Что это? Винтовые компрессоры являются важным оборудованием для многих отраслей промышленности. Они используются для сжатия воздуха с целью повышения их давления и объема. Это делает их идеальными для применения в разных нуждах, таких как питание пневматических инструментов и подача сжатого воздуха для систем охлаждения.
Какие отличия? Этот тип компрессора часто выбирают потому, что он тише, чем поршневой. Винтовой компрессор также имеет меньше движущихся частей, что делает его более надежным и простым в обслуживании, чем его аналоги.
В этой статье:
- Общее описание винтовых компрессоров
- Устройство винтового компрессора
- Отличия и преимущества винтовых компрессоров перед поршневыми
- Принцип работы винтовых компрессоров
- Режимы работы винтового компрессора
- Разновидности винтовых компрессорных установок
- Область применения винтовых компрессоров
- Признаки необходимости ремонта винтовых компрессоров
- Популярные бренды винтовых компрессоров
Общее описание винтовых компрессоров
Винтовой компрессор – это промышленный аппарат, в котором воздух нагнетается при помощи винтовой пары. Такое оборудование находит широкое применение на производстве, где требуется непрерывная подача воздуха под давлением.
Конструкция устройства включает в себя воздушную, жидкостную или масляную систему охлаждения. Масло и вода в процессе использовании образуют пар, в них могут содержаться примеси, которые способны повредить оборудование. По этой причине при производстве работ, в которых предъявляются повышенные требования к качеству воздуха, используется воздушное охлаждение. Некоторые модели имеют осушитель, ресивер, обеспечивающие не только чистоту подаваемого воздуха, но и его равномерный поток и снижение расхода электроэнергии. Это может быть критично для мобильных компрессоров.
Общее описание винтовых компрессоров
Винтовое компрессорное оборудование также оснащено электродвигателем. Газообразный хладагент дает возможность контролировать процесс охлаждения в камере. При помощи золотника обеспечивается уменьшение притока газа и мощности.
Первые винтовые компрессорные системы появились в 1930-е годы и зарекомендовали себя ничуть не хуже, чем существовавшие к тому времени громоздкие компрессорные системы иных типов, например поршневые. Сегодня данный тип оборудования используется для выполнения множества задач, особенно на предприятиях с непрерывным производственным циклом.
Устройство винтового компрессора
Разные модели винтовых компрессоров предназначены для определенных задач и различаются между собой по конструкции, функциям, настройками.
Типовая конструкция включает в себя следующие элементы:
- Всасывающий воздушный фильтр. Необходим для очистки поступающего в камеру воздуха от примесей. Включает в себя предварительную часть, через которую всасывается воздух, и основную, установленную непосредственно перед камерой.
- Входной клапан. Оснащен пневматическим управлением и обеспечивает регулирование мощности, изменяя собственный режим хода.
- Винтовой узел. Главный механизм в компрессоре. Включает вогнутый и выпуклый роторы, которые размещены параллельно друг другу.
- Ременная передача. Механизм, состоящий из двух шкивов, изменяющих скорость вращения винтов. Одно фрикционное колесо расположено на двигателе, второе – на роторах.
- Двигатель. Силовая установка, приводящая в движение механизмы компрессора через муфту, ременную передачу или редуктор.
- Масляный фильтр. Устройство для очистки от примесей смазочных материалов, подаваемых на роторы.
- Отделитель масла. Металлическая емкость с сетчатой перегородкой в центральной части. При вращении винтов поступающий воздух пропускается через фильтр, очищаясь от масла.
- Термостат. Необходим для поддержания оптимальной температуры в аппарате за счет добавления ненагретой смазки. Это позволяет беречь ресурс охлаждающего радиатора.
- Охлаждающий радиатор. Уменьшает нагрев масла, которое выделяется из сжатого газа.
- Концевой охладитель. Используется для понижения температуры обработанного потока воздуха перед его подачей потребителю.
- Предохранительный клапан. Позволяет избежать возникновения избыточного давления в компрессоре, которое может вывести оборудование из строя. Реагирует на критическое давление в маслоотделительном резервуаре.
- Трубопроводная сеть. Обеспечивает перемещение воздуха и смазочных материалов.
- Реле давления. Контролирует величину давления внутри компрессоров и управляет режимами работы устройства. Холостой ход запускается при превышении допустимого давления, а рабочий режим – при его снижении.
- Блок управления. Позволяет настраивать параметры компрессора и служит для вывода показателей работы устройства.
- Вентилятор. Забирает газ и обеспечивает охлаждение устройства.
Устройство винтового компрессора
Отличия и преимущества винтовых компрессоров перед поршневыми
Основное отличие поршневых компрессоров от винтовых заключается в принципе сжатия и подачи воздуха в камеру. Если в винтовых компрессорах для этого используются винты, вращающиеся в противоположных направлениях, то в поршневых устройствах эту же функцию выполняет поршень, возвратно-поступательно перемещающийся внутри цилиндра. За счет этой особенности винтовые установки более легки и имеют меньший размер.
Есть и другая особенность. Поршень обеспечивает сжатие воздуха только при движении в прямом направлении, при обратном ходе происходит понижение давления. При необходимости постоянного притока воздуха с неизменными показателями давления требуется ресивер. Винтовому компрессору для этого не нужно никаких опосредующих устройств.
По сравнению с поршневыми устройствами винтовые компрессоры имеют целый ряд преимуществ.
Экономия электроэнергии
Ее обеспечивают новейшие винты и автоматическое регулирование притока воздуха. В результате расход электроэнергии снижается примерно на 30 %.
Больший промежуток между техническим обслуживанием
Поршневые компрессоры нуждаются в сервисе уже после 250 часов работы. У винтовых машин это показатель значительно выше и достигает 4 000-5 000 часов.
Долгий срок службы
На винтовые компрессоры изготовители обычно дают гарантию не менее 2 лет. Однако в действительности замена оборудования может потребоваться только через 7-8 лет. За этот период придется поменять примерно 5 поршневых компрессоров, имеющих аналогичную мощность. Виной тому сложная система охлаждения и смазывания, наличие клапанов, которые быстро изнашиваются.
Низкая цена установки и настройки
Винтовые компрессоры работают практически без шума и вибраций, имеют компактные размеры. Для установки не требуется делать капитальное основание, что позволяет снизить расходы на монтаж.
Высокие технические характеристики
Коэффициент полезного действия может достигать 95 %, в то время как у поршневых устройств он не доходит и до 60 %. Давление воздуха на выходе составляет 9 кгс/см2, а производительность – 40 м3/мин и больше.
О популярности винтового компрессорного оборудования говорит хотя бы тот факт, что на его питание расходуется 12 % электроэнергии, потребляемой в России. Конечно, подобное устройство стоит немало, однако возможность быстрее и эффективнее выполнять многие производственные операции при использовании сжатого воздуха позволит в кратчайшие сроки окупить потраченные средства.
Высокие технические характеристики
Принцип работы винтовых компрессоров
Винтовые компрессоры оснащаются двумя винтами, лопасти оного из которых имеют вогнутую форму, а второго – выпуклую.
В рабочей камере компрессора находятся винты и корпус. При вращении роторов объем камеры увеличивается, между впадинами на ее стенках и концами лопастей образуется зазор, через который всасывается воздух. По достижении предельного размера камеры всасывание воздуха прекращается, патрубки изолируются. После этого во впадину ведомого ротора входит выступ ведущего ротора (от начала ротора и до нагнетательного отверстия). В некоторый момент две поверхности формируют совокупный объем, который начинает сокращаться под воздействием перемещения элементов в направлении отверстия. В результате происходит вытеснение сжатого газа.
В традиционной конструкции компрессора масло не подается внутрь рабочей зоны. Винты размещаются в корпусе, имеющем разъемы, расточки, уплотнители, камеру нагнетания и всасывания. Высокая скорость вращения роторов обеспечивается за счет подшипников опоры и упора.
Особенности конструкции винтовых компрессоров позволяют добиваться высокой эффективности при небольших габаритах, что обеспечило им широкое распространение в самых разных отраслях промышленности.
Принцип работы винтовых компрессоров
Режимы работы винтового компрессора
Все винтовые компрессоры, включая простейшие модели, имеют 5 режимов работы.
Пуск
Запускается электродвигатель, причем при этом предотвращается перегрузка сети. Подаваемое на силовую установку напряжение нарастает постепенно, работа начинается не ранее чем через 10-15 секунд после нажатия на кнопку включения.
Холостой ход
Аппарат подготавливается к работе с полной нагрузкой. Начинается вращение роторов на малых оборотах, происходит слабое нагнетание воздуха.
Рабочий режим
Компрессор работает на максимальной мощности, производя на выходе сжатый воздух.
Режим ожидания
Включается при достижении компрессором максимально допустимых показателей давления в камере. Скорость вращения винтов снижается, давление воздуха падает до значения, позволяющего возобновить нагнетание газа.
Остановка
При прекращении подачи электроэнергии на двигатель под действием инерции винты постепенно замедляют скорость вращения до полной остановки. Это необходимо для предотвращения поломки механизмов, вращающихся деталей, ведь мгновенная остановка вызовет перегрузки и избыточное напряжение материала.
Существуют модели винтовых компрессоров, которые оснащаются опцией Stop-Alarm. Она позволяет остановить компрессор при возникновении неполадок, повышении температуры или давления до критического значения. Срабатывание этого режима обычно происходит автоматически, однако его активация возможна и вручную при помощи кнопки на блоке управления.
Разновидности винтовых компрессорных установок
Для классификации винтовых компрессов могут использоваться разные основания.
В зависимости от вида привода различают три типа устройств:
- Ременные. Ремень используется для передачи вращения от электродвигателя к винтам.
- Прямые. Вращение передается от двигателя напрямую винтам через муфту. Это позволяет избежать потерь мощности.
- Редукторные. Винты и двигатель соединяются посредством зубчатого редуктора. Этот элемент позволяет изменять скорость вращения роторов.
В зависимости от наивысшего рабочего давления устройства бывают трех видов:
- компрессоры низкого давления – не более 3,5 бара;
- компрессоры среднего давления – не более 15 бар;
- компрессоры высокого давления – не более 35 бар.
В зависимости от источника питания силовой установки:
- автономные (дизельные) – используют жидкое дизельное топливо, подходят для работы на открытом воздухе при отсутствии источника электропитания;
- электрические – оснащаются электродвигателем, работающим от сети.
По характеру рабочей среды различают следующие виды винтовых компрессоров:
- воздушные – давление в пневматическом устройстве обеспечивается за счет сжатия воздуха;
- газовые – они используют сжатие другого газа, помимо воздуха;
- многослужебные – рассчитаны на работу с разными типами среды;
- многоцелевые – используют при работе разные газы при каждом режиме работы.
Безмасляные
Включают в себя компрессоры с водозаполненными камерами и камерами сухого сжатия.
Камеры сухого сжатия широко используются в приборостроении, медицине, пищевой промышленности.
Для достижения достаточно высокого давления воздуха, например в 10 бар, сжатие производится в два этапа, что позволяет избежать перегрева газовой среды.
- 1 этап: до достижения давления в 3,5 бара, затем производится охлаждение камеры;
- 2 этап: повышение давление до необходимого значения, в данном примере – до 10 бар.
Скорость вращения обоих роторов синхронизируется при помощи редуктора. Сухое сжатие обеспечивает отсутствие в поступающем воздухе примесей масла. Подобные компрессоры имеют высокую стоимость, их ремонт сопряжен со значительными материальными затратами, в процессе работы устройство создает шум, поскольку скорость вращения винтов очень высока.
Этими недостатками обусловлена разработка винтовых компрессоров с водозаполненными камерами. Современные модели имеют множество дополнительных опций, обеспечивающих ряд преимуществ перед устройствами с камерами сухого сжатия, а именно:
- максимальное сжатие воздуха достигает 13 бар, для получения которого не требуется промежуточного охлаждения камеры;
- высокая теплопроводность и теплоемкость воды обеспечивает минимальную разницу между температурой окружающего воздуха и температурой воздуха в камере – она не превышает 12 градусов по Цельсию;
- в сжатом воздухе отсутствуют посторонние примеси;
- минимальный объем отходов;
- высокая энергоэффективность и экономичное энергопотребление.
Масляные
Конструкция компрессоров с масляной камерой сходна с устройством безмаслянного оборудования. Разница в том, что для исключения контакта роторов, вращающих винты в противоположных направлениях, в винтовой блок впрыскивается масло. Мощность силовой установки при этом может варьироваться от 2,2 до 355 кВт и даже выше. Уровень шума при средней скорости вращения винтов составляет от 60 до 80 дБ, производительность – 60 м3/мин и больше.
Компрессоры могут быть также мобильными или стационарными. Передвижные модели имеют ограниченную мощность за счет использования винтов меньшего диаметра и малопроизводительной силовой установки. Для обеспечения значительного сжатия больших объемов газа используются стационарные установки, которые требуют предварительной подготовки основания для монтажа.
Разновидности винтовых компрессорных установок
Область применения винтовых компрессоров
Винтовые компрессоры находят самое широкое применение в различных отраслях промышленности.
- Химическое производство (используется сжатый воздух высокой степени очистки, для производства которого применяются газовые энергосберегающие установки).
- Медицина (воздух, подаваемый под высоким давлением, также необходим при выполнении различных медицинских манипуляций, производстве лекарств и т. д.).
- Изготовление полиэтилена (воздух используется в процессе равномерного выдувания тары).
- Системы охлаждения (сжатый воздух имеет лучшую охлаждающую способность, чем воздух при атмосферном давлении).
- Машиностроение и судостроение.
- Энергетика.
- Металлургия.
- Строительство (сжатый воздух позволяет распылять не только жидкость, но и сыпучие вещества).
- Передача усилия в устройствах, работающих на основе энергии сжатого воздуха.
- Поддержание высоких температур горения.
Признаки необходимости ремонта винтовых компрессоров
О необходимости ремонта масляного винтового компрессора свидетельствуют следующие признаки:
- Неполадки при запуске двигателя.
- В выходное отверстие не поступает сжатый воздух.
- Падение мощности компрессора.
- Рост расхода масла.
- Непроизвольное срабатывание предохранительного клапана.
- Частое срабатывание термостата или прерывателя сети, влекущее отключение компрессора.
- Выход из строя роторов.
- Рост давления в камере.
Проблемы при запуске компрессора часто обусловлены слишком никой температурой окружающего воздуха. В этом случае необходимо выполнить прогрев устройства.
При проблемах с перезапуском причина может заключаться во всасывающем клапане. В этом случае требуется его прочистка или замена.
Если из выходного отверстия не поступает сжатый воздух, то возможны неполадки в работе регулятора. Необходимо поверить исправность реле давления, подающего питание на электромагнитный клапан, соединенный с регулятором.
Падение мощности обычно вызывается засорением регулятора. Его нужно прочистить, для этого потребуется предварительно демонтировать всасывающий фильтр.
Рост расхода масла часто оказывается связан с неисправностью фильтра маслоотделителя или нарушением герметичности уплотнителя фильтра. Требуется замена соответствующих узлов.
В случае засорения маслоотделителя предохранительный клапан может открываться самопроизвольно. Необходимо удостовериться в отсутствии перепада давления между масляным сепаратором и трубопроводом, подающим сжатый воздух. Если выявлена значительная разница между показателями сжатия, то необходимо произвести замену фильтра
Признаки необходимости ремонта винтовых компрессоров
Срабатывание термостата и отключение компрессора может быть вызвано следующими причинами:
- Слишком высокая температура окружающего воздуха. В этом случае нужно проветрить помещение или понизить температуру в нем иным способом, а затем перезагрузить блок управления компрессора.
- Засор системы охлаждения масла. Необходимо выполнить чистку с использованием растворителя.
- Дефицит масла: проблема решается добавлением смазочной жидкости.
- Поломка термостата: требуется заменить неисправную деталь на новую.
Если во время работы несколько раз подряд срабатывает прерыватель сети, который отключает двигатель, проверьте показатель напряжения в сети. Если оно в норме, то перезагрузите блок управления.
Также причина данной неисправности может заключаться в перегреве двигателя. При отсутствии проблем с отводом тепла также необходимо перезапустить устройство.
При заклинивании роторов проблема практически всегда связана с подшипниковой группой. Такой ремонт не следует делать самостоятельно, лучше доверить его специалистам.
Непредвиденный рост давления в камере во время использования винтового компрессора может быть связан с неправильной работой клапана. Если он не закрывается, деталь необходимо заменить.
Популярные бренды винтовых компрессоров
Срок службы винтового компрессора в значительной степени зависит от его производителя. Рекомендуется отдавать предпочтение проверенным брендам: Abac, Atlas Copco, Berg, Comaro, Comprag, Dalgakiran, ERSTEVAK, Fini, Kraftmann, Remeza.
Abac
Итальянская компания, заводы которой располагаются в США, Германии, Италии, странах Азии. Продукция экспортируется более чем в 120 стан мира. Бренд зарекомендовал себя как один из ведущих мировых производителей вакуумного оборудования.
Comprag
Немецкий бренд с 20-летней историей. При производстве используются немецкие и российские технологии, что делает продукцию компании максимально пригодной для использования в российских условиях. Компрессоры изготавливаются в том числе и на территории России, поэтому проблем с поиском комплектующих не возникает.
Kraftmann
Немецкий бренд, находящийся на рынке уже более 70 лет. Продукция отличается использованием новейших технологий, сборка компрессоров выполняется на заводах в Германии. В линейке компании представлены модели как для промышленного, так и для бытового использования. Пристальное внимание к качеству позволило компрессорам данной фирмы завоевать заслуженное признание у потребителей.
ERSTEVAK
Компрессоры российского производства, которые продаются уже в течение 10 лет. Качество товаров не уступает лучшим европейским и американским аналогам. Следует отметить высокое качество и точность сборки, а также умеренную стоимость продукции. В линейке бренда присутствуют самые различные модели: с ресивером, с осушителем, с ресивером и осушителем, масляные, безмасляные. Подбор запасных деталей не вызывает проблем.
REMEZA
Белорусский бренд, который находится на рынке уже более 30 лет. Компрессоры данной марки очень популярны на рынке России и стран СНГ. Линейка продукции также включает в себя множество моделей разного типа и назначения: медицинские, промышленные, поршневые, винтовые, электрические, дизельные, масляные, безмасляные, стационарные, передвижные и др. Широкий выбор товаров позволяет компании успешно конкурировать с ведущими мировыми производителями.
Винтовое компрессорное оборудование нельзя назвать дешевым. Однако без его использования оказывается невозможным выполнение многих промышленных операций. Кроме того, цена обслуживание и эксплуатацию винтовых компрессоров значительно меньше, чем поршневых моделей, поэтому расходы окупаются очень быстро.
