Устройство винтовых компрессоров: ключевые элементы и функции

Введение в винтовые компрессоры

Сегодня на рынке доступно множество компрессорных установок, отличающихся по принципу работы, комплектации, техническим характеристикам и другим критериям.

Каждый тип компрессоров обладает своими уникальными чертами и преимуществами. Наиболее востребованными являются винтовые компрессоры – они достаточно просты и компактны, но при этом мощные и надежные.

Винтовые установки могут различаться по типу привода, наличию или отсутствию масла, количеству ступеней и т.д.

Давайте рассмотрим основные компоненты этого оборудования и обратим внимание на блок винтового компрессора, как на ключевой элемент его работы.

Устройство компрессоров винтового типа

К обязательным компонентам винтовых компрессоров относятся следующие элементы.

• Всасывающий воздушный фильтр, который очищает поступающий в компрессор воздух. Обычно он состоит из двух компонентов: предварительного фильтра, расположенного на месте забора воздуха, и финального фильтра, находящегося перед входным клапаном.
• Впускной клапан, регулирующий производительность компрессора, позволяя переключаться на холостой ход. Обычно он управляется пневматически.
• Винтовой блок, ключевой рабочий элемент винтового компрессора. Он состоит из двух параллельных роторов: один имеет вогнутый винтовой профиль, а другой – выпуклый. Именно эта конструкция отличает винтовые компрессоры от других типов.
• Ременная передача, состоящая из двух шкивов, обеспечивающих необходимую скорость вращения роторов. Один шкив установлен на винтовой паре, другой – на двигателе.
• Электродвигатель, который вращает винтовую пару через муфту, редуктор или ременной привод.
• Концевой охладитель воздуха, который снижает температуру сжатого воздуха до нужного уровня перед подачей его потребителю.
• Предохранительный клапан, гарантирующий безопасную работу устройства, предотвращая его поломку при повышении давления в маслоотделительном баке.
• Система трубопроводов, используемая для перемещения воздуха, масла или смеси воздуха с маслом.
• Реле давления, которое устанавливает параметры работы установки на основе уровней давления. Когда достигается максимальное значение, компрессор переключается на холостой ход, а при падении давления снова начинает работать.
• Блок управления, необходимый для электронного контроля работы оборудования, позволяющий отображать параметры и характеристики на дисплее.
• Вентилятор, который обеспечивает приток воздуха в компрессор и охлаждение рабочих элементов оборудования.

Винтовые компрессоры на масляной основе дополнительно включают масляной фильтр, термостат, отделитель и охладитель масла. Такие модели имеют меньший износ конструкции, в то время как безмасляные компрессоры предлагают более качественный сжатый воздух.

Принцип работы винтового компрессора достаточно прост: двигатель обеспечивает вращение ведущему ротору, который, в свою очередь, передает вращение ведомому. Все это происходит в герметичном корпусе с впускным и отводящим отверстиями.

Теперь подробнее о винтовом блоке – главном рабочем элементе компрессора: его параметрах, функциях и обслуживании.

Блок винтового компрессора

Винтовой блок – это основной компонент компрессора, где происходит процесс сжатия воздуха благодаря вращению роторов.

Конструкция блока в маслозаполненных и безмасляных установках практически не отличается. Размеры винтового блока зависят от мощности компрессора и могут сильно варьироваться.

К основным элементам винтового блока относятся корпус, ведущий и ведомый роторы, крышка блока и термостат. Между подвижными роторами и корпусом блока имеется небольшой зазор. Оба ротора крепятся к валу, который передает вращение. Также в блока много роликовых и радиально-упорных подшипников, стопорные гайки, кольца и пластины, упорные диски, втулки, штифты и различные уплотнительные элементы.

Долговечность работы винтового блока зависит от точного математического моделирования профилей и высокой точности изготовления роторов.

Важно соблюдать температурный режим работы винтового блока. Сильный нагрев может вызвать деформацию деталей, их быстрый износ и заклинивание.

Поэтому необходимо следить за исправностью систем охлаждения винтового компрессора – будь то масло, вода или воздух.

Уплотнения вала ведущего ротора винтового блока играют важную роль. Этот узел может различаться у разных производителей, но основная задача – предотвращение утечек масла в процессе работы компрессора.

Обычно для уплотнения используются комбинированные манжеты, а втулка вала, по которой они скользят, имеет диагональную насечку на внешней поверхности. При вращении вала она функционирует как “шнек”, возвращая масло в случае утечки.

При разных направлениях вращения вала применяются втулки с различной направленностью диагональной насечки.

Диагностика и обслуживание винтового блока

Периодическая диагностика подшипников винтового блока и электродвигателя на наличие вибраций является важным этапом в эксплуатации компрессоров. Для этого к различным точкам конструкции прикрепляются датчики специальными приборами – виброметрами. Измерения обычно проводят в трех плоскостях.

Анализ полученных данных позволяет прогнозировать необходимость замены подшипников и избежать серьезных поломок винтового блока и электродвигателя.

В процессе диагностики винтового блока проводится осмотр роторов, чтобы выявить возможные повреждения, коррозию или задиры на металле из-за контакта роторов при неправильном зазоре.

Для повышения эффективности и снижения себестоимости компрессора существуют специальные покрытия для роторов. Зарубежные производители активно используют их уже достаточно долго. Полимерные материалы, используемые для обработки поверхностей, помогают сократить затраты на точную механическую обработку винтовой пары и снижают вероятность контакта роторов.

Благодаря мелким частицам твердых смазочных материалов такие покрытия имеют высокие антифрикционные свойства и предоставляют:

• Удобство приработки роторов (поверхности становятся оптимальной формы для минимизации зазоров)
• Отсутствие задиров и схватывания
• Защиту металла от коррозии
• Снижение трения и шума в процессе работы компрессора

Заводские покрытия могут изнашиваться в процессе эксплуатации, что приводит к снижению эффективности работы роторов.

На сегодняшний день доступно восстановление защитного твердосмазочного слоя в ходе ремонта компрессора. В России специальные составы для этого производит компания Modengy.

В линейке антифрикционных твердосмазочных покрытий (АТСП) MODENGY есть материалы, которые зарекомендовали себя в производстве и обслуживании винтовых компрессоров.

Покрытия MODENGY 1014 и MODENGY 1066 наносятся на поверхности роторов слоем до 100 мкм. В процессе приработки толщина уменьшается на 2-2,5 раза, и это считается нормой.

MODENGY 1066 основан на дисульфиде молибдена и графите, имеет серо-черный цвет и широкий диапазон рабочих температур (-70…+315 °С). Это покрытие способно выдерживать нагрузку в 1940 МПа, а срок защиты от коррозии составляет более 300 ч.

MODENGY 1014 на основе дисульфида молибдена и ПТФЭ работает при температурах от -75 до +255 °С, выдерживает более 672 ч в соляном тумане (тест на коррозию) и имеет несущую способность 2700 МПа.

Оба типа покрытий наносятся методом окрашивания с учетом необходимой толщины и равномерности слоя.

На сложных поверхностях применяется автоматизированное распыление АТСП – метод, при котором перемещения распылительной головки и детали идеально согласованы.

Процесс включает удаление старого покрытия (если необходимо), выравнивание поверхности, ее очистку, обезжиривание и активацию (для этого в линейке MODENGY есть Специальный очиститель-активатор). Наносимый состав укладывается в несколько слоев с промежуточной сушкой каждого в течение 10-15 минут. Покрытия полимеризуются при нагреве (MODENGY 1014 – до +200 °С, MODENGY 1066 – до +220 °С) за 40 минут.

Использование твердосмазочных покрытий MODENGY на роторах винтовых безмасляных компрессоров помогает не только повысить их эффективность, но и снизить расходы на механическую обработку. АТСП исправляют недостатки в микрогеометрии поверхности, упрощая приработку и создавая динамическое уплотнение.