Всё о компрессорах

Принцип действия:

При вращении ведущего и ведомого роторов навстречу друг другу происходит всасывание воздуха из окружающей среды, проходящего через воздушный фильтр. Воздушный фильтр очищает воздух от пыли и твердых частиц. Далее воздух проходит через открытый всасывающий клапан во внутрь винтового блока. В винтовом блоке воздух смешивается с маслом и готовая воздушно-масляная смесь попадает в фильтр сепаратор, где происходит сепарация масла и сжатого воздуха. Масло поступает в масляный фильтр, где происходит очистка и вновь возвращается в винтовой блок. Очищенный от масла (до 1-4 мг/м3) сжатый воздух попадает в концевой охладитель, где его температура доводится до оптимальной и далее поступает на выход из компрессора. В случае, если компрессор имеет встроенную систему воздухоподготовки, то перед выходом из компрессора сжатый воздух проходит через ресивер, циклонный сепаратор (влагоотделитель), магистральный фильтр и осушитель. При наличии встроенной системы воздухоподготовки сжатый воздух на выходе соответствует классу чистоты «1.4.1» по стандарту ISO 8573-1. Если требуется более высокий класс, то доустанавливаются магистрльный (ые) фильтр (ы) и/или адсорбционный осушитель.

Зачем нужен компрессор?

Охлаждение воздуха в кондиционере происходит за счет постоянного движения фреона и изменения его температуры и давления. Именно компрессор

обеспечивает периодическое сжатие фреона и его перемещение по трубопроводу холодильного контура. В компрессор, под давлением в 3-5 атмосфер, фреон поступает в газообразном состоянии, имея температуру 10-20°С. В компрессоре происходит сжатие фреона до 15-25 атмосфер, при этом температура фреона увеличивается до 70-90°С, затем хладагент попадает в конденсатор.

Учитывая заметный уровень шума, которым отличается работа компрессора кондиционера

, практически во всех типах этого оборудования компрессоры размещают в наружных блоках, что полностью устраняет этот небольшой дискомфорт.

Все компрессоры кондиционеров

характеризуются по двум основным показателям:

• Степень компрессии . Этот показатель определяется отношением минимального и максимального давления хладагента при входе в камерукомпрессора и при выходе из неё;
• Объем хладагента , который компрессор может перемещать по контуру.

Преимущества винтовых компрессоров

По сравнению с центробежными и поршневыми моделями, устройства описываемого типа имеют следующие базовые преимущества.

1. Крайне низкий (порядка 2–3 мг/м3) расход масла, что в разы меньше, чем у крупных поршневых моделей с лубрикаторной смазкой. Следовательно, воздух, подаваемый посредством винтовых агрегатов, будет намного качественнее и чище. Его можно применять для питания новейшего пневматического оборудования без установки фильтров дополнительной очистки.
2. Пониженный уровень вибрации и шума (у некоторых моделей – соразмерный с шумностью бытовой техники). С учетом небольшого веса и габаритов это позволяет устанавливать описываемые устройства без специального фундамента непосредственно на производствах, где потребляется сжатый воздух, а также оснащать ими разноплановые мобильные комплексы.
3. Наличие воздушного охлаждения. Во-первых, это устраняет необходимость устанавливать системы оборотного водоснабжения. Во-вторых, появляется возможность вторично использовать тепло, которое выделяется в результате функционирования компрессора, к примеру, для обогрева помещений.
4. Надежность работы, безопасность и простота эксплуатации, способность длительное время функционировать без обслуживания. Это становится возможным благодаря наличию автоматических систем, посредством которых осуществляется управление и контроль над работой агрегата.

Отличия при эксплуатации

Главные отличия при эксплуатации масляного компрессора от безмасляного:

• постоянный контроль уровня масла и долив его по необходимости;
• полная замена масла в ходе периодического планового техобслуживания.

Смазочные материалы следует приобретать строго рекомендованное изготовителем. В противном случае при поломке можно лишиться гарантии, да и вероятность такой поломки существенно возрастает.

Работать такие агрегаты должны в горизонтальном положении без превышения указанного в паспорте допустимого уклона. Иначе ухудшатся условия смазки или масло попросту вытечет из картера.

Для безмасляных машин требуется только периодически менять поршневые кольца.

Очистка воздушных фильтров, проверки и обслуживание арматуры на безмасляном компрессоре проводится без каких либо отличий.

Преимущества и недостатки

И плюсы, и минусы каждого типа компрессоров вытекают из их конструктивных особенностей.

Масляные имеют следующие преимущества:

• высокая производительность;
• высокий коэффициент полезного действия;
• долгое время непрерывной работы;
• меньшая склонность к перегреву.

К недостаткам обычно относят:

• попадание взвеси в сжатый воздух;
• большая цена;
• высокая шумность;
• сложность конструкции, больший вес;
• потребность в постоянной покупке смазочных материалов и их периодической замене.

Безмасляные модели, в свою очередь, характеризуются такими достоинствами, как:

• отсутствие масла в воздухе;
• низкая шумность;
• меньший вес;
• доступная цена;
• отсутствие частого техобслуживания по замене смазки.

Минусами их являются:

• малый ресурс (ниже масляных в несколько раз);
• меньшая производительность и рабочее давление.

Можно провести сравнение масляных и безмасляных компрессоров и определить для них подходящие сферы применения.

Осевые компрессоры

В осевых компрессорах (рис. 1.20) газ через входной патрубок 1 поступает в проточную часть компрессора и перемещается последовательно от лопаток входного направляющего аппарата 3, через группу ступеней, спрямляющий аппарат 6, диффузор 7 и выходной патрубок 9. Рабочие колеса 4 ступеней вместе с валом, на котором они насажены, образуют ротор; направляющие аппараты 5 вместе с корпусом, в котором они закреплены, — статор. Ротор опирается на подшипники 8, которые обычно выполняются в виде подшипников скольжения.

Рис. 1.20. Схема осевого компрессора

1, 9 — патрубки всасывания и подачи; 2 — конфузор; 3 — входной направляющий аппарат; 4 — рабочие лопасти; 5 — направляющие лопатки; 6 — спрямляющий аппарат; 7 — диффузор; 8 — подшипник

Входной патрубок служит для равномерного подвода газа из подводящего трубопровода к кольцевому конфузору, который предназначен для ускорения потока перед входным направляющим аппаратом и создания равномерного поля скоростей и давлений.

Особенности конструкции безмасляных моделей

В целом технико-конструкционная база у таких компрессоров схожа с масляными аналогами. Основу представляет та же поршневая группа, силовой агрегат, коленвал и т. д. Разница же сводится именно к подходам в организации системы очистки. В случае с масляным оборудованием воздушные потоки пересекаются с каналами подачи смазки. И напротив, устройство и преимущества безмасляного компрессора взаимосвязаны и обусловлены тем, что смазывающая жидкость и воздушный поток проходят по разным каналам. Масло не заливается в картер, а направляется в специальную систему очистки. Поэтому нельзя сказать, что безмасляные коаксиальные модели вовсе лишены смазки. Она лишь ограничивается конструкционными нюансами подачи, в чем есть и плюсы, и минусы.

Винтовые компрессоры

Конструкция винтового компрессора запатентована в 1934 г.

Надежность в работе, малая удельная металлоемкость и габаритные размеры предопределили их широкое распространение. Компрессоры конкурируют о другими типами объемных компрессорных машин, практически полностью вытеснив их в передвижных компрессорных станциях, судовых холодильных установках.

Рис. 1.17. Винтовой компрессор сухого трения

1 и 2 — ведомый и ведущий роторы; 3 — синхронизирующие шестерни; 4 — корпус

Типовая конструкция компрессора сухого сжатия, работающего без подачи масла в рабочую полость, показана на рис. 1.17. Компрессор имеет два винтовых ротора. Ведущий ротор 2 с выпуклой нарезкой соединен непосредственно или через зубчатую передачу с двигателем. На ведомом роторе 1 нарезка с вогнутыми впадинами. Роторы расположены в горизонтально-разъемном корпусе 4, имеющем один (вертикальный по торцу всасывания) или несколько разъемов. В корпусе выполнены расточки под винты, подшипники и уплотнения, а также камеры всасывания и нагнетания.

Высокие частоты вращения винтовых компрессоров определяют применение в них опорных и упорных подшипников скольжения.

Между подшипниковыми камерами и винтовой частью роторов, в которой сжимается газ, расположены узлы уплотнений. В большей части конструкций они представляют собой уплотнения, состоящие из набора графитовых или баббитовых колец. В камеры между группами колец подается запирающий газ, препятствующий попаданию масла из подшипниковых узлов в сжимаемый газ, а также газа в подшипниковые камеры.

Касание винтов роторов при отсутствии смазки недопустимо, поэтому между ними оставляется минимальный зазор, обеспечивающий безопасную работу компрессора, а синхронная частота вращения ведущего и ведомого роторов обеспечивается наружными синхронизирующими шестернями 3. На рис. 1.18 схематично изображен принцип работы винтового компрессора.

Винтовые поверхности роторов и стенок корпуса образуют рабочие камеры. При вращении роторов объем камер увеличивается, когда выступы роторов удаляются от впадин и происходит процесс всасывания (1.18,а). Когда объем камер достигает максимума, процесс всасывания заканчивается и камеры оказываются изолированными стенками корпуса и крышек от всасывающего и нагнетательного патрубков (рис. 1.18,6).

Рис. 1.18. Процесс работы винтового компрессора

При дальнейшем вращении во впадину ведомого ротора начинает внедряться сопряженный выступ ведущего ротора. Внедрение начинается у переднего торца и постепенно распространяется к нагнетательному окну. С некоторого момента времени обе винтовые поверхности объединяются в общую полость (рис. 1.18,6), объем которой непрерывно уменьшается благодаря поступательному перемещению линии контактирования сопряженных элементов в направлении к нагнетательному окну. Дальнейшее вращение роторов приводит к вытеснению газа из полости в нагнетательный патрубок (рис. 1.18, в). Из-за того что частота вращения роторов значительна и одновременно существует несколько камер, компрессор создает равномерный поток газа.

Отсутствие клапанов и неуравновешенных механических сил обеспечивает винтовым компрессором возможность работать с высокими частотами вращения, т. е. получать большую производительность при сравнительно небольших внешних габаритах.

Маслозаполненные компрессоры имеют меньшие скорости вращения, чем компрессоры «сухого сжатия». Подача масла в рабочую полость винтового компрессора преследует следующие цели: уменьшение перетечек через внутренние зазоры, смазка винтового зацепления роторов и охлаждение сжимаемого газа.

Виды винтовых компрессоров:

• По заполнению камеры:
  • Маслозаполненные (масляный впрыск);
  • Бемазсляные (водяной впрыск);
  • Сухого сжатия (без какого либо впрыска): например, спиральные компрессоры;
• По сжимаемой среде:
  • воздушные;
  • газовые;
  • попеременные: используют и газ, и воздух;
  • многоцелевые: могу использовать несколько видов газа:
• По типу привода:
  • ременной;
  • прямой;
  • через редуктор;
  • через гибкую муфту;
  • непосредственный;
• По типу двигателя:
  • электрический;
  • внутреннего сгорания:
    • дизельный;
    • бензиновый;

Группа Компаний «TOP-COMPRESSOR» предлагает Вам купить винтовой компрессорAbac, Atlas Copco, ATMOS, BERG, Ceccato, Comaro, COMPRAG, CrossAir, Dali, FIAC, Fini, INGRO, KRAFTMANN, MARK, Remeza, RENNER, Бежецкого завода АСО, АРСЕНАЛ, ЗИФ и др. У нас Вы также можете приобрести поршневой компрессор Abac, FIAC, Fubag, Бежецкого завода АСО и др. 

Жидкостно-кольцевые компрессоры

Рис. 1.16. Жидкостно-кольцевой компрессор

1 — лопастное колесо; 2 — корпус; 3 — окно всасывания; 4 — рабочая жидкость; 5 — окно нагнетания

Жидкостно-кольцевой объемный компрессор имеет ротор с колесом лопастного типа, эксцентрично расположенный в цилиндрическом корпусе (рис. 1.16). Зазор между периферийным диаметром вращающихся лопастей колеса ротора и внутренним диаметром цилиндра корпуса из-за эксцентричности посадки — переменный. Цилиндр частично заполнен жидкостью. Жидкость под действием лопастей ротора вращается относительно цилиндра корпуса с постоянной угловой скоростью, образуя жидкое кольцо, внутренняя поверхность которого имеет разные расстояния от оси ротора. Поэтому объемы газа между лопастями и жидким кольцом изменяются в течение оборота вала, и, таким образом, осуществляется процесс всасывания и нагнетания газа. Охлаждение сжимаемого газа осуществляется непосредственным контактом с жидкостью, процесс сжатия приближается к изотермическому.

Компрессоры используются в различных отраслях промышленности, что объясняется простотой конструкции и эксплуатации, низкой стоимостью изготовления, высокой надежностью и низким уровнем шума, отсутствием масла в сжимаемом газе и трущихся элементов в рабочей полости, простотой герметизации машины, практически изотермическим процессом сжатия, возможностью откачки и сжатия токсичных, взрывоопасных, легко-разлагающихся, полимеризующихся и воспламеняющихся газов, паров и жидкостно-газовых смесей, в том числе агрессивных и загрязненных механическими примесями.

Жидкостно-кольцевой компрессор легко вписывается в любой технологический процесс, так как в нем можно использовать различные по физико-химическим свойствам рабочие жидкости и конструкционные материалы.

Указанные достоинства определили использование компрессора во многих отраслях промышленности (химической, нефтяной, целлюлозно-бумажной, горнодобывающей, пищевой, машиностроительной и др.) и сфере обслуживания (озонирование воды, вентиляция, вакуумная уборка).

Современные жидкостно-кольцевые компрессорные и вакуумные установки поставляются полностью укомплектованными в моноблочном бесфундаментном исполнении с полной заводской готовностью к эксплуатации. Единичная производительность увеличилась со 150 до 400 м³/мин, давление нагнетания с 0,15 до 0,25 МПа, а время гарантируемых межремонтных пробегов с 3—6 до 10—20 лет. Увеличился выпуск многоступенчатых жидкостно-кольцевых компрессорных моноблочных агрегатов. Существенно расширился диапазон использования компрессоров: тепловые и атомные станции, криогенная техника, вакуумная сушка и системы пнев-моуправления.

В конструкциях жидкостнокольцевых компрессоров Широко используют прокат для изготовления корпусов, лопаток рабочих колес и других деталей; сварные конструкции корпусов, роторов, всасывающих и нагнетательных патрубков; коррозионно-стойкие конструктивные материалы — титан, углеграфит, легированные стали.

Определение и сферы использования

Винтовые компрессоры входят в разряд ротационной техники. Их принцип работы основывается на вращении пары роторов (иначе – винтов). Такое конструкторское исполнение позволяет повысить производительность и ресурс службы маломощных двигателей, при этом снизив практически на 50% потребление электроэнергии. Поэтому роторные компрессоры долговечны, надежны, имеют небольшие размеры и малый вес. Они способны в течение продолжительного времени функционировать автономно без постоянного обслуживания. Такие устройства легко монтируются, вибрация во время работы незначительная, а шум минимальный.

Для управления большая часть техники этого класса имеет цифровую плату, благодаря чему можно менять давление и потребление электроэнергии, а также программировать таймер, даже удаленно. Самые современные компрессоры имеют инверторное управление, позволяющее достичь еще большей эффективности оборудования.

Винтовые компрессоры используются в пищевой, стекольной, химической отрасли, на передвижных станциях, в рефрижераторных системах судов и во множестве других сфер.

Небольшая историческая справка

Давайте для начала мельком рассмотрим историю создания винтового компрессора. Предыстория становления объекта нашей статьи позволит лучше прочувствовать достоинства подобного решения. Примечательно, что подобное оборудование появилось относительно недавно, первые винтовые установки получили распространение в 1940х годах. Да, за историю своего существования техника претерпевала небольшие изменения, установки становились компактнее, эффективнее и дешевле, но принцип действия оставался всё тем же. Для наглядности, мы можем сравнить винтовые компрессоры с обычными винтовыми насосами. И там и тут эффективное решение поставленных задач обеспечивается, благодаря большому числу двигательных оборотов.

В России исторически прижились 11 разновидностей подобных машин, включая:

• Одноступенчатые
• Двухступенчатые компрессоры;
• Сухие компрессоры, работающая фактически без смазочного масла;

Всё это подкатегории для главного разделения на поршневые и винтовые компрессоры. Не волнуйтесь, далее мы подробно обсудим главные разновидности. А пока что рассмотрим сферы, в которых применяется описываемое оборудование. Какие задачи решает такая техника?

На самом деле, спектр областей, в которых может применяться подобное оборудование, очень велик. Крупные предприятия, связанные с энергетической, машиностроительной промышленностью, наравне с добывающими и обрабатывающими компаниями широко ценят качественные винтовые компрессоры. Конечно, в зависимости от задач и газа, с которым работает техника, изменяется и сам тип установки. Зачастую на технику возлагаются обязанности по сжатию кислорода, однако на некоторых предприятиях необходимо продуктивно сжимать хлор. Для каждой задачи есть свои компрессоры.

На большинстве предприятий интегрированы такие виды техники как:

Конструктивные особенности и принцип работы

Строение винтового компрессора несколько сложнее его поршневого собрата.

Если рассматривать общую схему, то компрессор выглядит в виде металлического корпуса, в который погружены два ротора – ведущий и ведомый. Поверхности роторов плотно соприкасаются друг с другом, образуя рабочие камеры. При поступательных движениях камеры увеличиваются за счет равномерного отдаления выступов от впадин.

Более детальную конструкцию позволяет рассмотреть схема, на которой указываются следующие элементы:

• всасывающий клапан – нагнетает воздух извне;
• фильтр – очищает нагнетаемый воздух от сторонних примесей;
• блок управления – запрограммированная микросхема (плата), которая способна самостоятельно регулировать и контролировать все процессы в компрессоре;
• двигатель – основной рабочий элемент, позволяющий превращать энергию в полезную работу;
• термостат – отвечает за поддержание определенной температуры, регулируя работу охладительных элементов;
• вентилятор – охлаждает внутренние детали, защищая всю конструкцию от перегрева и преждевременного износа;
• маслоотделитель – клапан, регулирующий подачу масла для смазки, а также отвод отработанного масла в утиль;
• датчики давления – показывают показатели давления, контролируя и не допуская поломки.

Принцип действия агрегата заключается в следующем: двигатель приводит винтовую часть аппарата в движение. При этом вращение ротора обеспечивает всасывание воздуха, который проходит через специальные фильтры. Винты плотно припадают друг к другу (впадина к выпуклости), образуя единую плоскость. В результате образуется сжатый воздух, который в дальнейшем можно использовать по назначению.

На видео говорится об устройстве винтового компрессора

Термостат

Винтовой компрессор схож с автомобильным двигателем, поскольку в нем так же присутствует два круга (большой и малый), служащих для охлаждения системы.

В момент, когда осуществляется пуск компрессора, по малому кругу начинает циркулировать масло, это способствует активному увеличению уровня температуры. Целесообразность этого заключается в том, чтобы во время сжатия воздуха блокировалось смешение выпадающего конденсата и масел, поскольку от этого напрямую зависит функционирование устройства.

Малый круг системы охлаждения

Когда необходимый показатель температуры масла будет достигнут, термостат откроется и будет обеспечивать циркуляцию в большом круге посредством охлаждаемого вентилятором радиатора.

Большой круг системы охлаждения

Чаще всего открытие термостата происходит при набирании маслом температуры выше 55°С, а целиком заканчивается при установлении температуры уже свыше 70°С.

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

Ремонт и обслуживание устройства

Роторные компрессоры требовательны к условиям «обитания».

Они не предназначены для помещений с минусовой температурой и сильной запыленностью, требуют плановой замены масла, прочищения фильтров, контроля состояния питающей электросети. Не предполагают установки дополнительных систем очисток масла, ресиверов.

Такое оборудование не нуждается в постоянном присутствии человека рядом, умеет отключаться самостоятельно в случае аварии, пикового перегрева или сбоя сети. В нем имеется возможность установки электронного управления. Программой допустимо задавать настройки работы до нескольких недель вперед. Максимальная продуктивность не сопрягается с перерасходом технических и человеческих ресурсов.

Ремонт происходит помощью сервисных центров.

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.