Винтовые воздушные компрессоры: устройство, принцип работы, виды

 

Сегодня наличие специального оборудования для создания сжатого воздуха на том или ином предприятии — будь то станция технического обслуживания, производство молочных продуктов или асфальтобетонный завод — обязательное условие для достижения эффективной работы технологической линии. В качестве такого оборудования в нашей стране чаще всего выступают винтовые воздушные компрессоры.

 

 

Простым языком, винтовой компрессор представляет собой установку, которая засасывает в себя атмосферный воздух, сжимает его до необходимого давления и отправляет дальше по трубопроводу так называемым потребителям — устройствам, работающим за счет или вместе с подготовленным воздухом. Примерами таких устройств служат пневмопистолеты, применяемые для окраски автомобилей; пневмоцилиндры, открывающие и закрывающие затворы для подачи материала на заводах; оборудование для создания воздушной упаковки, в которую в дальнейшем заворачивается товар и многие другие.

Очевидно, что на разных предприятиях, в зависимости от сферы деятельности, используют разное количество потребителей сжатого воздуха. В зависимости от этого, а также от интенсивности работы, организации подбирают для себя установку с подходящими под ее задачи характеристиками: мощностью, создаваемым давлением, объемом (литрами) сжатого воздуха в минуту на выходе. Так, для стабильного функционирования станции технического обслуживания автомобилей может быть достаточно установки на 15 кВт, с создаваемым давлением 12 бар и 1400 литрами сжатого воздуха на выходе. А вот для работы асфальтосмесительного комплекса, где одним из наиважнейших агрегатов служит горелка, понадобится более мощное оборудование — на 37 кВт, с давлением 8 бар и 6800 литрами на выходе.

 

 

Чаще всего одна и та же модель компрессора способна производить разный объем сжатого воздуха на выходе, — этот показатель напрямую зависит от необходимого потребителям давления. Больше давление — меньший объем воздуха на выходе. К примеру, установка от компании Acovent мощностью 15 кВт выпускает: при 8 барах — 2400 л/мин, при 10 барах — 2100 л/мин, при 13 барах — 1700 л/мин.

 

Устройство винтового компрессора

Практически все винтовые компрессоры, вне зависимости от производителя,
в целом устроены одинаково. Они состоят из нескольких основных элементов:

• Фильтра для воздуха

• Впускного клапана

• Винтового блока

• Двигателя

• Сепаратора

• Двойного клапана

• Радиатора

• Масляного фильтра

• Шкафа управления

  

Фильтр для воздуха необходим для очистки всасываемого компрессором воздуха. Такой элемент особенно полезен при эксплуатации оборудования на производственных площадках, где в воздухе рабочей зоны постоянно находятся загрязняющие вещества, например неорганическая пыль.

 

 

Наличие частиц пыли в главном элементе компрессора — винтовом блоке — приводит к постепенному износу роторов и подшипников, снижению эффективности сжатия воздуха.

Задачей впускного клапана, который также называют всасывающим, условно служит открытие/закрытие заслонки для подачи воздуха в винтовой блок. В зависимости от конкретной модели компрессора, подача воздуха может осуществляться как электрическим, так и пневматическим способом.

 

 

Впускной клапан является ключевым элементом при переходе установки из режима нагрузки в режим холостого хода. В первом случае клапан открыт, во втором, соответственно, закрыт, — это позволяет снизить нагрузку на двигатель при пуске компрессора; создать в системе относительно небольшое давление, например 2,5 бара, которое необходимо в том числе для постоянной циркуляции масла.

Двигатель компрессора вращает ведущий ротор винтового блока. Передача крутящего момента от двигателя к ротору осуществляется либо напрямую — через гибкую муфту, либо не напрямую — через ременную передачу или редуктор.

В зависимости от производителя оборудования компрессор может быть оснащен как асинхронным, так и более технологичным синхронным двигателем — с постоянными магнитами. Более того, практически любая модель может быть укомплектована частотным преобразователем, — он регулирует количество оборотов двигателя, а значит и потребление электроэнергии, в зависимости от потребности предприятия в сжатом воздухе.

 

 

Винтовой блок — главный элемент компрессора. Внутри него установлены два параллельных ротора разного диаметра: один является ведущим, а второй — ведомым. Во время работы установки воздух попадает в полость между винтами и за счет вращения роторов, изменяясь в объеме, движется к выходу. Специальная конструкция и расположение винтов, а также наличие в блоке масла, уплотняющего зазоры между движущимися и неподвижными частями, обеспечивают сжатие воздуха до необходимого давления.

К слову, масло выполняет не только смазывающую функцию. Как известно, процесс сжатия воздуха сопровождается выделением тепла. Условно: если атмосферный воздух с давлением 1 бар и температурой 20 °С сжать до давления 7 бар, то его температура увеличится до показателя свыше 160 °С. Так как высокая температура негативно сказывается на работе компрессора — от износа рукавов высокого давления и уплотнений, до выхода из строя двигателя и винтового блока, не говоря уже о перегреве конечных устройств-пользователей сжатым воздухом, — её снижают различными способами. Один из них: подача охлажденного масла в винтовой блок, — это позволяет поддерживать рабочую температуру на уровне 85‒95 °С. В связи с этим, на выходе из винтового блока получают не чистый сжатый воздух, а масляно-воздушную смесь.

 

 

Сепаратор, он же маслоотделитель, используют для разделения масляно-воздушной смеси на сжатый воздух и масло. Сепаратор, в зависимости от мощности и производительности компрессора, устанавливают либо в масляном баке, либо на нем. Более того, во втором случае таких сепараторов может быть два.

Двойной клапан смонтирован на выходе из сепаратора. Он состоит из обратного клапана и клапана минимального давления.

Обратный клапан обеспечивает разделение компрессора на две зоны: внутреннюю, где образуется масляно-воздушная смесь и осуществляется отделение масла от воздуха, и условно внешнюю, включающую в себя охлаждающий воздух радиатор и непосредственно пневмолинию, к которой подсоединены пользователи воздуха. Если давление в первой зоне — внутри компрессора — выше, чем во второй — в пневмолинии, — клапан открыт. Если же давление в линии выше, чем в компрессоре, — клапан закрыт. Это устройство помогает снизить нагрузку на оборудование при его запуске.

Второй элемент двойного клапана — клапан минимального давления. Он не открывается до тех пор, пока в зоне сжатия воздуха и отделения от него масляных частиц, не будет достигнуто минимальное давление, — где-то порядка 4,5 бар, — необходимое для эффективной работы компрессора и циркуляции масла в системе.

 

 

Радиатор предназначен для охлаждения горячих воздуха и масла. Он состоит из двух параллельных секций. К первой секции подведена труба для горячего сжатого воздуха, ко второй — труба для горячего масла. За счет особой конструкции радиатора, при котором происходит разделение потоков, а также за счет работы вентилятора, воздух и масло — каждый в своей секции — охлаждаются.

Масляный фильтр очищает масло перед его подачей в винтовой блок. Цикличный нагрев масла в процессе работы компрессора приводит к его постепенному ухудшению, изменению свойств, образованию масляных частиц. Задача фильтра — не дать частицам попасть в винтовой блок.

 

 

Шкаф управления — «мозг» воздушного компрессора. Он включает в себя разные комплектующие: контроллеры, трансформаторы, контакторы, предохранители и другие. В моделях оборудования, поддерживающих изменение количества оборотов двигателя в зависимости от расхода сжатого воздуха, среди комплектующих шкафа управления можно найти частотный преобразователь.

Конечно, ни один винтовой воздушный компрессор не смог бы стабильно работать без дополнительных компонентов: монометров, температурных датчиков, термостатов, предохранительных клапанов, фитингов, рукавов высокого давления, сервисных кранов и других.

 

Принцип работы винтового компрессора

Принцип работы винтового компрессора основан на объемном сжатии воздуха, его дальнейшем охлаждении и подаче потребителям.

С чего все начинается: после запуска компрессора и повышения рабочего давления открывается впускной клапан. Прошедший через фильтр и впускной клапан поток воздуха направляется в винтовой блок, где сжимается, и уже в виде воздушно-масляной смеси по трубопроводу поступает в масляный бак, оснащенный сепаратором.

 

 

В масляном баке основная часть масла за счет сил гравитации оседает на дне, другая, более легкая — задерживаются в сепараторе. Горячий сжатый воздух, прошедший через сепаратор, а также горячее масло со дна масляного бака по разным трубам, каждый в свою секцию, поступают в радиатор, где охлаждаются.

Охлажденный воздух из радиатора, — в среднем на 15‒20 градусов выше температуры атмосферного воздуха, — поступает в пневмолинию для использования в работе тех или иных устройств. Охлажденное масло из радиатора следует в масляный фильтр, а оттуда — в рабочую зону винтового блока, а также к его подшипникам. Стоит отметить, что часть масла для смазки подшипников винтового блока поступает по тонким трубкам непосредственно от сепаратора.

Важно сказать, что система циркуляции масла в системе состоит из большого и малого контуров. Первый включает в себя радиатор, а второй — нет. При запуске компрессора, когда масло еще не прогрелось, оно движется по малому контору, не проходя через радиатор, то есть поступает из бака сразу в фильтр, а оттуда — в винтовой блок. При повышении температуры масла, например больше 75 °С, срабатывает термостат — масло начинает двигаться по большому контуру, то есть перед попаданием в фильтр и винтовой блок, сначала охлаждается в радиаторе.

Стабильная работа винтового компрессора напрямую зависит от качества его технического обслуживания, замены фильтров, сепаратора, масла, очистки радиатора от пыли и так далее.

 

 

Виды винтовых компрессоров

Рассказывая об оборудовании для сжатия воздуха нельзя не уделить пару слов менее популярным видам винтовых воздушных компрессоров — безмасляным и двухступенчатым.

Безмасляные компрессоры используют там, где принципиально важно, чтобы сжатый воздух на выходе не содержал в себе хоть сколь-нибудь малое количество масла, — например в пищевой, фармацевтической, электронной и других областях промышленности.

Но как как без масла можно снизить температуру, возникающую при сжатии воздуха? Просто: используя вместо масла воду. Таким образом, безмасляный компрессор, это по сути «обычный» компрессор, где вместо масла в винтовой блок подается жидкость. После этапа сжатия водно-воздушная смесь разделяется на воду и воздух, оба потока охлаждаются, вода — через фильтр — снова поступает в винтовой блок, а воздух, пройдя дополнительно через осушитель, движется к потребителю.

Стоит отметить, что хоть данный вид винтовых компрессоров и называется безмасляным, в нем все же присутствует масло, — в отдельной циркулирующей за счет работы насоса системе — для смазки подшипников.

Двухступенчатые винтовые компрессоры работают по принципу «обычных» масляных компрессоров, но только с одним существенным отличием: их главным элементом является не один винтовой блок, а два, обычно расположенных друг на другом. Для чего нужны два этапа сжатия? Такой подход позволяет «разбить» одно большое повышение рабочей температуры во время сжатия воздуха, на два средних или даже на малое и среднее. Соответственно, использовать двухступенчатые винтовые компрессоры имеет смысл тогда, когда работа на предприятии характеризуется высоким уровнем интенсивности, а пользователям необходим большой объем сжатого воздуха.

 

 

Как происходит двухступенчатое сжатие на примере: в первом винтовом блоке воздух доводят, к примеру, до 4 бар, температура повышается. В промежуточной камере — между верхним и нижним винтовым блоком — в сжатый воздух впрыскивают охлажденное масло — температура снижается. В следующем — втором блоке — сжатый воздух дожимают, к примеру до 13 бар, температура снова повышается. Далее полученный воздух охлаждают как и в одноступенчатом компрессоре — в радиаторе.

Применение такого вида оборудования снижает издержки организации: при одинаковой мощности два компрессора — одноступенчатый и двухступенчатый — на выходе покажут разные результаты. Для сравнения: возьмем две установки одинаковой мощности и давления: 45 кВт, 13 бар. Производительность первого вида компрессора — 5800 л/мин, второго вида — двухступенчатого — 6500 л/мин. То есть снижение температуры путем двухэтапного сжатия воздуха позволяет получить большой объем воздуха при тех же энергетических затратах. Более того, за счет снижения степени сжатия на каждом из этапов — уменьшается нагрузка на подшипники каждого винтового блока.

В двухступенчатых безмасляных компрессорах винтовые блоки расположены не друг над другом, а горизонтально, в одной плоскости. Понижение рабочей температуры достигается циркуляцией охлажденной воды через корпуса винтовых блоков, а также дополнительным радиатором, технологически расположенным между первым и вторым этапом сжатия. Для смазки подшипников в таком виде оборудования также используют отдельную закрытую систему подачи масла.

 

 

Если ваше предприятие планирует приобрести высокотехнологичный винтовой компрессор, обратите внимание на установки от компании Acovent.

 

Мы поставляем современные и надежные:

— масляные винтовые компрессоры

— двухступенчатые масляные винтовые компрессоры

— винтовые компрессоры для лазерной резки

— ресиверы

— осушители сжатого воздуха

— магистральные фильтры

— запасные части и сервисные наборы

— компрессорные масла

 

 

Для начала совместной работы позвоните нам по телефону 8 (843) 280 01 01, отправьте заявку на info@acovent.ru или свяжитесь любым другим удобным способом, указанном в разделе с контактами.

Оборудование от компании Avovent — залог стабильной работы вашего предприятия.