителей. Силовое оборудование, скорее всего, потребует и повышенного (более 8 бар) выходного давления воздуха.

Среди других параметров — уровень защиты (IP23 — работа в неотапливаемых запыленных помещениях, или IP54 — защита от водных брызг и влаги) ротационных компрессоров в зависимости от условий производства, возможность регулировки оборотов частотным преобразователем и объем ресивера. Для рядового СТО достаточно 100 л, на предприятии могут использоваться отдельно стоящие баллоны до 500 л.

Особенности эксплуатации

Безмасляные винтовые компрессоры нуждаются в принудительном охлаждении, иначе быстро перегреваются и требуют остановок, что существенно уменьшает производительность не только агрегата, но и устройств-потребителей в целом. Зато они позволяют получать чистый воздух по ISO-8573-1 класса 0. Существуют также компрессоры с водяным впрыском, которые на выходе дают чистый сухой воздух, подходящий для химпрома и фармацевтической сферы.

Маслозаполненные компрессоры, помимо возможной работы на меньших оборотах, обеспечивают эксплуатацию нон-стоп, так как смазка собирает тепло и фактически циркулирует в агрегате. Расход масла при этом минимальный (2–3 мг/м3).

Рекомендованная нагрузка на компрессорную установку — не менее 15% от ее общей производительности, указанной по международному стандарту ISO 1217 при номинальном рабочем давлении и условиях всасывания при 1 баре, 20 °С и 0% влажности.

Ременной привод при эксплуатации требует регулярной подтяжки, однако для этого не нужна высокая квалификация обслуживающего персонала. Муфты прямого привода более долговечны, однако каждые 500–1000 часов необходимо проводить визуальный осмотр механизмов и сопряжений подвижных деталей, а также смазывать опорные подшипники роторов. Счетчики наработки при этом сбрасываются, а контроллер проверяется на ошибки.

В целом винтовые компрессоры более надежные и неприхотливые в эксплуатации, так как в них меньше подвижных деталей по сравнению с поршневыми. Рутинные операции типа запуска и настройки режима вообще не требуют участия специалистов.

Энергоэффективность и контроль шума

Ротационные компрессоры позволяют сэкономить до 30% электроэнергии по сравнению с другими разновидностями с той же выходной мощностью. Использование частотных приводов дает возможность повысить энергоэффективность за счет переменной скорости. Привод с регулируемой скоростью (VSD) с обратной связью уменьшает или увеличивает обороты в зависимости от текущей потребности в сжатом воздухе. При этом:

  • нет пусковых скачков напряжения — пиковых токов запуска винтового блока;
  • не «сжигается» электроэнергия на холостом ходу;
  • можно достичь 60% экономии потребляемой энергии;
  • снижаются утечки, так как оборотами регулируется и давление в пневмосистеме;
  • возможно интеллектуальное и удаленное управление оборудованием.

Другим несомненным преимуществом винтовых воздушных компрессоров является низкий шум при работе. В отличие от поршневых, где возвратно-поступательное движение дает пульсирующее проталкивание сжатого воздуха, что неизбежно вызывает «тарахтение» на уровне 80–95 дБ, в винтовых уровень шума находится в диапазоне 50–70 дБ. Помимо этого, они помещаются в звукопоглощающие корпуса, что позволяет устанавливать их практически в любых помещениях.

Фильтры и сепараторы в винтовых компрессорах

В зависимости от вида потребителей предъявляются разные требования к чистоте выдаваемого агрегатом сжатого воздуха. Поэтому в компрессорах, как правило, используются воздушные фильтры на входе, масляные на выходе, а также сепараторы для отделения и сбора из нагнетаемого воздуха компрессорного масла.

После сепаратора смазка остывает в радиаторе и вновь подается в винтовой блок. Воздушный фильтр необходимо менять каждые 1500 часов работы.

Преимущества и недостатки

Помимо высокой энергоэффективности и низкого шума, винтовые воздушные компрессоры:

  • способны работать 24/7 со стабильными показателями;
  • отличаются сравнительно небольшими габаритами для своей мощности;
  • имеют расчетную наработку на порядок выше поршневых (40–60 тысяч часов до первого ремонта против 2–6 тысяч часов);
  • не требуют особого фундамента и подвода охлаждающей системы для монтажа небольших моделей под «гаражное» производство;
  • выдают воздух с количеством примесей 1–3 мг/м3 и температурой от 7 до 13 °С; остаток масляных паров до 3 ppm (3 частицы на миллион);
  • не имеют клапанов и не испытывают действия неуравновешенных механических сил;
  • делают возможным гибкое регулирование производительности, а также использование технологий искусственного интеллекта для управления.

Последний пункт дает широкий задел для создания умных самоподдерживающих систем, что важно, например, для холодильных установок в помещениях с заданным температурным режимом. В сочетании с инверторными блоками это также позволяет избежать сбоев в работе компрессоров при скачках напряжения и кратковременных отключениях электроэнергии при перегрузках.

С другой стороны, винтовые роторы — достаточно высокотехнологичные детали, что уже предусматривает более высокую стоимость таких агрегатов по сравнению с поршневыми. При этом ротационные компрессоры уверенно вытесняют поршневые в химической, пищевой и нефтегазовой промышленности, на очистных сооружениях и электростанциях.

С использованием полимерных материалов, выдерживающих высокие термические и механические нагрузки, уменьшается износ деталей.

Ведущие производители и бренды

Отечественные агрегаты представлены линейкой компрессоров «Лидер», выпускаемых на винтовых блоках от итальянского производителя Rotorcomp (Германия), Comer (Италия).

Эти винтовые компрессоры отличаются компактностью, удобным управлением и эффективным охлаждением. Модели обеспечивают давление от 8 до 16 бар с расходом от 950 до 40800 л/мин и предназначены для машиностроения, металлообработки, медицины и других отраслей с жесткими требованиями к выходным параметрам, стабильности потока и чистоте воздуха.