Каталог статей.


Винтовой компрессор. Характеристики.

Сравнение традиционных в использовании центробежных или поршневых компрессоров и винтовых наглядно демонстрирует преимущества последних.

 

Перечислим их главные достоинства:

- более долгий рабочий ресурс;

- высокая надежность в работе;

- они могут работать непрерывно, в круглосуточном режиме;

- затраты на их эксплуатацию не велики;

- имеют автоматическую систему управления;

- не издают значительного шума при работе;

- получаемый сжатый воздух имеет высокую частоту;

- в пересчете на кубометр сжатого воздуха потребляют минимальное количество энергии.

 

Устройство и принцип работы

Существует несколько вариантов компоновки компрессоров. Рассмотрим самый распространенный. На входе установки находится всасывающий клапан. За ним расположен воздушный фильтр, потом винтовая пара. Это пара и является сердцевиной устройства. В ней воздух смешивается с маслом. Образующаяся воздушно-масляная смесь попадает в винтовой блок и нагнетается в пневматическую систему. Затем она попадает в сепаратор, где масло отделяется и поступает обратно в замкнутый контур. Воздух, очищенный от остатков масла, подается на выход компрессора. Масло может подаваться либо непосредственно на винтовую пару (малый круг), либо сначала направляется на охлаждающий радиатор. Маршрутизация зависит от температуры и управляется термостатом.

Работа компрессора обеспечивается электродвигателем. Включение и выключение двигателя в автоматическом режиме производится по сигналам реле давления или таймера, через контроллер.

Рассмотрим подробнее назначение, конструкцию и принцип работы узлов и агрегатов, составляющих винтовой компрессор.

Винтовая группа

Основной и центральный элемент конструкции данного аппарата - винтовая группа. А именно, пара взаимно зацепленных роторов "червячного" типа. Два ротора, ведущий и ведомый, имеют различное число заходов (витков). Наиболее частый случай - четырехзаходная резьба на ведущем и шестизаходная на ведомом. Данное передаточное число создает наименьшую нагрузку на ведущем винте и считается оптимальным. Сжатие воздуха происходит в объеме, появляющимся между витками роторов и корпусом компрессора. Рабочий цикл компрессора - один оборот ведущего винта. Из описания понятно, что для работы системы необходимо прецизионная (особо точная) обработка всего узла - как роторов, так и внутренней поверхности корпуса. А также идеальная подгонка обоих роторов друг к другу.

Винтовой компрессор отличается от поршневого принципом работы. В поршневой группе все основано на возвратно-поступательных движениях, которые приводят к высокому уровню вибрации и повышенному нагреву. Поэтому при использовании мощных поршневых насосов для промышленных установок необходимы мощные фундаменты. А использование систем водяного охлаждения влечет за собой построение градирен и систем оборотного водоснабжения.

Роль масла

Следует сразу же заметить, что в винтовых компрессорных устройствах масло выполняет несколько различных функций:

- обеспечение герметизации зазоров при помощи масляной пленки;

- исключение терния между роторами для более длительной работы без капремонта;

- транспортировка воздуха в воздушно-масляной смеси;

- смазка подшипников;

- теплоотвод.

Охлаждающий радиатор

Он служит для создания рабочей температуры. При критично высоких температурах, при нагреве выше 110°С, плотность масла значительно снижается. Это грозит заклиниванием винтовой пары и поломкой компрессора. Для снижения температуры оно направляется через масляный радиатор. Однако нельзя допускать и переохлаждения масла, тогда оно приобретает высокую вязкость. К тому же при низких температурах масляно-воздушная смесь может образовывать конденсат, и качество исходящего воздуха ухудшается. Для поддержания температуры масла и направления его по тому или другому кругу используется термостат. До достижения маслом температуры 70°С оно направляется по "малому кругу", то есть минует термостат и возвращается из сепаратора непосредственно на винтовую пару. Когда масло достигает необходимой температуры, термостат открывается и подключается "большой круг", через радиатор.

Радиатор является комбинированным, воздушно-масляным. Он состоит из двух секций, для охлаждения и масла, и воздуха. Охлаждение радиатора осуществляется вентилятором, нагнетающим воздух внутрь компрессора. Чтобы обеспечить максимально эффективное движение воздуха внутри устройства, необходимо закрывать в процессе работы все панели. В таком режиме отбор тепла, возникающий в процессе сжатия воздуха, наиболее эффективен. В дальнейшем этот теплый воздух может быть использован вторично, например, в холодный период для обогрева помещений.

Сепаратор масла

Винтовая пара работает только тогда, когда постоянно находится в воздушно-масляной смеси. При этом возникает следующая проблема, как отделить масло от воздуха для последующего их использования и очистки. Для этого используются следующие узлы:

- фильтр для отделения масла;

- ресивер-маслосборник;

- устройство для подачи масла обратно в систему.

Максимальная эффективность очистки воздуха обеспечивается трехступенчатой системой очистки. Она же возвращает масло в систему, что гарантирует надежность и продолжительную работу устройства. При надежной работе всех систем остаточное количество в сжатом воздухе масла составляет не более 3 мг на кубометр.

Первым этапом отделения является центробежный и гравитационный. Смесь воздуха с маслом поступает от винтовой группы в ресивер по шлангу, и попадает в маслоотделитель. Здесь частицы масла ударяются о стенки, и под действием центробежной силы и силы тяжести опускаются вниз.

Вторым уровнем очистки является маслоотделительная перегородка. Она расположена выше входного отверстия, в средине ресивера. Поднимающаяся смесь из масла и воздуха проходит через отверстия, и на поверхности оседают частицы масла.

И третьим, окончательным элементом является фильтр отделения масла. Это обычный фильтрующий элемент из керамики. Задержанное фильтром масло стекает вниз, накапливается в углублении и затем поступает в винтовой блок по соединительной трубке.

На прозрачной соединительной трубке сделано специальное утолщение в виде цилиндра. Такой элемент конструкции позволяет оценить визуально эффективность работы фильтра. Если количество масла увеличивается, эффективность работы системы фильтрации и маслоотделения снижается. Ресивер отбора масла имеет предохранительный клапан, который открывается при опасном превышении давления.

Кроме того, для очистки от твердых частиц и загрязнений используется масляный фильтр. Попадание таких частиц на роторы или в подшипники может вызвать поломку системы.

Воздушный фильтр

На входе компрессора устанавливается воздушный фильтр. Его предназначение - очистка поступающего воздуха от пыли и посторонних частиц, которые могут повредить винтовую пару. Это обеспечивает долговечность и надежность работы устройства. При засорении фильтра может произойти перегрев двигателя, что вызовет аварийную остановку системы.

Всасывающий клапан

Установленный на входе компрессора всасывающий клапан предотвращает выход наружу сжатого воздуха при остановке компрессора. Обычно это пневматический подпружиненный клапан, который в режиме всасывания постоянно открыт. Управление его работой происходит при помощи электропневматического клапана холостого хода, который является составляющим элементом системы пневмоавтоматики. Его задачей является снижение давления в компрессоре до 2,5 бар при штатной остановке электродвигателя. Если этого не сделать, то при остановке может пройти выброс масла, связанный с инерционностью всасывающего клапана. Также возникает опасность гидравлического удара при внезапной остановке компрессора.

Клапан холостого хода предназначен для открытия канала, который соединяет пространство маслоотделительного фильтра с всасывающей областью винтовой пары через дроссельное отверстие. Диаметр дроссельного отверстия регулируется при изготовлении компрессора на заводе. Оно рассчитывается так, чтобы за определенное время давление на входе всасывающего клапана опустилось до 2,5 Бар. При таком давлении всасывающий клапан автоматически закрывается, можно выключать двигатель.

Клапан минимального давления

Это еще одно устройство, которое обеспечивает работу компрессора на холостом ходу. Клапан остается закрытым, пока внутреннее давление не составит 4-5 бар. Такое давление считается минимально допустимым для начала работы. Вместе с тем, клапан минимального давления играет роль обратного клапана на холостом ходу или остановке, перекрывая пневмолинию.

Управляющее реле времени и датчик давления

Эти устройства обеспечивают автономную работу устройства в автоматическом режиме.

Работа под управлением датчика давления.

Когда давление в сите достигает заданного максимального уровня (например, 10 Бар), сигнал подается на контроллер. Он включает клапан холостого хода, и компрессор переводится в соответствующий режим. Когда давление опускается до минимального уровня (например, 8 бар), датчик вновь подает сигнал контроллеру. Клапан холостого хода закрывается, и воздух начинает нагнетаться в систему. Если за это время компрессор выключился, то контроллер запускает электродвигатель.

Винтовая пара вращается электродвигателем. Связь осуществляется через шкивы и ременную передачу. Размеры шкивов задают передаточное число и скорость вращения блока винтов. Чем выше максимально развиваемое компрессором давление, тем ниже должна быть скорость вращения. И тем меньше будет производительность компрессора.

Для защиты от аварии используется две независимые системы - датчик термозащиты и электродвигателя и выходной группы. Датчик термозащиты двигателя срабатывает при превышении предельного значения по потребляемому току. Он включает реле, отключающее двигатель от сети. Датчик температуры, установленный в выходном патрубке, передает сигнал на АЦП индикации. Когда температура на выходе превышает предельное значение (105°C), срабатывает реле и отключается двигатель.

Режимы работы компрессора

Условно работу винтового компрессора можно разделить на несколько этапов. Рассмотрим их подробнее.

Режим запуска

Этот режим необходим для того, чтобы минимизировать нагрузку на электросеть при запуске двигателя компрессора. Непосредственно после запуска двигатель подключается по схеме "звезда". Такой метод подключения обеспечивает наименьшую нагрузку на сеть. Одновременно включается таймер. Первый этап длится от 2 до 20 секунд, после чего двигатель переводится в рабочий режим, то есть используется подключение "треугольником". После выхода на рабочий режим (2-5 секунд), контроллер подает сигнал на переход в рабочий режим.

Рабочий режим

Основной режим работы устройства. Он обеспечивает нагнетание в систему воздуха для создания необходимого давления. Давление в системе отображается на индикаторе, который размещен на лицевой панели устройства. Кроме того, давление можно контролировать манометром, размещенном на ресивере. Если осуществляется первое включение, давление в линии и в компрессоре должно быть одинаковым. При достижении предустановленной величины реле давления подает сигнал на контроллер, и компрессор переводится из рабочего в режим холостого хода.

Холостой ход

Этот режим – главное отличие винтовых компрессоров от поршневых. Его длительность регулируется контролирующими устройствами - таймером или реле давления. Компрессия в этом режиме не создается, а винтовая группа продолжает работать, прогоняя воздух внутри компрессора по внутреннему контуру, для охлаждения. Это переходный режим, который используется для того, чтобы перевести систему из рабочего режима в режим отключения или ожидания. Он также включается при нажатии клавиши "Стоп".

Реле давления при достижении заданного значения выдает сигнал на контроллер, который открывает клапан холостого хода. Одновременно запускается реле времени. Клапаном открывается перепускной канал, для выравнивания давления между всасывающим клапаном и маслоотделительным фильтром. Возникает разница давления в системе и в компрессоре, и оно начинает снижаться.

Дроссельное отверстие отрегулировано в заводских условиях так, чтобы давление снижалось до величины 2,5 Бар за 1-2 минуты. В таком случае выключение двигателя не вызывает выбросов масла и гидроударов. Если за установленный на реле период времени давление в пневмосистеме не упало ниже установленного уровня, контроллер выключает электродвигатель, и устройство переходит в режим ожидания. Но если давление становится ниже минимально допустимого (например, 8 Бар), то по сигналу от реле давления контроллер закрывает клапан холостого хода и переводит компрессор в рабочий режим.

Режим ожидания

Этот режим характеризуется тем, что электродвигатель отключен, но может включиться по команде от реле давления. В таком режиме компрессор может находиться сколь угодно продолжительное время, в зависимости от устойчивости давления в системе. По сигналу от реле давления контроллер автоматически включает пусковой, а после этого - рабочий режим. После достижения максимального значения давления в системе снова происходит автоматическое возвращение в режим холостого хода, а затем переход в режим ожидания.

Режим "Стоп"

Данный режим используется для штатного отключения устройства. Он производится нажатием клавиши остановки. Если система при этом находилась в рабочем режиме, то она переводится в режим холостого хода. Затем, через установленное на таймере время, отключается от сети.

Режим "ALARM-STOP"

Осуществляется нажатием клавиши экстренного отключения. Может быть применен при экстренных ситуациях, если необходимо отключить двигатель срочно, например, при угрозе аварии. В этом случае двигатель отключается без перехода в режим холостого хода.

Итоги

Конструкция винтового компрессора проста, надежна и долговечна. Он рассчитан на бесперебойную работу в течение длительного времени. Мы рассмотрели только базовый, наиболее простой вариант устройства такого прибора. Несмотря на то, что такой же принцип заложен в основу всех типов винтовых компрессоров, в конструкцию некоторых моделей могут быть внесены дополнительные изменения.

Надежность и срок службы прибора зависят, прежде всего, от точности обработки главного компонента - винтового блока. Но влияют на него и другие факторы: выполнение регламентных работ, грамотное техническое обслуживание и соблюдение условий эксплуатации.