Гвинтовий компресор: пристрій, схема, переваги, особливості експлуатації. Як вибрати гвинтовий компресор

Гвинтовим називається компресор, зниження тиску в якому досягається за рахунок обертання двох гвинтів (роторів). По конструкції такі пристрої належать до ротаційного компресорного обладнання. Вперше гвинтова модель була запатентована в 1934 р На сьогодні агрегати даного типу є найбільш поширеними в своєму сегменті. Цьому сприяє їх відносно невелика маса і компактні габарити, надійність, здатність функціонувати в автономному режимі, економічність в плані споживання електроенергії та витрат на обслуговування. Невисокий рівень вібрації дозволяє монтувати такі системи без облаштування спеціального фундаменту, як у випадку з поршневими аналогами. У ряді напрямків (суднові рефрижератори, мобільні компресорні станції і т. П.) Роторні моделі практично повністю витіснили компресори інших різновидів. Такі пристрої можуть подавати повітря, стиснений до 15 атм., І володіти продуктивністю 1-100 м3 / хв.

Переваги гвинтових компресорів

У порівнянні з відцентровими та поршневими моделями , Пристрої описуваного типу мають такі базові переваги.

1. Вкрай низький (близько 2-3 мг / м3) витрата масла, що в рази менше, ніж у великих поршневих моделей з лубрікаторной мастилом. Отже, повітря, що подається за допомогою гвинтових агрегатів, буде набагато якісніше і чистіше. Його можна застосовувати для харчування новітнього пневматичного обладнання без установки фільтрів додаткового очищення.
2. Знижений рівень вібрації і шуму (у деяких моделей - співрозмірний з гучністю побутової техніки). З урахуванням невеликої ваги і габаритів це дозволяє встановлювати описувані пристрої без спеціального фундаменту безпосередньо на виробництвах, де споживається стиснене повітря, а також оснащувати ними різнопланові мобільні комплекси.
3. Наявність повітряного охолодження. По-перше, це усуває необхідність встановлювати системи оборотного водопостачання. По-друге, з'являється можливість повторно використовувати тепло, яке виділяється в результаті функціонування компресора, наприклад, для обігріву приміщень.
4. Надійність роботи, безпека і простота експлуатації, здатність тривалий час функціонувати без обслуговування. Це стає можливим завдяки наявності автоматичних систем, за допомогою яких здійснюється управління і контроль над роботою агрегату.

Пристрій гвинтового компресора

Стандартна модель складається з наступних елементів.

1. Фільтр , Необхідний для очищення повітря, що надходить в агрегат. Зазвичай складається з первинного фільтру, що монтується безпосередньо на корпус в місці забору повітряних мас з атмосфери, і вторинного, який встановлюється перед клапаном 2.
2. Всмоктуючий клапан. Дозволяє запобігти викиду масла і стисненого повітря з компресора в момент зупинки останнього. Працює на пневматичному управлінні. За конструкцією являє собою звичайний підпружинений клапан. Деякі пристрої оснащені аналогами пропорційного типу.
3. Гвинтовий блок. Являє собою основну робочу частину агрегату. Складається з двох гвинтів (роторів), виготовлених за допомогою високоточної механічної обробки і поміщених в корпус. Найдорожчий елемент пристрою. Роторна пара оснащена датчиком термозахисту, вмонтованим біля патрубка 18. Даний контролер вимикає мотор, якщо температура на виході роторів перевищить позначку в 105 ° С.
4. Ремінний привід (високопотужні моделі оснащені прямий муфтової передачею або редуктором). Задає швидкість, з якою обертаються гвинти. Являє собою 2 шківа, один з яких встановлений на роторної парі, інший - на двигуні. Чим більше швидкість, тим вища продуктивність компресора, проте максимальний тиск (робочий) при цьому знижується.
5. Шківи, ​​розмір яких задає швидкість обертів гвинтової пари 4.
6. Двигун. Обертає ротори 4 за допомогою пасової передачі (в новіших моделях - муфти або редуктора). Оснащений датчиком термозахисту, який відключає мотор від мережі при досягненні максимально допустимих значень споживаного електроструму. Разом з датчиком, описаним в пункті 3, забезпечує безпеку функціонування пристрою і захищає його від виникнення аварійних ситуацій.
7. Масляний фільтр. Він очищає масло перед його поверненням в ротори.
8. Масловіддільник первинного очищення. Тут повітря звільняється від масла під дією відцентрової сили (потік закручується, внаслідок чого і відокремлюються частинки).
9. Маслоотделітельний фільтр. Забезпечує другий етап очищення. Такий комплексний підхід дозволяє мінімізувати залишкові масляні пари на виході до 1,3 мг / м3, що є недосяжним значенням для поршневих агрегатів.
10. Запобіжний клапан. Необхідний для забезпечення безпеки. Клапан спрацьовує, якщо тиск в маслоотделителе 8 перевищить допустимий ліміт.
11. Термостат, що забезпечує потрібний температурний режим. Пропускає масляний склад, що не розігрітий до 72 ° С, повз охолоджуючого радіатора 9. Це дозволяє прискорити досягнення оптимальної температури.
12. Маслоохладитель. Після відділення від стисненого повітря гаряче масло потрапляє в даний резервуар, де охолоджується до потрібної температури.
13. Воздухоохладитель. Перед подачею споживачеві стиснене повітря охолоджується тут до температури, яка буде вище на 15-20 ° С, ніж навколишнє середовище.
14. Вентилятор. Здійснює забір повітря, охолоджує робочі елементи.
15. Клапан холостого ходу (електропневматичний). Управляє функціонуванням всмоктуючого клапана 2.
16. Реле тиску. Забезпечує роботу агрегату в автоматичному режимі. У нових компресорах реле замінено електронною системою управління.
17. Манометр. Знаходиться на лицьовій панелі, показує тиск всередині компресора.
18. Вихідний патрубок.
19. Прозоре циліндричне потовщення на трубці, необхідне для візуального контролю над процесом повернення масла.
20. Клапан мінімального тиску. Поки останнє не перевищує 4 бар, він завжди буде закритим. Також даний елемент виконує функцію зворотного клапана, оскільки відокремлює пневмолинию і компресор при зупинці останнього або роботі в холостому режимі.

Пристрій поміщено в корпус, який зазвичай виготовляється зі сталі. Він покривається негорючим звукопоглинальним складом, стійким до маслу і іншим подібним речовин. Це конструкція найбільш поширеною модифікації. Залежно від моделі та виробника схема і комплектація роторного компресора може варіюватися.

Принцип дії компресора

Через клапан 2 повітря з атмосфери, очищений за допомогою фільтрів 1, потрапляє в роторну пару 3. Тут він змішується з маслом. Останнє подається в резервуар стиснення для виконання наступних завдань.

1. Ущільнити зазори між гвинтами 3 і корпусом 16, а також між порожнинами роторів. Це дозволяє мінімізувати перетікання і витікання.
2. Усунути торкання гвинтів, забезпечивши масляний клин між ними.
3. Відводити тепло, яке активується у процесі стиснення повітря.

Стисла в блоці 3 повітряно-масляна суміш подається в масловіддільник 7, де розділяється на складові. Відсепароване масло очищається на фільтрі 6 і повертається в блок 3. В залежності від температури попередньо воно може охолоджуватися в радіаторі 9, що регулюється термостатом 8. У будь-якому випадку, масло буде циркулювати по замкнутому колу. Повітря надходить в охолоджуючий радіатор 13. Після досягнення потрібної температури він подається на вихід компресора.

Режими роботи

• Пусковий (Start). Даний режим служить для оптимізації навантаження на електромережу в момент запуску компресора. Включення двигуна здійснюється за схемою «зірка», а через 2 секунди (відраховуються за таймером, який включається в момент натискання на кнопку Start) він переключається на схему «трикутник», що відповідає робочому режиму. Малопотужні гвинтові моделі працюють на прямому пуску.
• Робочий. В системі починає збільшуватися тиск. Для його контролю є 2 манометра. Перший знаходиться на лицьовій панелі і показує параметри всередині компресора. Другий - на ресівері, він служить для контролю лінії. Після досягнення максимально допустимого тиску спрацьовує відповідне реле, в результаті чого агрегат переходить на холостий хід з робочого режиму.
• Холостий хід. Двигун і ротори обертаються, переміщаючи газ по внутрішньому контуру. Це необхідно для охолодження повітряних мас. Даний режим служить для перекладу компресора в стан очікування або виступає в якості підготовки перед повним виключенням. У поршневих моделях холостого ходу немає. Детальний опис роботи пристрою на такому режимі виглядає наступним чином. Реле 16 дає команду, яка запускає пневмоклапан холостого ходу і тимчасове реле. Параметри останнього можна налаштувати. Пневмоклапан відкриває канал між фільтром масловіддільника 9 і всмоктуючим клапаном 2, внаслідок чого тиск всередині компресора починає знижуватися з такою швидкістю, щоб досягти мінімальної позначки (2,5 бар) протягом встановленого часу. Це дозволяє зупинити двигун без викиду масла в область фільтра 1. Після закінчення зазначеного періоду реле часу дає команду відключити мотор. Система переходить в стан очікування. Якщо стиснення досягло мінімальної величини раніше, ніж спрацювало тимчасове реле, знову включається робочий ритм.
• Очікування. Триває, поки робочий тиск не опуститься нижче мінімальної позначки, після чого реле 16 знову запускає механізм. Тривалість даного режиму залежить від швидкості витрачання повітря.
• Стоп (Stop). Служить для штатного виключення агрегату. Якщо при цьому компресор знаходився в робочому ритмі, він на деякий час перейде на холостий хід і тільки після цього відключиться.
• Alarm - stop - екстрене вимикання. Відповідна кнопка знаходиться на панелі управління. Режим використовується у випадках, якщо знадобилося терміново зупинити двигун. Агрегат вимикається відразу, без проміжного переходу на холості оберти.

Різновиди гвинтових компресорів

Маслозаповнені. Один ротор в них є провідним, другий - веденим. Фізичний контакт між даними елементами запобігає допомогою уприскуваного масла (на 1 кВт потужності пристрою подається 1 л / хв). Гучність роботи подібного обладнання знаходиться на рівні шуму від побутової техніки - 60-80 Дб (за умови використання звукопоглинальних кожухів). Потужність двигунів може варіюватися в межах 3-355 кВт, а об'ємні витрати - 0,4-54 м3 / хв. Таке обладнання можна встановлювати безпосередньо в робочих цехах.

Безмасляні. Діляться на два підвиди.

• Компресори гвинтові сухого стиснення. Оснащені синхронними електродвигунами, які надають руху обидва гвинта, виключаючи контакт між ними. Вони менш продуктивні в порівнянні з моделями маслозаповнені типу. Через відсутність масла немає і відведення тепла. Тому рівень стиснення досягає лише 3,5 бар в одному щаблі. Даний показник можна підняти до 10 бар, якщо використовувати другу сходинку і проміжний рефрижератор. Але це, як і застосування двох електромоторів замість одного, збільшує вартість пристрою.
• Водозаповнених компресори. Сама технологічна модель, яка поєднує всі переваги безмасляних і маслозаповнених варіантів. Водозаповнених агрегати відрізняються оптимальною продуктивністю і дозволяють досягати стиснення 13 бар в одному щаблі. Важливою перевагою подібних моделей є їх екологічність, адже традиційне компресорне масло замінено на чисту, натуральну і не таку дорогу воду. При цьому забезпечується внутрішнє охолодження. Вода має високу питому теплопровідність і теплоємність. Незалежно від рівня кінцевого стиснення температура в ході даного процесу підвищується максимум на 12 ° С. Цьому сприяє в тому числі застосування дозованого упорскування. Теплове навантаження на елементи пристрою мінімальна, отже, зростає термін служби, надійність і безпеку агрегату в цілому. Стиснене повітря не потребує додаткового охолодженні. Циркулює в системі вода охолоджується до температури навколишнього середовища. А волога, наявна в стислих повітряних масах, конденсується і знову повертається в контур. У маслозаповнених моделях саме конденсат був забруднюють речовиною. Тут же він використовується в циркуляційному контурі за кілька годин (при нормальних умовах і безперервної експлуатації пристрою). Отже, накопичення відходів на станції практично нівелюється. Ще одна значуща перевага водозаповнених компресорів - можливість знизити на 20% енерговитрати. Процес стиснення в подібних пристроях наближається до ідеального ізотермічного. Виготовлення пристрою обходиться дешевше за рахунок відсутності масляних фільтрів, ємностей для відпрацьованої масляної рідини. Годі й нести витрати і на переробку конденсату.

Безмаслянниє моделі використовуються в різних областях, але найпопулярніші сфери застосування - харчова, фармацевтична та хімічна промисловості.

Чому вигідно перейти на гвинтове компресорне обладнання

Як зазначалося вище, роторні моделі поступово витісняють поршневі і відцентрові варіанти. Багато підприємств переходять саме на такі агрегати, вважаючи їх більш надійними, досконалими і економічними. При цьому вартість роторних пристроїв вище, ніж поршневих аналогів. Та й на заміну обладнання (якщо мова йде саме про модернізацію системи, а не про збірку нової установки) необхідно витратити певну суму. Розберемося більш детально, в чому саме полягає вигода для підприємців, провівши порівняння гвинтових і поршневих моделей. Але для початку необхідно зрозуміти, з яких статей витрат формується вартість будь-якого компресора. Остаточна сума включає в себе наступні витрати.

1. Придбання агрегату.
2. Оплата монтажних робіт.
3. Придбати витратні матеріали.
4. Оплата електроенергії, споживаної пристроєм.
5. Ремонтні витрати.
6. Купівля додаткового обладнання. Наприклад, це може бути очисний комплекс для стисненого повітря.

Витрати на придбання агрегату

У цьому плані більш вигідними є поршневі моделі, ціна яких на 20-40% нижче вартості гвинтових аналогів. У той же час, це кошти, що витрачаються безпосередньо на покупку устаткування. Але ж його необхідно ще й встановити. Поршневі моделі мають більш значні габарити і масу, в процесі роботи вони відчутно вібрують, тому потребують облаштуванні спеціального фундаменту. Це істотно збільшує вартість монтажу. Якщо порівнювати загальну суму, яку необхідно витратити на покупку устаткування і його установку, то більш вигідними виявляються саме роторні варіанти.

Витрати на електроенергію

ККД роторних компресорів істотно більше. І чим вище продуктивність агрегату, тим помітнішою буде ця різниця. Має значення і тип пристрою. Наприклад, водозаповнених моделі забезпечують більш високу економію енергоресурсів. Але навіть маслозаповнені варіанти низької продуктивності, оснащені традиційною схемою управління, протягом експлуатаційного періоду кілька разів окупають свою вартість за рахунок однієї лише економії електрики. За критерієм енерговитрат на генерування однакового обсягу стисненого повітря поршневі агрегати помітно програють.

Деякі гвинтові моделі дозволяють ще більше збільшити економію енергоресурсів. Йдеться про двоступеневих агрегатах і пристроях із змінною частотою оборотів мотора. Подібне обладнання дає додаткову економію на 30%. Важливо і те, що є можливість регулювати продуктивність агрегату. Іншими словами, компресор буде генерувати стільки стисненого повітря, скільки споживає обладнання в кожен конкретний момент. При такому режимі роботи не виникне ні надлишку, ні дефіциту. Устаткування буде функціонувати з потрібною продуктивністю, витрачаючи енергоресурси тільки на корисну роботу.

Витрати на обслуговування і ремонт

Поршневі компресори потребують регулярної заміни кілець поршнів, клапанів, вкладишів і інших елементів механізму. Роторні моделі повністю позбавляють користувача від подібних проблем. В їх механізмі немає швидко зношуються елементів. Потреба в ремонті виникає набагато рідше, а планове обслуговування обходиться набагато дешевше. При дотриманні інструкції по експлуатації такий агрегат здатний прослужити близько 20 років, працюючи без ремонту в тризмінному режимі.

Здешевлення обслуговування відбувається ще й тому, что зникає необходимость в Постійній прісутності поруч з обладнанням обслуговуючий персоналу. Роторні моделі оснащені захист, что запобігає Виникнення аварійних СИТУАЦІЙ. Наприклад, обладнання відключається при перегріві або пікових значеннях електричного струму і здатне працювати в повністю автономному режимі.

На відміну від поршневих моделей, роторні аналоги підтримують можливість комплектації блоками електронного управління, які дозволяють на програмному рівні задати параметри функціонування агрегату на кілька тижнів вперед. За допомогою електронного блоку можна управляти і групою з декількох механізмів, зупиняючи або запускаючи деякі з них в залежності від виробничих потреб в стислому повітрі. Таким чином, комплекс функціонує з максимальною продуктивністю і без перевитрати ресурсів.

Придбати витратні матеріали

гвинтові компресори мають більш ефективну систему масловідділення, яка дозволяє істотно знизити кількість масляних фракцій, змішуються зі стисненим повітрям. Якщо зменшується обсяг витрат основного витратного речовини, то знижується і вартість його придбання. Подібні агрегати мають більш досконалу конструкцію (якщо порівнювати з поршневими аналогами), яка дозволяє встановити сучасні МОР. Останні здатні в кілька разів скоротити частоту заміни масляного складу.

Придбання додаткового обладнання

Оскільки в гвинтових моделях масляні фракції відокремлюються ефективніше, немає необхідності купувати додаткові комплекси очищення. А якщо зробити вибір на користь більш дешевого поршневого агрегату, доведеться придбати ще й ресивер, який гасить виникаючі в пневматичній системі пульсації тиску. Роторні аналоги не генерують подібні пульсації. У більшості випадків це дозволяє уникнути покупки додаткових ресіверів.

Гучність роботи гвинтових агрегатів значно нижче, ніж у поршневих пристроїв. За допомогою установки шумопогашающіх кожухів можна ще сильніше знизити рівень звуку і вібрацію, що виникають при функціонуванні компресорного устаткування. Це дозволяє монтувати його прямо в цехах, куди подається стиснений газ. Чим коротше відстань, на яке переміщається повітря, тим менше з'являється в ньому конденсованої вологи і твердих фракцій, які здатні серйозно нашкодити виробничому превмооснащенію.

Децентралізація компресорного обладнання даного типу дозволяє запускати тільки ті одиниці, які знадобилися в конкретний момент часу для забезпечення виробництва стисненим газом в необхідних обсягах. Слід згадати і додаткову вигоду, яка полягає в можливості задіяння генерується компресором тепла для потреб підприємства. Найчастіше воно використовується для опалення цехів.

резюме

Роторні моделі поступаються поршневим аналогам рівній продуктивності тільки за вартістю покупки. За всіма іншими статтями (витрати на ремонт, закупівлю додаткового оснащення і витратних матеріалів, оплату споживаної енергії і роботу обслуговуючого персоналу) вони набагато вигідніше і кілька разів окупають себе за експлуатаційний період. Таким чином, покупка гвинтового компресорного устаткування - економічно виправдане і вигідне для підприємства рішення.

Моделі з частотним приводом

В середині 1990 рр. були створені роторні компресори, оснащені частотним приводом. Поява такого обладнання стало великим кроком до розвитку і впровадження енергозберігаючих технологій на виробництві. Вартість енергорессурсов постійно збільшується. Закономірно, що підприємства при модернізації своїх потужностей намагаються підібрати максимально економічні варіанти для заміни застарілого обладнання. І їх вибір часто зупиняється саме на роторних агрегатах з частотним приводом. Крім надійності роботи і здатності функціонувати в автономному режимі подібні агрегати дозволяють істотно оптимізувати енерговитрати.

Особливості конструкції і експлуатації частотних приводів

Привід даного типу складається з частотного перетворювача і асинхронного мотора. Останній перетворює електрику в механічну енергію, приводячи в рух роторну пару. Частотний перетворювач служить для управління мотором. Він модифікує змінний електрострум однієї частоти в змінний струм іншої частоти.

У технічній літературі частіше зустрічається термін «частотно-регульований електропривод». Подібне назва обумовлена ​​тим, що регулювання швидкості обертів мотора здійснюється за допомогою варіації частоти напруги живлення, яке подається частотним перетворювачем на двигун. На сьогодні подібні приводи широко застосовуються в різних сферах промисловості. Наприклад, вони задіяні в насосах, що забезпечують додатковий підкачування рідини для мереж тепло- і водопостачання.

Компресорне обладнання з частотним приводом

Оснащення такого обладнання частотними приводами дозволило отримати агрегати, які мають низку значущих переваг в порівнянні з простими гвинтовими моделями.

• Плавний запуск. При включенні звичайного асинхронного електромотора виникають пускові струми, що перевищують номінальні в більш ніж 4 рази. Це провокує виникнення перевантаження в мережі і накладає обмеження на кількість включень компресорного устаткування протягом години. Аналог з двигуном, оснащеним частотним перетворювачем, запускається плавно, не провокуючи перевантажень в мережі. Число пускових операцій у нього буде менше.
• Здатність підтримувати постійний тиск з високою (до 0,1 бар) точністю, негайне реагування на всі скачки даного параметра в мережі. Кожен додатковий бар нагнітання - це 6-8-процентне збільшення енергоспоживання обладнання.
• Забезпечення точної відповідності продуктивності компресора і реальної потреби підключеного до нього обладнання в стиснутому газі. Це дозволяє мінімізувати кількість переходів агрегату в режим холостих обертів. А адже саме в моменти подібних переходів асинхронний електродвигун звичайної моделі споживає до 1/4 власної номінальної потужності.

За допомогою нескладних розрахунків отримуємо, що модель з частотним приводом за п'ятирічний період експлуатації дозволяє заощадити до 25% електроенергії в порівнянні з роторними моделями без частотного перетворювача. Деякі виробники обіцяють, що їх обладнання здатне заощадити до 35% ресурсів.

Інші способи оптимізації енерговитрат

На практиці ефективність роботи обладнання безпосередньо залежить від режиму його функціонування. Нерідко зустрічаються випадки, коли виробники завищують показники економічності свого обладнання або в рекламних цілях надають неповну інформацію. Користувачі компресорних установок повинні знати, що існують і інші способи оптимізації енерговитрат, які часто більш прості і економічно вигідні. Як приклад можна привести децентралізований комплекс забезпечення стисненим газом. Він передбачає установку декількох компресорів невеликої потужності замість одного потужного агрегату, не завжди працює на повну силу. Кожна одиниця підбирається в залежності від обсягів воздухопотребления конкретного обладнання. Оскільки не всі виробничі потужності можуть бути задіяні в один момент часу, компресорні агрегати підключаються по мірі необхідності.

Альтернативний варіант передбачає монтаж кількох гвинтових моделей в єдину мережу, яка оснащується одним пультом управління. Така станція працює на 100% своєї потужності при піковому навантаженні в мережі. Як тільки потреба в стислому газі знижується, непотрібні потужності відключаються.

Крім економії енергоресурсів подібні мультикомпрессорні групи дозволяють створити енергетичний резерв. Якщо одна з одиниць вийде з ладу, комплекс продовжить функціонувати. Втрата потужності буде незначною. Наприклад, якщо в мережу входить 4 агрегати, то поломка одного з них знизить сумарну продуктивність тільки на 1/4.

Якщо ж на підприємстві буде встановлено всього один, хоч і високопотужний агрегат, то його раптова поломка може призвести до повної зупинки виробничого циклу з усіма наслідками, що випливають збитками від простою.

На даний момент ступінь зношеності компресорного устаткування на багатьох підприємствах досяг критичного рівня. Питання модернізації пристроїв подачі стисненого газу є дуже актуальним. Сподіваємося, що дана стаття допоможе вам визначитися з вибором компресора, який задовольняє виробничим потребам вашого підприємства і сучасним вимогам до енергоефективності, безпеки і надійності обладнання.