какие винтовые компрессоры имеют синхронизирующие шестерни
Глава 6. Винтовые компрессоры
Изобретателем винтовых компрессоров является шведский ученый А.Лисхольм.
Винтовые компрессоры – это двухроторные компрессоры с внутренним сжатием. Оба ротора этого компрессора имеют форму винта с большим углом подъема (рис. 61) и, как правило, неодинаковое число зубьев у каждого ротора. Ведущий ротор с тремя или четырьмя зубьями совершает от 1 300 до 30 000 об/мин (скорость вращения обратно пропорциональна величине машины). Вал этого ротора имеет или непосредственный привод от турбины или через повышающий редуктор приводится от электродвигателя либо от двигателя внутреннего сгорания. С ведомым ротором, который имеет 4–6 впадин, главный ротор соединен синхронизирующей парой шестерен, которая передает только 5–10% мощности компрессора. Вход газа в ротор и его выход из ротора расположены на противоположных сторонах машины по диагонали. У одноступенчатых винтовых компрессоров хорошие экономические показатели работы машины достигаются при степени повышения давления до 4, у двухступенчатых – до 11. У двухступенчатых винтовых вакуум-насосов достигается вакуум до 97%.
Рис. 61. Винтовой компрессор:
1 – ведущий ротор; 2 – ведомый ротор; 3 – синхронизирующие шестерни; 4 – упорный подшипник;
5 – радиальный подшипник; 6 – масляное уплотнение; 7 – графитовое уплотнение; 8 – вход охлаждающего масла в ротор; 9 – редуктор; 10 – торсионный вал; 11 – подшипник скольжения шестерни; 12 – подшипник качения зубчатого колеса; 13 – масляный насос с двигателем
Винтовые компрессоры соединяют в себе достоинства как объемных компрессоров, так и динамических и почти свободны от их недостатков. Винтовые компрессоры имеют исключительно малый вес, небольшие размеры, и для них требуется небольшой фундамент.
Очень небольшие размеры и малый вес позволяют поставлять собранные агрегаты винтовых компрессоров с минимальными монтажными работами на месте установки. Большим достоинством винтовых компрессоров является возможность нагнетания газа без примесей масла. Так как в винтовых компрессорах с синхронизирующими шестернями между роторами и между роторами и стенкой цилиндра все время имеется небольшой зазор и соприкосновения движущихся частей с неподвижными не происходит, то подача масла в цилиндр не обязательна. Поэтому эти компрессоры хорошо зарекомендовали себя при сжатии газов и паров, разлагающих либо растворяющих масло. При эксплуатации компрессорных станций, оснащенных винтовыми компрессорами, работающими без смазки цилиндра, не возникает опасности вспышки и взрыва масла в трубопроводах или в ресивере.
Возможность эксплуатации винтовых компрессоров без смазки цилиндра делает их пригодными для сжатия горячих газов. Температура всасывания, не угрожающая нормальной работе компрессора, может достигать 100°С, а температура нагнетания – 425°С. С другой стороны, винтовые компрессоры пригодны и для холодильных установок с самыми низкими температурами кипения как вследствие того, что поверхности теплопередачи установок со стороны холодильного агента не покрываются масляной пленкой, так и вследствие отсутствия всасывающих клапанов, что дает возможность работать при очень низких давлениях кипения (до 0,002 Мн/кв.м).
На долговечность эксплуатации винтовых компрессоров не влияет значительное содержание пыли при наличии капельной жидкости в сжатом газе, наоборот – в этих случаях уменьшаются потерн от неплотностей. Винтовые компрессоры по сравнению с центробежными имеют ряд преимуществ: отсутствие помпажной зоны; степень повышения давления газа у винтовых компрессоров практически не зависит от скорости вращения роторов; не требуется специальных высококачественных материалов, применяемых для колес лопаточных машин; винтовые компрессоры имеют высокий КПД и при малой производительности.
В винтовых компрессорах газ не достигает звуковых скоростей, а скорость вращения роторов значительно меньше критической. Трудоемкость изготовления винтовых компрессоров меньше, чем центробежных.
В отличие от компрессоров с возвратно-поступательным движением поршня винтовые компрессоры не имеют клапанов. Газ нагнетается равномерно и поэтому не требуется ресивера для гашения пульсации газа в трубопроводах. Расход масла в винтовых компрессорах незначительный, износа роторов нет и поэтому за длительный период эксплуатации их энергетические показатели не ухудшаются. Во избежание задиров в подшипниках или роторах мри эксплуатации для винтовых машин предусматривается блокировка.
Недостатками винтовых компрессоров являются: невозможность менять степень повышения давления в значительных пределах; высокая скорость вращения, поэтому для малых и средних машин требуется повышающий редуктор между двигателем и компрессором; высокая точность изготовления компрессора и редуктора. Недостатком является также вредный для здоровья шум, издаваемый винтовыми компрессорами, в первую очередь, из-за колебания давлений на всасывании и нагнетании, поэтому эти компрессоры снабжаются мощными глушителями на всасывающем и нагнетательном патрубках. Кроме того, требуется проведение многих других шумоизоляционных работ. Даже при обильном охлаждении у винтовых компрессоров показатель политропы сжатия выше показателя адиабаты главным образом вследствие того, что основными потерями в этих машинах являются потери от неплотности. При перетекании горячего газа и нагреве от горячих стенок температура газа повышается и увеличивается показатель политроны.
Ремонт винтовых компрессоров и профилактика неисправностей оборудования
Смотрите также
Винтовые компрессоры являются разновидностью ротационного оборудования. Принцип их работы основан на вращении двух роторов, которые и называют винтами.
Первый винтовой компрессор был разработан шведским ученым Элиотом Лисхольном, образец выпустили в 1934 году. С тех пор изобретение перетерпело множество изменений, но принцип его работы остался прежним.
Сегодня винтовые агрегаты практически полностью вытеснили другие типы компрессоров из пищевой, стекольной, химической промышленности, а также других отраслей производства, использующих большое количество сжатого воздуха.
Устройство и принцип работы винтового компрессора
Винтовой компрессор обеспечивает преобразование электрической энергии в воздушно-газовый толчок.
Основным узлом этого устройства является винтовой блок (см. рис. ниже). Он состоит из корпуса (1) и расположенной в нем винтовой пары (2 и 3) – ведущего и ведомого ротора.
В средней части роторов имеются утолщения, на которых нарезан винтовой профиль. Зубья ведущего ротора имеют выпуклую и широкую форму, ведомого – тонкую и вогнутую.
Роторная пара установлена на втулки или подшипники, между винтами предусмотрен минимальный зазор (от 0,1 до 0,4 мм). Роторы вращаются навстречу друг другу, соблюдая принцип ведомости. Их движение синхронизируется с помощью шестерен (4), закрепленных на валах роторов. Герметичность корпуса обеспечивают сальники и уплотнители.
В корпусе компрессора также предусмотрены полости для охлаждения (5), в которые, если это предусмотрено, подается жидкость (вода, масло).
Принцип работы винтового компрессора заключается в следующем.
После начала вращения роторной пары через впускное отверстие и регулятор всасывания начинает поступать воздух, который заполняет винтовые впадины по всей длине. Дальнейшее проворачивание винтов уменьшает объем рабочей камеры и увеличивает давление в ней. Когда впадины винта соединяются с выпускным отверстием компрессора, сжатая среда через радиатор охлаждения выходит через выпускное окно агрегата.
В масляной разновидности компрессора воздух на этапе попадания в роторный блок смешивается с очищенным маслом, которое поступает в него точно дозированными порциями. Перед выходом сжатая смесь проходит через картридж сепаратора. Масляные фракции отделяются от воздуха и снова поступают в роторный блок.
В безмасляных компрессорах (сухого сжатия) из-за сильного разогрева воздуха сжатие происходит в две ступени с промежуточным охлаждением. Компрессионный модуль таких устройств состоит из двух винтовых блоков на общей раме. Они оснащены каналами для подачи охлаждающей жидкости. Водно-гликолевый раствор принудительно нагнетается насосом, а затем охлаждается в теплообменнике. Чтобы обеспечить максимально возможную герметичность блока, роторы безмасляных компрессоров имеют повышенную частоту вращения (до 6 000 об/мин), что обеспечивается шестеренным мультипликатором.
Виды винтовых компрессоров
В настоящее время изготавливается множество различных типов винтовых компрессорных устройств. Они могут классифицироваться по различным критериям: по заполнению камеры, по сжимаемой среде, типу привода и т.д.
Двумя основными разновидностями винтовых компрессоров являются маслозаполненные модели и безмасляные устройства.
Маслозаполненные компрессоры чаще всего используются в производственных цехах. Процесс работы их роторов смягчается впрыскиванием масла. Оно же способствует отведению излишков тепла.
Безмасляные компрессоры применяются в тех сферах промышленности, которые требуют получения сжатого воздуха высокой степени чистоты: пищевой, фармацевтической, химической и прочих.
Существуют безмасляные компрессоры сухого сжатия и водозаполненные устройства. Первые оснащаются двигателями синхронного типа, которые приводятся в движение обоими винтами. Они хуже, чем маслозаполненные, отводят тепло, поэтому имеют более низкую производительность.
Водозаполненные компрессоры используют вместо масла обычную воду, которая делает тепловую нагрузку на детали минимальной. Срок службы, надежность и безопасность таких устройств намного выше, чем у компрессоров сухого сжатия. При этом обходятся они дешевле, чем масляные – благодаря более низкому энергопотреблению и меньшим также затратам на обслуживание (замену масляных фильтров, емкостей для отработанной масляной жидкости и пр.).
По сжимаемой среде компрессоры бывают воздушными, газовыми и многоцелевыми, пот типу привода – ременными и прямыми, по виду используемой энергии – дизельными и электрическими.
В зависимости от степени сжатия воздуха/газа выделяют компрессоры низкого (до 1 Мн/м 2 ), среднего (до 10 Мн/м 2 ) и высокого (более 10 Мн/м 2 ) давления.
Преимущества винтовых компрессоров
Основными преимуществами винтовых компрессоров являются компактные размеры, не слишком большой вес, надежность и долговечность.
Отличная работоспособность винтового компрессора объясняется отсутствием клапанов, простой системой смазки и охлаждения. Практика показывает, что за время эксплуатации одного такого устройства предприятие может поменять около 5 машин поршневого типа.
Обслуживание безмасляного винтового компрессора
В первую очередь, необходимо отметить, что роторные компрессоры любого типа, а безмасляные – в первую очередь, не предназначены для сильно запыленных помещений.
Абразивные частицы, попадающие внутрь винтового блока, повреждают поверхности роторов и нарушают геометрию их форм. В результате вращающиеся винты начинают соприкасаться, что вызывает повышенное трение, образование задиров и схватываний.
Многие производители в целях защиты от износа и коррозии наносят на роторы специальные защитные покрытия.
Первыми это начали делать зарубежные производители. Обработка роторов специальными полимерными составами позволяла не только снизить вероятность их контакта с последующим образованием задиров, но и сократить затраты на точную механическую обработку поверхностей.
За счет включения мельчайших частиц твердых смазочных материалов полимерные покрытия имеют высокие антифрикционные свойства, что позволяет им эффективно снижать трение и препятствовать образованию задиров.
Покрытия выравнивают поверхности роторов, чем упрощают их приработку и обеспечивают динамическое уплотнение. Защитный слой, который создают эти материалы на винтовой паре, предотвращает коррозию металла, которую может вызвать попадание воды или агрессивных охлаждающих растворов.
Со временем заводские покрытия изнашиваются, и чтобы решить вопрос их восстановления, необходимо пользоваться готовыми антифрикционными материалами. Ранее такие составы были исключительно импортными, однако сегодня их производство налажено и в нашей стране.
Российская компания «Моденжи» разработала серию антифрикционных твердосмазочных покрытий для винтовых компрессоров, которые могут применяться как при производстве, так и при ремонте роторов.
Покрытия MODENGY наносятся на поверхности деталей слоем до 100 мкм, затем, после приработки, толщина уменьшается в 2-2,5 раза и становится оптимальной.
Полимерная матрица покрытия прочно удерживает в своих ячейках частицы твердых смазочных материалов, выполняющие антифрикционную и противозадирную функции.
При обслуживании безмасляных винтовых компрессоров применяются покрытия MODENGY 1007, MODENGY 1014 и MODENGY 1066.
Перед нанесением покрытия с поверхностей роторов удаляются остатки старых смазок, пыль и другие загрязнения. Для полной очистки и обезжиривания винтовой пары используется Специальный очиститель-активатор MODENGY. Его применение способствует высокой адгезии будущего покрытия и гарантирует долгий срок его службы.
Антифрикционные составы наносятся на роторы в несколько слоев, затем детали подвергаются нагреву для полимеризации покрытий. Все материалы отверждаются при нагреве свыше +200 °С в течение 20-40 минут (точное время зависит от вида покрытия).
Роторы с покрытием MODENGY в дальнейшем не требуют повторной обработки – правильно нанесенный защитный слой не стирается, так как не дает винтовым поверхностям вступать в контакт.
Признаки необходимости ремонта масляных винтовых компрессоров
Масляный винтовой компрессор нуждается в ремонте, если наблюдаются:
Причиной трудности с запуском винтового компрессора может быть низкая температура окружающего воздуха. Проблема решается после его прогрева.
Если устройство не перезапускается, необходимо проверить состояние всасывающего клапана – скорее всего, он загрязнен и плохо закрывается. В таком случае требуется прочистка или замена детали.
Отсутствие сжатого воздуха в выходном отверстии аппарата – признак закрытия регулятора. Чтобы устранить эту неисправность, потребуется проверить работоспособность реле давления, который подает питание на электромагнитный клапан, связанный, в свою очередь, с регулятором.
Понижение производительности компрессорного оборудования чаще всего связано с засорением регулятора. Чтобы демонтировать его для очистки, потребуется снять всасывающий фильтр.
Большой расход масла в компрессоре может быть вызван поломкой фильтра маслоотделителя или нарушением герметичности уплотнений этого фильтра. В обоих случаях проблема решается заменой деталей.
Если фильтр маслоотделителя засорился, предохранительный клапан может начать открываться непроизвольно. В таком случае требуется проверить, существует ли перепад давления между резервуаром масляного сепаратора и трубопроводом, в котором находится сжатый воздух. Если проблема есть, она решается заменой фильтра.
Отключение компрессора термостатом может происходить по несколькими причинами:
При постоянном срабатывании прерывателя сети и отключении двигателя следует проверить напряжение и, если показатели в норме, перезапустить аппарат.
Прерыватель цепи может также срабатывать при перегреве двигателя. Если при этом режим отвода тепла не нарушен, необходимо перезапустить оборудование.
Ремонт роторного блока при его поломке возможен только в случае выхода из строя подшипников. В случае заклинивания роторов ремонт следует доверить специалистам.
Проблема повышенного давления в компрессоре может быть вызвана отсутствием команды на закрытие регулятора. В первую очередь, необходимо проверить эту деталь, а также состояние электромагнитного клапана (он должен быть закрыт). При необходимости их следует заменить.
Винтовой компрессор — устройство, схема и принцип работы
Данное ротационное оборудование широко используется при организации пневматических систем. Поэтому с разных сторон рассмотрим, что такое винтовой компрессор: описание, конструкция, принцип работы и другие важные его особенности будут в фокусе нашего с вами внимания. Максимум информации, чтобы вам было проще выбрать модель, отвечающую требованиям по производительности, рабочему давлению и потребляемой мощности.
Немного истории: первый рабочий вариант объемной машины винтового типа для сжатия представил миру шведский инженер Элиот Лисхольм, в уже далеком 1934 году. Устройство было интересным и перспективным, но была большая проблема в низкой энергоэффективности, которая оказалась ниже, чем у поршневых компрессоров.
Популярность и повсеместное использование винтовые компрессоры получили спустя несколько десятилетий, когда были изобретены ассиметричные роторы винтового блока. В это же время, новые технологии позволили изготавливать высокоточный профиль роторов, который обеспечивал минимальные утечки при сжатии. Современные версии отличаются низким энергопотреблением и уровнем шума.
Особенности и преимущества винтовых компрессорных агрегатов
Сегодня именно они являются наиболее используемым оборудованием для сжатия воздуха и почти полностью вытеснили собой другие разновидности. Объектами для их установки становятся предприятия практически всех видов промышленности:
Причины популярности лежат в многочисленных достоинствах, ключевым из которых является механизм сжатия. Используемые в данном случае роторы с вращающимися по направлению друг к другу зубьями показывают себя надежнее, чем поршни с их возвратно-поступательным движением, а также обеспечивают компактность размеров и легкость веса.
Также стоит учитывать, что винтовой компрессор – это агрегат, нагнетающий воздух постоянно, а не импульсами, и поэтому не нуждается в подключении ресивера. Это удешевляет эксплуатацию.
В числе других преимуществ (по сравнению с поршневыми моделями).
Отдельным преимуществом является воздушное охлаждение, благодаря которому нет нужды встраивать оборотное водоснабжение и, что даже важнее, появляется возможность вторично использовать выделившееся тепло.
Что представляет собой винтовой компрессор: устройство и принцип работы
Это устройство для сжатия и подачи воздуха или других газов. Переходим к назначению деталей.
Составные части
В общем случае это:
Принцип работы винтового компрессора подробно
Пошагово он выглядит следующим образом:
Процесс сжатия проходит в автоматическом режиме, отличается простотой и эффективностью. И это очередное преимущество и еще одна причина использовать именно рассматриваемое оборудование.
Как работает винтовой компрессор, в каких режимах
Возможно несколько функциональных состояний:
Разновидности винтовых компрессорных установок
Существует ряд признаков, по которым классифицируют все актуальные модели. Рассмотрим главные из них.
По типу привода выделяют:
По максимальному рабочему давлению устройства бывают:
По типу потребляемой энергии:
По характеру рабочей среды выделяют:
Отдельно отметим, что по характеру заполнения камеры все существующие сегодня модели могут быть одного из двух типов, и это настолько серьезный классификатор, что он заслуживает более подробного рассмотрения. Итак, есть пара вариантов.
Безмасляные
В свою очередь, также подразделяются на 2 вида, первый из которых – сухого сжатия. Данный вариант востребован в приборостроении, микробиологическом производстве, пищевой и фармацевтической промышленности.
Его особенность в том, что для достижения давления, скажем в 10 бар, процесс сжатия необходимо разделить на две стадии. В одну не получится, так как газовая среда чересчур сильно нагревается. Поэтому:
Обороты роторов первой и второй ступени синхронизирует редуктор. Сам принцип действия винтового компрессора сухого сжатия позволяет сразу получать стопроцентно чистый воздух, без каких-либо примесей, но стоит такое оборудование сравнительно дорого, его ремонт сопровождается значительными затратами, и в процессе эксплуатации оно достаточно сильно шумит из-за очень высоких скоростей вращения роторов винтового блока.
Поэтому применение нашла вторая разновидность – водозаполненные модели. Сегодня они еще более востребованы во всех перечисленных сферах и даже считаются самыми технологичными, из-за следующих их преимуществ:
Масляные
Устройство винтового компрессора и его схема работы аналогичны общему случаю: есть два ротора, ведущий и ведомый, которые, вращаясь по направлению друг к другу, всасывают и сжимают воздух. Для предотвращения непосредственного контакта роторов, в винтовой блок впрыскивается масло. двигатели современных моделей – от 2,2 до 355 кВт и более;
Могут быть передвижными и автономными, на дизтопливе или бензине, но наиболее мощные варианты, как правило, стационарные, устанавливаемые в производственных цехах и на других закрытых площадках. Монтаж винтового компрессора осуществляется сравнительно просто и быстро, без предварительной заливки фундамента.
Ремонт и обслуживание: основные неисправности и их устранение
Естественно, есть определенные требования к условиям эксплуатации. Данное роторное оборудование не предназначено для сильно запыленных и/или холодных помещений, температура в которых падает ниже +5°C. С другой стороны, постоянное присутствие человека не является обязательным условием, так как в случае сбоя, перегрева или аварии предусмотрена функция экстренного отключения. Современные модели также не нуждаются в установке каких-либо вспомогательных систем – они полностью самодостаточны.
В процессе использования необходимо лишь своевременно проводить плановое техническое обслуживание компрессора, в соответствии с руководством по эксплуатации. В остальном же все просто, особенно при наличии электронного управления: график работы винтового компрессора может быть запрограммирована на недели вперед. Таким образом, практически все время компрессор работает без постоянного присутствия обслуживающего персонала.
Хотя в процессе длительной эксплуатации все-таки могут возникать определенные неисправности.
Заключение
Подробно рассмотрев винтовые компрессоры, устройство и принцип действия, можно сделать один простой вывод. Это довольно надежное, производительное, безопасное и удобное оборудование, особенно по сравнению с поршневым. Несмотря на то, что первоначальные затраты на покупку винтового компрессора выше, чем поршневого, стартовые расходы на их приобретение многократно окупаются в перспективе многолетней эксплуатации, тем более когда вы заказываете одну из них в ALMiG. У нас – выгодные цены, компетентная помощь при выборе, гарантии оригинальности и многое другое, обращайтесь.
И напоследок – немного интересной визуальной информации. Познакомьтесь с порядком и принципами работы винтового компрессора, видео раскрывает их в полной мере.