Устройство и принцип работы винтового компрессора

Преимущества

Винтовые компрессоры сконструированы таким образом, чтобы производительность и ресурс двигателей малой мощности росли, а энергопотребление снижалось вполовину. К преимуществам такого рода оборудования относятся компактные размеры, не слишком отягощающий вес, надежность, долговечность.

Винтовые агрегаты не требуют непрерывного обслуживания, поскольку способны длительное время работать в автономном режиме. Они быстро монтируются в собственных рамах без специально обустроенного фундамента, минимально вибрируют при функционировании.

Винтовые типы оснащаются изолирующими шум кожухами, работают тише прочих. В цехах с ними сохраняются максимально комфортные условия для людей.

Большинство представителей описываемого класса оснащаются цифровой платой управления. За счет этого легко менять давление, программировать циклы процессов на таймер, регулировать потребление энергии. Производить действия можно удаленно.

Среди главных преимуществ нельзя не отметить низкий расход масла. На 1 м3 уходит примерно 2-3 мг смазочного материала, что в разы меньше, чем у поршневых модификаций. Данный показатель важен для качества выходящего воздуха. Винтовая конструкция работает чище других, а значит, не нуждается в дополнительных фильтрах, может применяться даже для пневматических машин.

Воздушный принцип охлаждения избавляет от необходимости встраивать систему оборотного водоснабжения и позволяет использовать тепло компрессора вторично (например, для обогрева цехов).

Рассказ про компрессоры одного из производителей от специалиста

Распространенные неисправности винтовых компрессоров и их устранение

Длительная эксплуатация любого оборудования приводит к тому, что оно требует либо сервисного обслуживания, либо серьезного ремонта. Не являются исключением и компрессоры, основным узлом которых является роторный блок.

Ремонт винтовых компрессоров своими руками вполне возможен в следующих случаях:

• аппарат с трудом запускается;
• компрессор не перезапускается;
• в выходном патрубке агрегата отсутствует сжатый воздух;
• низкая производительность;
• чрезмерный расход масла;
• непроизвольное срабатывание предохранительного клапана;
• отключение аппарата термостатом;
• отключение агрегата прерывателем сети;
• поломка роторного блока;
• повышенное давление.

Аппарат плохо запускается

Причиной того, что агрегат запускается с трудом, может быть низкая температура окружающего воздуха. Запуск компрессора произойдет только после прогрева помещения, в котором он установлен.

Устройство не перезапускается

Данная поломка вызывается плохим закрытием всасывающего клапана. Проблема решается прочисткой клапана. Если данная процедура не решила проблему, то клапан всасывания следует заменить.

Отсутствие сжатого воздуха

Если в выходном отверстии аппарата отсутствует сжатый воздух, то это признак закрытия регулятора. Чтобы устранить неисправность, потребуется проверить работоспособность реле давления. Именно этот узел подает питание на клапан, являющийся электромагнитным, который, в свою очередь, связан с регулятором.

Низкая производительность

Понижение производительности оборудования также связано с закрытием регулятора. В данном случае поломка вызывается засорением последнего. Чтобы производительность аппарата пришла в норму, требуется снять всасывающий фильтр, открыть или демонтировать регулятор, и хорошо прочистить его.

Чрезмерный расход масла или его утечка

Большой расход масла может вызывать сломанный фильтр, установленный в маслоотделителе, или негерметичность уплотнений этого же фильтра. В обоих случаях проблема решается заменой данных деталей.

Важно! Вызвать утечку масла может незакрытый регулятор или чрезмерно повышенное давление в системе. В первом случае следует проверить исправность электромагнитного клапана и регулятора. Во втором — подвергнуть проверке манометр

Во втором — подвергнуть проверке манометр.

Открытие предохранительного клапана

Данная поломка может возникнуть, если фильтр маслоотделителя засорился. Требуется проверить, существует ли перепад давления между масляным сепаратором, то есть его резервуаром и трубопроводом, в котором находится сжатый воздух. Проблема решается заменой фильтра.

Срабатывание термостата

Отключение агрегата термостатом может вызываться несколькими причинами.

1. Высокая температура окружающей среды. Следует обеспечить помещение с оборудованием хорошей вентиляцией, после чего нажать кнопку “reset” и перезагрузить аппарат.
2. Засорение охладителя масла. Требуется прочистить охладитель с применением растворяющей жидкости.
3. Низкий уровень масла. Следует долить необходимое количество последнего.
4. Неисправность термостата. Деталь следует заменить на исправную.

Отключение двигателя прерывателем сети

Срабатывание прерывателя цепи может вызвать низкое напряжение в сети. Следует проверить напряжение и, при его нормальных показателях, перезапустить аппарат, нажав на кнопку “Reset”.

Также прерыватель цепи может сработать при перегреве двигателя. В первую очередь, нужно проверить теплоотвод от электромотора. Если режим отвода тепла не нарушен, то произведите перезапуск оборудования. В случае, когда перезапуск не происходит, следует подождать несколько минут и снова повторить попытку.

Поломка роторного блока

Если обратить внимание на описание роторного блока, которое приводилось выше, то станет понятно, что его ремонт возможно произвести только в случае выхода из строя подшипников. В случае заклинивания роторов ремонт винтовых блоков следует доверить специалистам сервисного центра

Повышенное давление

Если давление поднимается выше максимально допустимых показателей, то в первую очередь проверяется регулятор. Возможно, нет команды на его закрытие. Убедитесь, что электромагнитный клапан находится в закрытом состоянии. При необходимости, данные детали следует заменить.

Материал подготовлен при участии специалистов https://www.v-p-k.ru/

Как работает винтовой компрессор, в каких режимах

Возможно несколько функциональных состояний:

1. Старт – при нажатии основной кнопки , запускается двигатель, который приводит в движение роторы винтового блока. Компрессор переходит в следующий режим.
2. Нагрузка – атмосферный воздух проходит в винтовой блок через всасывающий фильтр и открытый впускной клапан. Давление в пневматической сети начинает подниматься, и постепенно доходит до верхнего значения, установленного на контроллере. Компрессор переходит в режим холостого хода.
3. Холостой ход – впускной клапан закрывается и воздух перестает попадать в винтовой блок. Мотор и роторы винтового блока продолжают вращаться, но так как сжатия не происходит, нагрузка в таком режиме составляет примерно 30% от максимальной мощности. Такой режим нужен, чтобы, в случае возобновления потребления сжатого воздуха, заново не запускать электродвигатель.
4. Если потребление возобновилось, то компрессор переходит в режим нагрузки. Если потребление не возобновилось в течение определенного времени (настраивается в контроллере), компрессор переходит в режим разгрузки и останова.
5. Останов – отключение оборудования в штатном (нормальном) порядке.
6. Alarm stop – экстренное прекращение работы, со срочной (незапланированной) остановкой мотора, с пропуском холостого хода и других промежуточных этапов. Осуществляется нажатием на кнопку.

Преимущества винтовых компрессоров:

— Низкий уровень вибрации и относительно малый рабочий шум;

— Сопоставимо малый вес и компактные габариты способствуют удобному размещению оборудования в местах непосредственного использования устройствами, потребляющими воздушный поток;

— Нет необходимости готовить специальную фундаментную площадку под компрессор;

— Производимый воздух отличается чистотой, поскольку в процессе выработки используется малый расход масла (2-3 мг/куб. м. – для моделей с масляным сжатием). Следовательно, винтовые компрессоры могут с успехом внедряться для синхронизации работы с разнообразным пневматическим оборудованием;

— За текущие процессы и операционные режимы работы отвечает надежная автоматическая система компрессора, которая упрощает процесс управления оборудованием;

— Отличительной особенностью винтового агрегата является ресурсоемкость и абсолютная надежность в эксплуатации;

— Современные встроенные охладители и рефрижераторные осушители воздуха способствуют планомерному отказу от габаритных централизованных систем прошлого, использующих водяное охлаждение;

— Какой-либо специальной подготовки и переобучения персонала для работы с винтовым компрессорным оборудованием потребуется совсем немного;

— Агрегаты современного образца в значительной степени более экономно потребляют электроэнергию;

— Оборудование способствует плавному регулированию производительности при соответствующей комплектации.

Отличия и преимущества винтовых компрессоров перед поршневыми

Первое отличие винтовых компрессоров от поршневых заключается в их конструкции. Главное, чем отличаются винтовые компрессоры от поршневых — это механизм сжатия. В винтовых агрегатах применяются роторы с винтообразными зубьями, вращающимися навстречу друг другу. А в поршневых – поршень, который совершает возвратно-поступательные движения внутри цилиндра. Благодаря вышеописанным конструкционным различиям винтовой компрессор имеет небольшой вес и компактные габариты.

Кроме того, отличается способ нагнетания и аккумулирования воздуха. Винтовые аппараты создают постоянный поток воздуха. Поршневые же компрессоры подают воздух импульсами, которые соответствуют по частоте движениям поршня. Поэтому для создания постоянного потока к поршневым аппаратам подсоединяется ресивер.

Преимущества винтовых компрессоров перед поршневыми очевидны.

1. Экономия электроэнергии. Она экономится за счет использования винтовых блоков последних поколений и автоматического управления подачей воздуха. Благодаря этому расход электричества уменьшается приблизительно на 30%.
2. Низкая стоимость обслуживания. В среднем, обслуживание поршневых агрегатов требуется проводить через каждые 500 часов работы. Винтовым же аппаратам нужен осмотр после 4000-8000 часов работы.
3. Длительный срок службы. Компрессоры с винтовым принципом действия способны работать без ремонта несколько лет подряд. Объясняется это отсутствием системы клапанов и наличием простой системы смазки и охлаждения. На винтовую пару агрегата производителем дается гарантия 2 года. Но, как показывает практика, аппараты могут работать без замены винтовой пары 7-8 лет. За это время в условиях предприятия приходится поменять около 5 компрессоров поршневого типа, имеющих аналогичную производительность.
4. Низкая стоимость монтажа и наладки. Как уже говорилось, винтовые агрегаты имеют небольшие размеры и почти не производят шум и вибрацию. Поэтому экономятся средства на монтаж и установку оборудования, поскольку его не требуется устанавливать на фундамент или в отдельное помещение.
5. Отличные технические характеристики. Винтовые агрегаты – это высококонкурентное оборудование, обладающее следующими техническими характеристиками: КПД до 95% (у поршневых аппаратов КПД не достигает 60%); производительность свыше 40 м3/мин; выходное давление до 9 кгс/см2.

Винтовые компрессоры выбирают множество предприятий России. Так, около 12% расходуемой страной электроэнергии идет на работу именно этих агрегатов. Несмотря на высокую стоимость, купить винтовой компрессор экономически целесообразно. Он обеспечит высокую скорость работы оборудования, минимизирует возможные простои из-за поломок, сэкономит на обслуживании.

Эксплуатация винтового компрессора

Избежать поломок и продлить срок службы винтового компрессора поможет грамотная эксплуатация. Любой специалист, работающий на этом оборудовании, обязан соблюдать технику безопасности, правила и директивы по обслуживанию, предписанные производителем.

Нагнетательные агрегаты следует использовать исключительно для сжимания воздуха, питающего пневматическую технику. Изготовитель (поставщик) не несет ответственности за ущерб, причиненный винтовому компрессору в ходе эксплуатации для других целей. Риск за такие действия лежит только на обслуживающем персонале и лицах, ответственных за допуск к работам.

Станции следует размещать на горизонтальных поверхностях в подготовленных помещениях, исключающих воздействие осадков. Их монтаж, запуск и обслуживание могут выполнять только профессионалы. Объект обязательно должен быть оснащен хорошей системой вентиляции, чтобы всасываемый воздух не содержал примесей.

Любые функциональные дефекты, возникающие в ходе технологического процесса, обязаны исправляться немедленно. Очень важный момент – подбор масла для агрегатов. Учитывая функции этого состава, необходимо выбирать продукцию только от известных брендов. Использование масел высокого качества гарантирует длительную работу оборудования.

Составные части оборудования

Винтовое оборудование состоит из следующих основных элементов:

1. Корпуса. В большинстве случаев производится из стали, которая покрывается негорючим, шумопоглощающим и маслостойким материалом.
2. Винтового блока компрессора (его еще называют винтовой парой), который является «сердцем» оборудования. Он состоит из двух высокотехнологичных роторов, которые находятся во внутренней части корпуса.
3. Трех видов трубопроводов: масляного, воздушного и воздушно-масляного.
4. Всасывающего клапана. Регулирует производительность агрегата путем пневматического управления.
5. Всасывающего воздушного фильтра. Предназначен для очистки воздуха, который поступает в компрессор. Фактически состоит из двух фильтров, которые установлены перед всасывающим клапаном и на корпусе агрегата (где забирается воздух).
6. Ременной передачи. Обеспечивает определенную скорость вращения роторов (чем она выше, тем лучше производительность оборудования) путем объединения «усилий» двух шкивов, расположенных на винтовой паре и двигателе. Мощные компрессоры оснащены редуктором или муфтой с прямой передачей.
7. Электродвигателя. Через ременную передачу приводит в действие винтовую пару.
8. Вентилятора. Способствует поступлению воздушных потоков и охлаждению винтовой пары и электродвигателя.
9. Термостата. Данный элемент в схеме винтового компрессора играет роль регулятора температурного режима. Благодаря термостату масло с температурой свыше 72ºС проходит через охлаждающий радиатор.
10. Масляного фильтра. Очищает масло перед поступлением в винтовую пару.
11. Маслоотделителя. Металлический бак, в средней части которого расположена перегородка с отверстиями. Процесс очистки воздуха от масла происходит путем создания центробежной силы.
12. Маслоохладителя. Охлаждает масло после отделения от сжатого воздуха.
13. Концевого воздухоохладителя. Охлаждает сжатый воздух перед тем, как его подать к потребителю, а также на выходе оборудования делает температуру, превышающую на 10-15ºС температуру воздуха окружающей среды.
14. Блока электронного управления. Контролирует работу винтового компрессора и передает на дисплей рабочие характеристики оборудования.
15. Реле давления. Задает максимальное давление компрессора. В новейших моделях оборудования реле отсутствует, поскольку используется система электронного контроля.
16. Предохранительного клапана. При превышении давления в маслоотделителе над максимально возможным значением происходит его автоматическое срабатывание.

Воздушный поток

При работе компрессора атмосферный воздух через фильтр 1 и всасывающий клапан 2 попадает в винтовой блок 3, в котором происходит сжатие воздуха вращающимися роторами (винтами).

Винтовой блок является «сердцем» компрессора. От качества его изготовления зависит надежность и долговечность всего компрессора.

Как правило, моторесурс винтового блока до капитального ремонта составляет 36 000 — 40 000 моточасов. Капитальный ремонт заключается в замене подшипников, уплотнений вала и выставлении зазоров внутри винтового блока.

В нашей практике встречались винтовые компрессоры, которые работали более 70 000 моточасов без капитального ремонта. Но это, скорее всего, исключение из правил.

Принцип сжатия воздуха в винтовом блоке наглядно показан на рисунке:

Воздух попадает в полость сжатия, которая образуется двумя винтами и корпусом винтового блока. При вращении винтового блока полость «двигается» и уменьшается в объеме. Таким образом происходит сжатие воздуха или другого газа.

Вращение роторов обеспечивается приводом, состоящим из электродвигателя 5 и приводной муфты 4 (в некоторых моделях компрессоров вместо муфты применяется ременная передача или шестеренчатый привод).

Наличие всасывающего клапана 2 отличает винтовые компрессоры от поршневых. Он позволяет компрессору при вращении роторов находиться в двух рабочих режимах – «нагрузка» (клапан открыт, сжатый воздух подается потребителю) и «холостой ход» (клапан закрыт, подача сжатого воздуха потребителю отсутствует).

Режим холостого хода играет значительную роль в повышении надежности винтовых компрессоров. Он позволяет сократить количество пусков электродвигателя. Частые пуски двигателя являются «стрессовыми» как для самого двигателя, так и для системы энергоснабжения предприятия.

Как правило, всасывающий клапан устанавливается непосредственно на горловине винтового блока:

Смесь сжатого воздуха и компрессорного масла попадает в масляный резервуар 9, в котором происходит первичное отделение сжатого воздуха от масла.

Роль масла очень важна для работы винтового компрессора. Оно отводит тепло, образующееся при сжатии воздуха в винтовом блоке. Кроме того, масло образует пленку вокруг вращающихся винтов, уплотняя «рабочие камеры». Также масло предотвращает соприкосновение винтов и их механический износ.

Остатки масла удаляются из сжатого воздуха в сепараторе 7. В зависимости от производительности компрессора, сепаратор может быть смонтирован отдельно от масляного резервуара 9, или находиться внутри него:

Далее сжатый воздух через клапан минимального давления 6 попадает в воздушный радиатор 14, в котором происходит его охлаждение потоком воздуха, создаваемым вращающимся вентилятором 15.

Производительность вентилятора рассчитывается таким образом, чтобы температура сжатого воздуха на выходе компрессора не превышала температуру окружающей среды более чем на 10 °С.

Фотография вентилятора и радиатора в верхней части компрессора.

Следует отметить, что в применяются винтовые компрессоры с воздушным или водяным охлаждением. Отдельно о плюсах и минусах типа охлаждения я расскажу в отдельной статье в разделе «Полезные советы».

На фотографии ниже изображена система воздушного охлаждения:

Клапан минимального давления 6 представляет собой так называемый невозвратный (или обратный) клапан, снабженный пружиной строго определенной жесткости. Он играет двойную роль:

• не позволяет сжатому воздуху из пневмосети предприятия проникнуть в обратно в компрессор, когда он остановлен;
• благодаря наличию пружины, давление в масляном резервуаре 9 при работе компрессора на «пустую» пневмосеть поддерживается на необходимом для нормальной циркуляции масла уровне – около 4,5 бар.

Потребителю сжатый воздух подается через запорный кран 18.

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.

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.

MODENGY 1007 производится на основе графита, поэтому имеет характерный серо-черный цвет. Покрытие стабильно работает при температурах -50…+350 °С, имеет несущую способность 1300 МПа (тест SRV).

Несущая способность MODENGY 1014 еще выше, она составляет 2700 МПа. Диапазон рабочих температур покрытия с дисульфидом молибдена и политетрафторэтиленом – -75…+255 °С. Состав отличается высокими антикоррозионными свойствами – >672 ч (тест в соляном тумане).

MODENGY 1066 с графитом и дисульфидом молибдена выдерживает температуры от -70 до +315 °С. Покрытие также обладает антикоррозионными свойствами (>300 ч в соляном тумане) и высокой несущей способностью (9900 H по методу Falex).

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.

Виды компрессоров и соответствующих масел

Большинство моделей компрессоров имеют внутри подвижный элемент, который при работе становится причиной возникновения трения. При трении происходит сильный нагрев материала, вследствие чего он быстро изнашивается и деформируется. Масло для винтовых компрессоров подбирается с целью решить подобную проблему. При этом выбор проводится в соответствии с видом компрессора. Основными рекомендациями назовем следующие моменты:

1. Винтовые устройства получили весьма широкое применение в промышленности и частных мастерских, где часто проводятся работы. В этом случае масло контактирует с рабочей поверхностью, защищая от повышенного износа и существенно продлевая срок службы.
2. Довольно большое распространение получили и турбокопрессоры, которые эксплуатируются в наиболее сложных условиях. Для данного оборудования рекомендуется подбирать масла особого типа, предназначенные для эксплуатации в подобных условиях.
3. Часто встречаются компрессоры холодильных установок. В этом случае компрессионное масло для компрессоров подбирается с учетом совместимости с применяемым хладагентом в системе. Применяемое вещество не должно терять свои основные свойства в случае резкого падения температуры.
4. Газовый компрессор также должен заправляться специальным веществом, которое способно фильтровать газ от смазывающего вещества.

Применять для винтовых компрессоров следует исключительно специальные вещества, которые способны существенно снизить нагрев материала и степень его износа.

При эксплуатации винтовых компрессоров без применения специальных смазывающих веществ становится причиной существенного снижения эксплуатационного срока. Даже профессиональное оборудование не сможет прослужить в течение длительного периода в случае несвоевременного обслуживания. Кроме этого, усугубить ситуацию можно при применении неподходящего смазывающего вещества.