Конструкция/устройство винтового компрессора
В данной статье мы расскажем об основных элементах конструкции винтового компрессора и о его устройстве.
В настоящее время производством винтовых компрессоров занимается достаточно большое количество компаний по всему миру. Однако, как автомобиль состоит из кузова, двигателя и трансмиссии, так и винтовой компрессор разных производителей состоит из компонентов, имеющих различия в конструкции, но выполняющих одну и ту же задачу при работе агрегата.
Любой винтовой компрессор может быть схематично представлен следующим образом:
Основные элементы винтового компрессора
1 – входной фильтр
2 – всасывающий клапан
3 – винтовой блок
4 – электродвигатель
5 – масляный резервуар
6 – сепаратор
7 – клапан минимального давления
8 – термостат
9 – масляный фильтр
10 – воздушный радиатор
11 – масляный радиатор
12 – вентилятор
13 – обратный клапан
14 – сетчатый фильтр
15 – выход сжатого воздуха
Входной фильтр
На входе винтового компрессора обязательно устанавливается фильтр, задачей которого является предотвращение проникновения в компрессор вместе с засасываемым воздухом пыли и твердых механических частиц.
Он представляет собой, как правило, цилиндрический патрон из гофрированной бумаги и может устанавливаться как открыто, так и в корпусе.
Воздушный фильтр винтового компрессора
Размер ячейки входного фильтра в большинстве случаев составляет 10 мкм, а площадь его поверхности соответствует производительности компрессора.
Всасывающий клапан
Наличие на входе винтового компрессора всасывающего клапана (иногда его еще называют регулятором всасывания) является отличительной особенностью компрессоров данного типа. Закрытие и открытие всасывающего клапана позволяет легко переводить компрессор в режим холостого хода и работы под нагрузкой соответственно.
Запорный элемент всасывающего клапана имеет вид поворотного (заслонки) или поступательно двигающегося диска с уплотнением. Положение запорного элемента изменяется под действием сжатого воздуха, подаваемого во внутренний или внешний пневмоцилиндр из масляного резервуара через управляющий электромагнитный клапан.
Всасывающий клапан винтового компрессора
Всасывающий клапан винтового компрессора
Запуск винтового компрессора всегда происходит при закрытом всасывающем клапане. Но для того, чтобы в масляном резервуаре произошло накопление сжатого воздуха с давлением, достаточным для последующего воздействия на поршень управляющего пневмоцилиндра, всасывающий клапан имеет канал небольшого сечения с обратным клапаном.
Обратный клапан
Винтовой блок
Основным рабочим элементом компрессора является винтовой блок, в котором собственно и происходит процесс сжатия всасываемого через входной фильтр воздуха.
Винтовой блок
В корпусе винтового блока расположены два вращающихся ротора – ведущий и ведомый. При их вращении происходит движение воздуха от всасывающей стороны к нагнетающей с одновременным уменьшением объема межроторных полостей, т.е. сжатие.
Принцип сжатия воздуха в винтовом блоке
Зазор между роторами уплотняется находящимся в корпусе винтового блока маслом. Масло также служит для смазывания подшипников и отвода тепла, образующегося при сжатии воздуха.
Также существуют безмасляные винтовые компрессоры классического исполнения (без уплотняющей жидкости) и с водяным впрыском в камеру сжатия вместо масла.
Электродвигатель
Для передачи вращения ведущему ротору винтового блока, как правило, используется обычный трехфазный асинхронный электродвигатель.
Электродвигатель
Исключение составляют мобильные винтовые компрессоры, в которых в качестве источника вращения используется дизельный двигатель.
Дизельный компрессор
Вращение от вала двигателя ведущему ротору винтового блока может передаваться как при помощи клиноременной передачи:
Ременной привод
или через муфту с эластичным элементом (так называемый «прямой привод»).
Муфта эластичная
В некоторых случаях применяется шестеренчатый привод (в компрессорах большой производительности).
Нередко бывает необходимо регулировать производительность винтового компрессора, изменяя частоту вращения вала двигателя. В этом случае электропитание двигателя осуществляют при помощи специального устройства – частотного преобразователя.
Частотный преобразователь
Применение частотного преобразователя позволяет в широких пределах регулировать производительность винтового компрессора в зависимости от реальной потребности в сжатом воздухе, не прибегая к переводу агрегата в режим холостого хода закрытием всасывающего клапана.
Масляный резервуар
Масляный резервуар играет очень важную роль в работе винтового компрессора:
- выполняет роль первичного аккумулятора сжатого воздуха;
- увеличивает объем масляной системы компрессора и, соответственно, количества масла, необходимого для эффективного отвода тепла, образовывающегося при сжатии воздуха;
- работает, как отделитель основной массы масла от сжатого воздуха, т.к. масло-воздушный поток попадает в резервуар из винтового блока по касательной к его цилиндрической поверхности – как бы «закручивается».
Масляный резервуар
Масляный резервуар
Сепаратор
Для того, чтобы выходящий из винтового компрессора сжатый воздух содержал минимальное количество масла, в его конструкции обязательно применяется сепаратор.
Сепаратор может быть внешним (в компрессорах небольшой мощности) и встроенным в масляный резервуар.
Внешний вид встроенного сепаратора:
Сепаратор встроенный
Сепаратор внешний:
Сепаратор внешний
Сепаратор в разрезе с указанием потока масла и воздуха:
Сепаратор в разрезе
Благодаря наличию в конструкции винтового компрессора сепаратора содержание масла в сжатом воздухе на выходе не превышает 3 мг/м3.
Клапан минимального давления
Для нормальной циркуляции масла при работе винтового компрессора необходимо, чтобы давление в масляном резервуаре не опускалось ниже определенного минимально необходимого уровня.
Когда в магистрали, на которую работает винтовой компрессор, уже присутствует давление, это условие выполняется. А вот в случае, когда компрессор используется для заполнения пустого воздухосборника, для создания в масляном резервуаре повышенного давления используется клапан минимального давления.
Клапан минимального давления
Клапан минимального давления в разрезе:
Клапан минимального давления в разрезе
Этот клапан открывается при давлении на его входе, превышающем определенное значение, которое задается регулировкой сжатия закрывающей клапан пружины. Типичным для винтовых компрессоров давлением открытия клапана является значение 4÷4,5 бар.
Термостат
В винтовом компрессоре, как и в двигателе автомобиля, существует два круга системы охлаждения – малый и большой.
Сразу после запуска компрессора масло в нем циркулирует по малому кругу, что обеспечивает довольно быстрый рост температуры. Это необходимо, чтобы при сжатии воздуха не происходило выпадение конденсата и смешивание его с маслом, значительно ухудшающее его эксплуатационные свойства.
Малый круг охлаждения
После достижения определенного значения температуры масла термостат открывается, направляя поток циркуляции по большому кругу – через охлаждаемый вентилятором радиатор.
Большой круг охлаждения
Как правило, открытие термостата начинается при температуре масла +55°С и полностью завершается при температуре +70°С.
Масляный фильтр
В процессе работы винтового компрессора в масле могут присутствовать механические примеси – продукты износа движущихся частей и частицы пыли, размер которых меньше размера ячейки входного фильтра.
Для очистки масла от этих примесей в циркуляционный контур компрессора включается масляный фильтр.
Масляный фильтр в разрезе
Воздушный радиатор / Масляный радиатор / Вентилятор
Для охлаждения сжимаемого винтовым компрессором воздуха его пропускают через радиатор, который обдувается вентилятором. Температура сжатого воздуха на выходе компрессора, как правило, превышает температуру окружающей среды не более, чем на 20÷30 °С.
Для охлаждения циркулирующего в компрессоре масла служит масляный радиатор. Обычно воздушный и масляный радиаторы объединены в единый блок и обдуваются одним вентилятором (двумя в компрессорах большой мощности).
Обычно вентилятор приводится в действие отдельным электродвигателем.
Вентиляторы охлаждения
В небольших компрессорах зачастую для обдува радиаторов используется вентилятор, входящий в состав приводного двигателя.
Вентилятор охлаждения на двигателе
Обратный клапан / Сетчатый фильтр
Масло, отделяемое от сжатого воздуха в сепараторе, требуется вернуть в циркуляционный контур компрессора. Для этого используется специальная масловозвратная линия, имеющая в своем составе обратный клапан и сетчатый фильтр.
Масловозвратная линия
Для того, чтобы процесс возврата масла можно было наблюдать в реальном времени (это необходимо в диагностических целях), некоторые детали масловозвратной линии выполняют прозрачными.
Масловозвратная линия
Выход сжатого воздуха
На выходной патрубок винтового компрессора необходимо установить запорный кран, позволяющий отключить компрессор от магистрали сжатого воздуха на время проведения технического обслуживания или ремонта.
Также для соединения выхода компрессора с магистралью рекомендуется использовать гибкое соединение (металлорукав) для устранения влияния температурных и вибрационных деформаций трубопровода на соединение.
Шаровый кран и металлорукав
На этом все.
Мы рассмотрели основные компоненты конструкции винтового компрессора и их назначение. В следующих статьях мы рассмотрим устройство данных узлов более подробно.
Все возникшие вопросы вы можете задать в форме ниже. Мы ответим в течение 1-2 рабочих дней.
С уважением,
Константин Широких & Сергей Борисюк
Вернуться в раздел Полезная информация
Еще по теме:
Винтовые компрессоры. Общая информация
Принцип работы винтового компрессора
Конструкция/устройство винтового компрессора
Конструкция винтового газового компрессора. Видео
Конструкция винтового блока компрессора
Конструкция всасывающего клапана (регулятора всасывания) винтового компрессора
Конструкция термостата. Назначение термостата в винтовом компрессоре
Конструкция клапана минимального давления (КМД). Назначение КМД в винтовом компрессоре
Конструкция масляного резервуара. Назначение и принцип действия
Конструкция сепаратора тонкой очистки. Назначение и функции в винтовом компрессоре
Схема управления работой винтового компрессора. Общая информация
8 комментариев
Здравствуйте, Константин!
Решил воспользоваться неожиданной для меня возможностью получить ответ на адрес моей почты на основе Вашей статьи «Конструкция/устройство винтовых компрессоров».
1) Клапан минимального давления. «Типичным для винтовых компрессоров давлением открытия клапана является значение 4-4.5 бар».
Не означает ли это, что закрывающая клапан пружина при рабочем ходе компрессора постоянно отбирает у него давление 4-4.5 бар и, соответственно, 24-27% электроэнергии теряется? (если ее затраты 6% на 1 бар, как принято считать?).
Если это так, то, например, при рабочем давлении компрессора 7.5 бар, в сеть сжатый воздух попадает после клапана с давлением 7,5-4,5=3,0 бар?.
С уважением, Игорь.
Одесса.
Здравствуйте, Игорь!
Посмотрите также статью Конструкция клапана минимального давления (КМД). Назначение КМД в винтовом компрессоре
Теперь по существу вопроса…
Что значит «в сеть сжатый воздух попадает с давлением 7,5-4,5=3,0 бар?»?
Клапан минимального давления (КМД) необходим для того, чтобы давление в масляном резервуаре не опускалось ниже необходимого для нормальной циркуляции масла значения и не зависело от давления в сети.
А давление в сети может быть и «нулевым» — представьте, что выход компрессора просто открыт в атмосферу. При этом давление в масляном резервуаре все равно будет 4-4,5 бар. И компрессор будет «выдувать» в эту атмосферу ровно столько воздуха, сколько «засасывает».
Теперь представьте, что компрессор начинает заполнять систему (ресивер) определенного объема. Масляный резервуар наполняется воздухом очень быстро — его объем очень мал по сравнению с ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ компрессора. КМД открывается и воздух начинает проходить в ресивер, давление в котором плавно растет «ОТ НУЛЯ».
Как только давление в ресивере СРАВНИВАЕТСЯ с давлением открытия КМД, давления в масляном резервуаре и ресивере начинают РАСТИ СИНХРОННО!
5 бар в масляном резервуаре — 5 бар в ресивере. 6 бар в масляном резервуаре — 6 бар в ресивере. И так далее.
Сопротивление ОТКРЫТОГО КМД очень мало.
О каких потерях Вы говорите?
С уважением,
Сергей Борисюк
Здравствуйте, Сергей!
Спасибо за подробный ответ, понятный мне до слов: «Сопротивление ОТКРЫТОГО КМД очень мало».
С моей точки зрения, сопротивление клапана было бы действительно относительно мало, если бы в рабочем режиме компрессора поршень с клапаном не испытывал давление 4.5 бар сжатой пружины на закрытие.
То есть, если бы каким-то образом клапан был механически «защемлен» в открытом положении при давлении 7.5 бар и не испытывал «противотока » пружины в 4.5 бар. Есть разница в том -«защемлен» клапан или нет.
С уважением,
Игорь Хлебников
Здравствуйте, Игорь.
В настоящий момент я готовлю материал, который, надеюсь, ответит на все Ваши вопросы.
А пока обратите пристальное внимание на тот факт, что в ЗАКРЫТОМ состоянии на клапан КМД действует ОТКРЫВАЮЩЕЕ его давление со стороны масляного резервуара и ЗАКРЫВАЮЩЕЕ усилие пружины. При выравнивании данных усилий клапан начинает ОТКРЫВАТЬСЯ и сжатый воздух поступает в наполняемую систему (ресивер и т.п.).
Давление в ресивере начинает расти, сравнивается с давлением в масляном резервуаре и далее они растут СИНХРОННО. При этом давление в ресивере действует на КМД как ОТКРЫВАЮЩЕЕ (там есть манжета, см. чертеж в статье «Конструкция клапана минимального давления»). Поэтому ЗАКРЫВАЮЩЕЕ действие на КМД всегда определяется только усилием пружины.
Если бы не было упомянутой выше манжеты, клапан работал бы как регулятор давления «после себя». Т.е. давление в ресивере суммировалось бы с закрывающим действием пружины (давило бы на клапан «сверху»). Но описание принципа работы регуляторов давления выходит за рамки обсуждаемого здесь вопроса.
С уважением,
Сергей Борисюк.
Здравствуйте. Сергей!
Спасибо за безупречные, высококвалифицированные (изложенные на понятном техническом языке) ответы на мои вопросы. Теперь мне по клапану КМД все ясно.
Даже как-то неловко стало за свое второе письмо от 06.10.2016г.
С уважением,
инженер-гидротехник Игорь Хлебников.
Здравствуйте Сергей.
У нас следующая ситуация.
Винтовой компрессор несколько часов после включения работает нормально, потом как будто что то перекрывает частично выход воздуха и компрессор начинает переключаться с холостого хода на рабочий и обратно буквально через несколько секунд.
При этом постепенно падает давление в системе (ресивер), а давление в компрессоре прыгает от 7,0 до 8,0 атмосфер.
Здравствуйте, Алексей.
Судя по Вашему описанию, в трубопроводе, идущем от компрессора к ресиверу действительно имеется какое-то препятствие.
Для его локализации необходима дополнительная информация:
— наличие на трубопроводе дополнительного оборудования (осушитель, фильтры, влагоотделители, запорная арматура);
— если имеется осушитель, то какого он типа (адсорбционный, рефрижераторный).
Такое поведение (неполадка проявляется через несколько часов после включения компрессора) характерна для систем, имеющих в своем составе рефрижераторный осушитель. При недостаточном потоке горячего сжатого воздуха через осушитель (если пропускная способность его значительно превосходит производительность компрессора), а также при его неисправности или упрощенной конструкции (без обратной связи по температуре в холодильном контуре) в трубопроводе внутри осушителя замерзает конденсат, образуя «ледяную пробку». Она и является препятствием для прохождения сжатого воздуха.
Если я прав в своих предположениях, то Вам в первую очередь следует обратить внимание именно на осушитель. Он не должен охлаждать сжатый воздух до температуры ниже +3 градусов Цельсия.
С уважением, Сергей.
Спасибо большое Сергей.
Пока не знаю какого типа осушитель но данная проблема началась после замены компрессора (мотора) холодоосушителя. ремонтировала подрядная организация. после ремонта в определенный момент (обычно в режиме холостого хода компрессора) начинается вибрация всего холодоосушителя, а подрядчики ничего внятного не отвечают вот и приходится решать проблемы самостоятельно.
С уважением Алексей.