Какие винтовые компрессоры имеют синхронизирующие шестерни

Универсальные и популярные модели винтовых компрессоров

Винтовой компрессор — зачастую самый подходящий вариант для сфер, где необходима постоянная подача воздуха. Они сочетают в себе ряд полезных функций, благодаря которым они получили всеобщее признание.

Самое главное — винтовые компрессоры отличаются высокой энергоэффективностью. Это имеет большое значение, учитывая, что до 80% эксплуатационных расходов, связанных с воздушным компрессором, приходится на электроэнергию.

Кроме того, винтовой компрессор, как правило, не требует технического обслуживания и обеспечивает пульсацию низкого давления. Универсальность работы при различных уровнях давления играет важную роль в успехе компрессора.

Практически не существует отрасли, где невозможно использовать винтовые компрессоры.

Оригинальная технология

Их оригинальная технология — это то, чем они отличаются от остальных. Винтовые компрессоры сжимают газ, используя два соединенных зацеплением спиральных винта, называемых роторами. Синхронизирующие шестерни обеспечивают точное выравнивание роторов с наружной и внутренней резьбой в безмасляном компрессоре.

В маслозаполненных ротационных винтовых компрессорах смазочное масло заполняет пространство между приводными и ведомыми роторами. Это обеспечивает гидравлическое уплотнение при передаче механической энергии между двумя роторами.

Винтовые компрессоры — отличная альтернатива поршневым. Они созданы с расчетом на долгий срок службы, надежно работают в режиме непрерывной эксплуатации и идеально подходят для работы в течение всего дня.

Линейка винтовых компрессоров для практически всех известных областей применения

Винтовые компрессоры предлагаются в различных размерах и версиях, с учетом вашего бюджета. Проще говоря, всегда найдется компрессор, соответствующий вашим потребностям. При этом, существует три различных типа винтовых компрессоров. Это компрессоры с ременным приводом, приводом от шестерни и прямым приводом.

Компрессор с ременным приводом, например, модель G 15-22 «Атлас Копко», отличается прочностью, простотой установки и технического обслуживания. Кроме того, это решение с самыми низкими первоначальными инвестициями. С другой стороны, компрессоры с шестеренчатым приводом, такие как GA 15-26 компании «Атлас Копко», работают тише и потребляют меньше энергии.

И наконец, существует инновационный винтовой компрессор с прямым приводом. К этому типу относится инновационный компрессор GA 11+-30 «Атлас Копко». Эти модели обеспечивают непревзойденную эффективность и производительность при подаче высококачественного сухого воздуха. Среди всех трех типов винтовых компрессоров, они выделяются низким уровнем шума.

Дополнительно на компрессор можно установить осушитель, который идеально подходит для производств, требующих чистого и сухого воздуха. Кроме того, небольшие установки могут устанавливаться на баках. Таким образом обеспечивается дополнительная емкость для хранения, которая в сочетании со встроенным осушителем позволяет быстро включать компрессор в работу.

Подбирайте комбинации в соответствии с вашими потребностями

Вы можете выбрать базовую конфигурацию, обычно доступную в более низких диапазонах кВт/л.с., а можете компрессор с частотно-регулируемым приводом (VSD). Последние требуют больших первоначальных вложений, которые обычно быстро окупаются. Это связано с тем, что агрегаты с частотно-регулируемым приводом более энергоэффективны.

Они регулируют скорость работы в соответствии с потребностью в сжатом воздухе и, следовательно, не тратят зря воздух и не создают лишнюю энергию. Это означает, что технология VSD особенно полезна для производств с переменной потребностью в сжатом воздухе, что приводит к значительной экономии электроэнергии.

Обратитесь к специалисту по пневматическим системам, чтобы выбрать оптимальный винтовой компрессор, соответствующий всем вашим требованиям.

Есть множество причин, по которым винтовые компрессоры так популярны. Они универсальны, надежны, эффективны, бесшумны и поставляются в вариантах с различными размерами и типами.

Какой винтовой компрессор подойдет именно вам? В данном руководстве описываются различные технологии и их возможности, что поможет подобрать оптимальное решение для ваших потребностей.

Вы хотите обсудить возможные варианты для вашего бизнеса или задать нам конкретные вопросы? Нажмите кнопку ниже, чтобы связаться с нами.

Какие винтовые компрессоры имеют синхронизирующие шестерни

Надежность в работе, малая удельная металлоемкость и габаритные размеры предопределили широкое распространение винтовых компрессоров. В частности, они практически полностью вытеснили другие типы компрессоров в передвижных компрессорных станциях, судовых холодильных установках.

Типовая конструкция двухроторного компрессора сухого сжатия, работающего без подачи масла в рабочую полость, показана на рис. 3.7. На ведомом роторе 1 выполнена винтовая нарезка с впадинами. Ведущий винтовой ротор 2 с выпуклой нарезкой соединен непосредственно или через зубчатую передачу с двигателем. Между роторами существует минимальный зазор, обеспечивающий безопасную работу компрессора, а синхронизация их вращения происходит при помощи шестерен 3. Роторы расположены в горизонтально-разъемном корпусе 4, имеющем несколько разъемов, а также расточки под винты, подшипники, уплотнения и камеры всасывания и нагнетания.

Рис. 3.7.Винтовой компрессор сухого трения: 1 и 2 – ведомый и ведущий роторы;
3 – синхронизирующие шестерни; 4 – корпус

Уплотнения, состоящие из графитовых или баббитовых колец, отделяют подшипниковые узлы от рабочего объема корпуса. Между группами колец подается запирающий газ, препятствующий попаданию масла из подшипников в сжимаемый газ.

На рис. 3.8 схематично изображен принцип работы винтового компрессора. Между винтовыми поверхностями роторов и стенками корпуса образуются рабочие камеры (число их равно количеству заходов винтовой нарезки). Рассмотрим рабочий процесс на примере одной из камер. При вращении роторов объем камеры увеличивается; когда выступы роторов удаляются от впадин, происходит процесс всасывания (рис. 3.8 а). Когда объем камеры достигает максимума, процесс всасывания заканчивается, и камера оказывается изолированной стенками корпуса и крышками от всасывающего и нагнетательного патрубков. 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 нарезки образуют общую полость (рис. 3.8 б), объем которой непрерывно уменьшается благодаря поступательному перемещению линии контактирования сопряженных элементов по направлению к нагнетательному окну. Дальнейшее вращение роторов приводит к вытеснению газа из полости в нагнетательный патрубок (рис. 3.8 c). Благодаря наличию нескольких камер и высокой частоте вращения роторов компрессор создает непрерывный поток газа.

Рис. 3.8.Процесс работы винтового компрессора

Отсутствие клапанов обеспечивает винтовым компрессорам возможность работать с высокими частотами вращения, т. е. получать большую производительность при сравнительно небольших габаритах. Существует также однороторная конструкция винтового компрессора, где замыкание камер реализуется при помощи двух отсечных шестерен, причем оси их вращения нормальны к плоскости, в которой лежит ось вращения ротора.

6.5. Детали винтовых компрессоров

Детали винтовых компрессоров относительно просты, однако они требуют очень точной обработки.

Корпус компрессора. Корпус компрессора за редким исключением делают литым. Наиболее распространенным материалом является чугун со средними прочностными свойствами. В некоторых случаях для передвижных установок корпус отливается из легких сплавов с невысоким коэффициентом температурного расширения. При большом коэффициенте линейного расширения, учитывая неравномерный разогрев компрессора, могут сильно измениться монтажные зазоры.

Для работы компрессора очень важны расположение и форма всасывающего и нагнетательного окон. Форма канала, по которому газ подводится к всасывающему окну компрессора, должна быть такой, чтобы направление потока газа соответствовало бы направлению витков ротора. Всасывающее окно должно иметь максимальные размеры и располагаться таким образом, чтобы всасывание продолжалось возможно дольше. У малых и средних компрессоров корпус компрессора делается неразъемным, у больших машин он имеет разъем по плоскости осей обоих роторов. У небольших машин одна из крышек корпуса отливается вместе с корпусом.

Читайте также: Как правильно выбирать автомобильный компрессор

В машинах низкого давления тепло от корпуса отводится в окружающую среду ребрами, отлитыми на корпусе. Во всех остальных случаях корпус компрессора отливается вместе с водяной рубашкой. В воздушных винтовых компрессорах скорость воздуха во всасывающем и нагнетательном патрубках принимается 28–30 м/сек.

Роторы. Роторы изготовляют из поковки или прутка проката совместно с валом. Для их изготовления применяется высококачественная углеродистая сталь. Роторы делают также из мелкозернистого чугуна, из чугуна с шарообразным графитом, из алюминиевых сплавов и из нержавеющей стали. В этих случаях роторы изготовляются отдельно от вала и насаживаются или напрессовываются на стальной вал. Посадка вала должна быть достаточно тутой, чтобы не произошло ослабление соединения, так как это может привести к тяжелой аварии машины. Во многих случаях стальной ротор приваривается к валу. При высоких степенях повышения давления ротор имеет внутреннее охлаждение маслом, которое подается через сверление в валу. Благодаря этому увеличивается коэффициент подачи компрессора.

Рис 75. Профили зубьев с уплотняющими поясками

Для улучшения уплотнения на торцовых плоскостях ротора и на наружных поверхностях вершин зубьев ротора делаются уплотняющие пояски (рис. 75). Имеются роторы с уплотняющими поясками из мягкого железа или из пластических масс, запрессованными в канавки по наружному диаметру ротора, либо делают уплотняющие выступы насечкой металла по обеим сторонам выступа, при этом ширина уплотняющих выступов обычно 0,3–0,6 мм, а высота – 0,6–0,8 мм. Против уплотняющего выступа одного ротора имеется канавка в другом роторе. Отношение принимают в пределах от 1 до 2. Очень длинные роторы имеют малую жесткость. Окружная скорость на ободе ротора зависит от степени повышения давления, от высоты зуба и плотности сжимаемого газа.

Рис 76. Зависимость окружной скорости и на ободе главного ротора от степени повышения давления при различной высоте зуба Н

На рис. 76 показана зависимость окружной скорости на ободе ведущего ротора воздушного компрессора от степени повышения давления при различной относительной высоте зуба. Для газов с малой плотностью принимают окружную скорость выше, для газов с высокой плотностью – ниже. На валу ротора между уплотнениями и подшипником имеются маслоотражательные кольца, чтобы предохранить цилиндр oт попадания масла из подшипника. Роторы балансируются статически и динамически, причем балансировка повторяется после монтажа на роторе синхронизирующей шестерни, дисков для опоры осевых подшипников и полумуфты. Ротор должен иметь максимальную жесткость, чтобы прогиб ротора не вызывал необходимости увеличения зазоров, снижающих коэффициент подачи и энергетические показатели компрессора.

Синхронизирующие шестерни. Синхронизирующие шестерни всегда имеют косые зубья с углом наклона, доходящим до 45°, чтобы, хотя бы частично, компенсировать осевую силу, действующую на ведущий ротор. Зубья каленые и шлифованные или шевингованные с зазором между зубьями , где – диаметр делительной окружности большего колеса. Окружная скорость шестерен достигает 60 м/сек. Поскольку зазор в зубчатом зацеплении должен быть меньше зазора в роторе, шестерни смазываются обильно, даже в том случае, если передают небольшую мощность. Этим достигается снижение износа шестерен. Для достижения лучшего сопряжения обоих роторов шведская фирма Атлас Колко делает зубчатый венец синхронизирующей шестерни ведомого ротора из двух частей, взаимное смещение которых позволяет выбрать люфт в шестернях.

Читайте также: Что такое ппк в компрессоре

Рис. 77. Двусторонний сегментный осевой подшипник

Подшипники. Подшипники качения применяются только у компрессоров низкого давления и вакуум-насосов, поскольку высокие числа оборотов и большая нагрузка на подшипники снижают долговечность подшипников качения у компрессоров, имеющих высокие перепады давления. При нагрузках, которые действуют на подшипники в этих машинах, более приемлемы подшипники скольжения. Учитывая значительные усилия, вызывающие изгиб ротора, расстояние между подшипниками должно быть минимальным. Во избежание задиров по краям подшипника, вызванных изгибом ротора, длина подшипника принимается сравнительно небольшой. Нагрузка, действующая на радиальные и осевые подшипники, обычно постоянная. Осевые подшипники, как правило, выполняются сегментными (рис. 77). Во избежание перекоса в осевом подшипнике обычно делают шаровую опору, позволяющую подшипнику самоустанавливаться.

Для получения масляного клина, по которому скользит сегмент подшипника, подшипник имеет осевой зазор 0,1–0,2 мм, что необходимо учитывать при выборе осевых зазоров роторов в корпусе компрессора.

В радиальных подшипниках хорошо зарекомендовали себя поверхности скольжения, получаемые «лимонной» шабровкой, форма которых подбирается согласно гидродинамической теории смазки. В компрессорах лучше всего работают трехслойные подшипники, которые представляют собой не разрезную стальную втулку, имеющую внутреннюю втулку из свинцовистой бронзы, покрытой тонким слоем баббита. Сильное выделение тепла в подшипниках требует наличия холодильника в масляной системе. Во избежание износа подшипников, что привело бы к нарушению зазоров в роторе и к аварии компрессора, следует в масляной системе тщательно отфильтровывать масло и магнитом улавливать продукты износа.

При обеспечении хорошего охлаждения подшипника рекомендуется радиальный зазор в подшипниках скольжения принимать в пределах (0,001–0,002)d, где d – диаметр подшипника.

Уплотнения. Вследствие большой скорости вращения к уплотнениям винтовых компрессоров предъявляются повышенные требования. При конструировании уплотнений следует учитывать необходимость предохранить цилиндр компрессора от попадания в него масла из подшипников. Это исключает часто применяемое в других конструкциях масло как жидкость, обеспечивающую герметичность уплотнения. Применяются уплотнения, работающие без смазки – самосмазывающиеся графитовые кольца или лабиринтные уплотнения.

Фирма Демаг (ФРГ) устанавливает на своих винтовых компрессорах лабиринтные уплотнения из той же нержавеющей стали, из которой сделан и вал. При сжатии взрывоопасных или токсичных газов к камере (фонарю), расположенной в середине уплотнения, подсоединяется отсасывающий трубопровод или подводится инертный газ. Ряд других предприятий изготовляет внешние уплотнения с разрезными графитовыми кольцами, в канавки их входят лабиринтные ножи, которые получены механической обработкой вала.

Применяются также уплотнения, состоящие из не разрезных графитовых колец; такие уплотнения получаются короче лабиринтных и называются камерными. Уплотнение имеет от 4 до 6 камер и разделено фонарем на две части: внутреннюю и внешнюю. Фонарь для отвода проникающего в него газа соединяется или со всасыванием, или с трубой, отводящей газ на крышу помещения. В некоторых случаях в фонарь подводится инертный газ для отделения газового пространства от окружающей среды.

При конструировании уплотнения необходимо иметь в виду, что и на нагнетательной стороне уплотнение не находится под полным давлением нагнетания, поскольку пространство перед уплотнением соединено с одной стороны с нагнетательным патрубком, а с другой – с впадинами между зубьями, в которых находится газ под давлением всасывания. Действительное давление газа перед уплотнением составляет от 0,55 до 0,6 суммы давлении на нагнетании и всасывании.

Читайте также: Aiken компрессор 50 литров

Торсионные валы. Ведущий ротор имеет привод от быстроходного вала редуктора или от электродвигателя, как правило, через торсионный вал небольшого диаметра. Этот вал устанавливается для предохранения редуктора или муфты от торсионных колебаний. Соединение между валом ротора и редуктором или между валом и полумуфтой шлицевое.

Глушители шума. Большим препятствием для использования крупных винтовых компрессоров является шум, издаваемый ими при работе. Конструкция ротора, всасывающего и нагнетательного окон, установка глушителей на всасывающем. И нагнетательном патрубках и общая компоновка могут значительно снижать шум, который неприятен главным образом вследствие высокой частоты 200–2000 Гц, что определяется числом зубьев и скоростью вращения ротора. Кроме этих частот, имеется шум более высоких частот, который, однако, значительно менее интенсивен.

Шум от винтовых компрессоров лучше всего гасится в комбинированных поглощающего типа и резонансных глушителях, отрегулированных на наиболее интенсивную часть спектра шума. У больших винтовых компрессоров с низкими частотами шума размеры глушителей очень большие относительно габаритов машины из-за необходимости устанавливать толстый слой изолирующего материала.

Промышленные винтовые компрессоры: виды и особенности

Винтовые компрессоры генерируют сжатый воздух. Первые предпосылки к созданию винтовых компрессоров были в марте 1878 года. Немецкий инженер Генрих Кригар не смог воплотить свои разработки. За это в 1932 году взялся швед Линсхольм. Винтовые компрессоры были компактными, надежными и экономили потребление электричества на 30%.

По какому принципу работают винтовые компрессоры

Компрессор сухого сжатия сконструирован без применения масла в качестве смазки. У компрессора два винтовых ротора. Ведущий ротор соединяется с мотором через зубчатую передачу, имеет выпуклую нарезку, а у ведомого ротора в качестве нарезки — вогнутые впадины. Роторы находятся в корпусе. Корпус оснащен подшипниками, камерами для всасывания и нагнетания воздуха и уплотнениями.

Узлы уплотнений представляют собой набор графитовых и баббитовых колец. Между кольцами подается газ, что не позволяет попадать маслу из подшипниковых узлов в газ, а газу — в подшипниковые камеры.

Чтобы компрессор работал не изнашиваясь, между винтами роторов оставляют расстояние. Чтобы ведомый и ведущий роторы работали синхронно, существуют специальные шестерни.

При движении роторов камеры увеличивают объем. Всасывание происходит путем отдаления выстуов от впадин. Процесс всасывания прекратится, когда камеры станут предельно объемными. Камеры изолируются при помощи корпусных стенок и крышками двух патрубков: нагнетательного и всасывающего.

Во время вращения выступы ведомого и ведущего роторов соединяются, от переднего торца, к окну нагнетания. Оба ротора соединяются в общую полость. Полость становится, газ перемещается в нагнетательные патрубки.

Высокий вращательный импульс винтовых компрессоров обусловлен отсутствием клапанов. Из этого следует большая производительность при относительно компактных размерах аппарата.

В компрессорах, заполняемых маслом, взаимодействие роторов происходит без шестеренок. Масло предотвращает перегрев при сжатии компрессора и позволяет деталям смазываться.

Сухие компрессоры работают без масла. В таких конструкциях уже используются вспомогательные элементы — шестерни. Они синхронизируют ротовы, не давая им контактировать.

В отличие от маслозаполненных компрессоров, сухие компрессоры имеют большую скорость вращения.

Существует два вида винтовых компрессоров: с прямым приводом и ременным.

Сегодня распространены двухступенчатые компрессоры. Отличаются они наличием четырех роторов. Это увеличивает производительность при аналогичных энергозатратах.

Винтовой компрессор синхронизирующие шестерни

Синхронизирующие шестерни всегда имеют косые зубья с углом наклона, доходящим до 45, чтобы, хотя бы частично, компенсировать осевую силу, дейст-вающую на ведущий ротор. Зубья каленые и шлифованные или шевингованные с зазором между зубьями 0 0002 Ds, где Д, — диаметр делительной окружности большего колеса. Окружная скорость шестерен достигает 60 м / сек. Поскольку зазор в зубчатом зацеплении должен быть меньше зазора в роторе, шестерни смазываются обильно, даже в том случае, если передают небольшую мощность. [2]

Силовая нагрузка передается синхронизирующими шестернями . [3]

Роторы кинематически соединены между собой синхронизирующими шестернями , что обеспечивает вращение их без соприкосновения друг с другом. [4]

Вращение с ведущего ротора на ведомый передается синхронизирующими шестернями . [5]

Вращение с ведущего винта передается на ведомый синхронизирующими шестернями . [7]

Основными деталями винтовых компрессоров являются ведущий и ведомый роторы, синхронизирующие шестерни и корпус. [8]

Обильная смазка роторов в маслозаполненных винтовых компрессорах позволяет в ряде случаев исключить синхронизирующие шестерни , что упрощает конструкцию, снижает шум, но предъявляет высокие требования к качеству изготовления и прочностным характеристикам роторов. [9]

Для достижения лучшего сопряжения обоих роторов шведская фирма Атлас Копко делает зубчатый венец синхронизирующей шестерни ведомого ротора из двух частей, взаимное смещение которых позволяет выбрать люфт в шестернях. [10]

Обильная смазка ротора делает возможным непосредственное соприкосновение зубьев, при этом необходимость в синхронизирующих шестернях отпадает. [12]

Хотя роторы находятся в зацеплении, их поверхности не соприкасаются друг с другом, так как на нагнетательной стороне компрессора на валы роторов насажены синхронизирующие шестерни , с помощью которых вращение ведущего вала синхронно передается на ведомый. Благодаря этому винтовые компрессоры могут работать без смазки рабочих полостей. [13]

Чтобы понять принципы балансировки ромбического приводного механизма, вернемся к рис. 1.18, на котором можно видеть, что этот механизм состоит из двух кривошипов и соединяющих их рычажных передач, смещенных относительно оси двигателя; кривошипы вращаются в противоположных направлениях и связаны двумя синхронизирующими шестернями . Рабочий поршень прикреплен к верхней траверсе, а вытеснительный — к нижней. Все соединительные рычаги имеют одинаковую длину, образуя ромб, и механизм обеспечивает полную симметрию в любой момент времени рабочего цикла. Если массы поршней и связанных с ними возвратно-поступательно движущихся деталей равны, то центр тяжести ромба всегда будет расположен в его геометрическом центре, и, когда приводной механизм вращается, центр тяжести перемещается вверх вдоль линии хода. Силы инерции, возникающие при этом движении, можно компенсировать, добавляя к каждой распределительной шестерне вращающуюся массу, равную массе поршня, так, чтобы их центры тяжести периодически перемещались в направлении, обратном направлению движения центра тяжести ромба, и положение центра тяжести всей системы оставалось неизменным. Таким образом достигается идеальная балансировка сил инерции, направленных по вертикали. Ввиду характерной симметрии системы сумма сил инерции в горизонтальном направлении равна нулю и сумма моментов, обусловленных этими силами, также равна нулю. [14]

Преимуществом таких насосов перед шестеренчатыми является то, что их роторы силовой нагрузки не несут. Силовая нагрузка воспринимается синхронизирующими шестернями , жестко посаженными на валах роторов. Наряду с этим следует отметить, что равномерность подачи жидкости в нагнетательный трубопровод у кулачковых насосов меньшая по сравнению с шестеренчатыми. [15]

Винтовой компрессор — Rotary-screw compressor

Роторно-винтовой компрессор представляет собой тип газового компрессора , таким как воздушный компрессор , который использует положительное-смещение механизм поворотного типа. Эти компрессоры широко используются в промышленности и заменяют более традиционные поршневые компрессоры, где требуются большие объемы сжатого газа, например, для больших холодильных циклов, таких как чиллеры , или для систем сжатого воздуха для работы с пневматическими инструментами, такими как отбойные молотки и ударные гайковерты . Для меньших размеров ротора внутренняя утечка в роторах становится намного более значительной, что приводит к тому, что этот тип механизма менее подходит для небольших компрессоров, чем поршневые компрессоры.

Процесс сжатия газа во вращающемся винте представляет собой непрерывное движение, поэтому пульсация или помпаж потока очень незначительны, как в поршневых компрессорах. Это также позволяет винтовым компрессорам работать значительно тише и производить гораздо меньшую вибрацию, чем поршневые компрессоры, даже при больших размерах, и дает некоторые преимущества в эффективности.

СОДЕРЖАНИЕ

Работающий

В роторно-винтовых компрессорах для сжатия газа используются два винтовых винта с очень тесным зацеплением , известные как роторы. В винтовых компрессорах с сухим ходом синхронизирующие шестерни обеспечивают точное выравнивание охватываемого и охватывающего роторов без контакта, что может привести к быстрому износу. В масляно-винтовых компрессорах смазочное масло перекрывает пространство между роторами, обеспечивая гидравлическое уплотнение и передачу механической энергии между роторами, позволяя одному ротору полностью приводиться в движение другим. Газ поступает со стороны всасывания и перемещается по резьбе при вращении винтов. Зацепляющиеся роторы проталкивают газ через компрессор, и газ выходит через конец винтов. Рабочая зона — это межлопаточный объем между охватываемым и охватывающим роторами. Он больше на впускном конце и уменьшается по длине роторов до выпускного отверстия. Это изменение объема и есть сжатие. Всасываемый заряд втягивается на концах роторов в большой зазор между охватываемым и охватывающим кулачками. На впускном конце охватываемая часть намного меньше, чем ее охватывающая часть, но относительные размеры меняют пропорции по длине обоих роторов (охватываемая часть становится больше, а охватывающая часть меньше) до тех пор, пока (по касательной к выпускному отверстию) не останется зазор между ними. пара долей намного меньше. Это уменьшение объема вызывает сжатие заряда перед подачей в выходной коллектор.

Эффективность этого механизма зависит от точной подгонки зазоров между винтовыми роторами и между роторами и камерой для герметизации полостей сжатия. Однако некоторая утечка неизбежна, и необходимо использовать высокие скорости вращения, чтобы минимизировать отношение скорости потока утечки к эффективной скорости потока.

В отличие от воздуходувок Рутса , современные винтовые компрессоры изготавливаются с разными профилями на двух роторах: охватываемый ротор имеет выпуклые выступы, которые входят в зацепление с вогнутыми полостями охватывающего ротора. Обычно у охватываемого ротора меньше лепестков, чем у охватывающего ротора, поэтому он вращается быстрее. Первоначально винтовые компрессоры изготавливались с симметричными профилями полости ротора, но в современных версиях используются асимметричные роторы, при этом точная конструкция ротора является предметом патентов.

Размер

Производительность винтовых компрессоров обычно выражается в лошадиных силах (л.с.), стандартных кубических футах в минуту ( SCFM ) * и фунтах на квадратный дюйм (PSIG). Для блоков мощностью от 5 до 30 л.с. физический размер этих блоков сопоставимы с типичным двухступенчатым компрессором. По мере увеличения мощности ротационно-винтовые компрессоры значительно экономят на масштабе. Например, составной компрессор мощностью 250 л.с. — это большая часть оборудования, для которой обычно требуется специальный фундамент, помещения и высококвалифицированные монтажники для установки оборудования. С другой стороны, винтовой компрессор мощностью 250 л.с. можно разместить в обычном цехе с помощью стандартного вилочного погрузчика . В промышленности роторно-винтовой компрессор мощностью 250 л.с. обычно считается компактным оборудованием.

Винтовые компрессоры обычно доступны в диапазоне от 5 до 500 л.с. и могут производить потоки воздуха, превышающие 2500 кубических футов в минуту. В то время как давление, создаваемое одноступенчатым винтовым компрессором, ограничено 250 фунтами на квадратный дюйм, двухступенчатый винтовой компрессор может обеспечивать давление до 600 фунтов на квадратный дюйм.

Винтовые компрессоры имеют тенденцию к плавной работе с ограниченной вибрацией, поэтому не требуют специального фундамента или системы крепления. Обычно винтовые компрессоры монтируются с использованием стандартных резиновых изолирующих опор, предназначенных для поглощения высокочастотных вибраций. Это особенно актуально для винтовых компрессоров, работающих с высокими частотами вращения.

* В меньшей степени некоторые компрессоры рассчитаны на фактические кубические футы в минуту ( ACFM ). Третьи измеряются в кубических футах в минуту (CFM). Использование CFM для измерения скорости компрессора неверно, поскольку оно представляет собой расход, не зависящий от эталонного давления. т.е. 20 кубических футов в минуту при 60 фунтах на квадратный дюйм.

История

Винтовой компрессор был впервые запатентован в 1878 году Генрихом Кригаром в Германии , однако срок действия патента истек, и рабочая машина не была построена.

Современный винтовой компрессор со спиральными лопастями был разработан в Швеции Альфом Лисхольмом, который был главным инженером компании Ljungstroms Angturbin . Лисхольм разработал винтовой компрессор, ища способ преодолеть помпаж компрессора в газовых турбинах . Lysholm сначала рассмотрел воздуходувку типа Рутс, но обнаружил, что она не может обеспечить достаточно высокий перепад давления. В 1935 году Ljungstroms запатентовал винтовой компрессор со спиральными лопастями, который затем получил широкую лицензию для других производителей. Ljungstroms Angturbin AB была переименована в Svenska Rotor Maskiner (SRM) в 1951 году.

В 1952 году шотландская инжиниринговая компания Howden использовала первый отрезной станок Holroyd для производства роторов компрессоров со спиральными лопастями, что значительно сократило как стоимость, так и время производства.

В 1954 году Howden и SRM совместно разработали первый маслозаполненный винтовой компрессор. Затопление обеспечивало как охлаждение, что позволяло более высокие отношения давления, так и устранение зубчатых колес. Первый коммерчески доступный винтовой воздушный компрессор затопляемого типа был представлен в 1957 году компанией Atlas Copco .

Щелевые клапаны были разработаны SRM в 1950-х годах, что позволило улучшить управление производительностью, что было ограничивающим фактором для применения в винтовых компрессорах.

Асимметричные роторы были впервые запатентованы SRM и впоследствии введены в продажу компанией Sullair в 1969 году. Внедрение асимметричных роторов улучшило уплотнение, что еще больше повысило эффективность типов.

Приложения

Винтовые компрессоры обычно используются для подачи сжатого воздуха для крупных промышленных предприятий. Их лучше всего применять в приложениях, которые имеют постоянную потребность в воздухе, таких как заводы по упаковке пищевых продуктов и автоматизированные производственные системы, хотя достаточно большое количество периодических запросов, наряду с некоторым хранилищем, также будет представлять подходящую постоянную нагрузку. Помимо стационарных агрегатов, роторно-винтовые компрессоры обычно устанавливаются на прицепах-тягачах и приводятся в действие небольшими дизельными двигателями. Эти портативные компрессионные системы обычно называют строительными компрессорами. Строительные компрессоры используются для подачи сжатого воздуха к отбойным молоткам, клепальным инструментам, пневматическим насосам, пескоструйным машинам и промышленным системам окраски. Их часто можно увидеть на стройплощадках и на дежурстве с бригадами по ремонту дорог по всему миру.

Винтовые воздушные компрессоры также широко используются на буровых установках с вращающимся приводом, DTH и RC, используемых в горнодобывающей промышленности и при разведочном бурении, а также при обслуживании трубопроводов нефти и газа, таких как пневматические испытания или продувка воздухом.

Без масла

В безмасляном компрессоре воздух полностью сжимается за счет действия винтов без помощи масляного уплотнения. В результате они обычно имеют более низкое максимальное давление нагнетания. Однако многоступенчатые безмасляные компрессоры, в которых воздух сжимается несколькими наборами винтов, могут достигать давления более 150 фунтов на квадратный дюйм (10 атм) и выходного объема более 2000 кубических футов в минуту (57 м 3 / мин).

Безмасляные компрессоры используются в приложениях, где унос унесенного масла недопустим, например, в медицинских исследованиях и производстве полупроводников. Однако это не исключает необходимости фильтрации, так как углеводороды и другие загрязнители, попавшие из окружающего воздуха, также должны быть удалены до места использования. Следовательно, для обеспечения качественного сжатого воздуха часто требуется обработка воздуха, идентичная той, которая используется для маслозаполненного винтового компрессора.

В небольших поршневых компрессорах плотники домовладельцы иногда используют «безмасляные» компрессоры, в которых без масла подразумевается не использование масла, а тефлоновые покрытия, постоянно прилипающие к изнашиваемым поверхностям.

С впрыском масла

В роторно-винтовом компрессоре с впрыском масла масло впрыскивается в компрессионные полости, чтобы способствовать герметизации и охлаждению газовой смеси. Масло отделяется от нагнетаемого потока, охлаждается, фильтруется и возвращается в цикл. Масло улавливает неполярные частицы из поступающего воздуха, эффективно уменьшая количество частиц при фильтрации сжатого воздуха. Некоторое количество увлеченного компрессорного масла обычно попадает в поток сжатого газа после компрессора. Во многих случаях это устраняется с помощью коалесцеров / фильтров. Осушители сжатого воздуха с охлаждением и внутренними холодными коалесцирующими фильтрами рассчитаны на удаление большего количества масла и воды, чем коалесцирующие фильтры, расположенные после осушителей воздуха, поскольку после охлаждения воздуха и удаления влаги холодный воздух используется для предварительного охлаждения горячего воздуха. входящий воздух, который нагревает выходящий воздух. В других приложениях это устраняется использованием ресиверов, которые снижают локальную скорость сжатого воздуха, позволяя маслу конденсироваться, выпадать из воздушного потока и удаляться из системы сжатого воздуха с помощью оборудования для управления конденсатом.

Масляные винтовые компрессоры используются в самых разных сферах, включая сжатие воздуха, охлаждение газа , переработку углеводородов и использование энергии от низкопотенциальных источников тепла. Размеры варьируются от воздушных компрессоров для небольших мастерских до тяжелых промышленных компрессоров мощностью 8400 кВт (11300 л.с.) с выходным давлением до 60 бар (870 фунтов на кв. Дюйм). Новые маслозаполненные винтовые воздушные компрессоры выделяют менее 5 мг / м3 масла.

Смазочные материалы, Полиалкиленгликоль (PAG), Полиальфаолефин (PAO), Минеральные масла

Масло PAG — это полиалкиленгликоль, который также называют полигликолем . Масло PAG горит чисто, не оставляя следов, и использовалось в качестве масла- носителя для твердых смазок для высокотемпературной смазки цепей. Некоторые версии подходят для пищевых продуктов и биоразлагаемы. Смазочные материалы PAG используются двумя крупнейшими производителями воздушных компрессоров США в винтовых воздушных компрессорах. Компрессоры с впрыском масла PAG не используются для распыления краски, потому что масло PAG растворяет краски. Реакционно-твердеющие двухкомпонентные краски на основе эпоксидной смолы устойчивы к маслу PAG.

Полигликоли несовместимы со смазками на основе минеральных масел. Смесь полигликолей с минеральными маслами дает студенистую липкую массу.

Компрессоры, смазываемые минеральным маслом (но не полиалкиленгликолевым маслом), рекомендуются для уплотнений, покрытых консистентной смазкой на основе минерального масла, таких как пневматические высокоскоростные 4-ходовые клапаны и воздушные цилиндры, которые работают без масленок с минеральной смазкой. Один производитель оценил свои пневматические высокоскоростные 4-ходовые клапаны со сроком службы 50 миллионов циклов, если они не будут подвергаться воздействию полигликолевых масел.

Полиальфаолефиновое масло PAO совместимо с консистентными смазками на основе минеральных масел.

Конический винтовой компрессор

Относительно недавно разработанный конический винтовой компрессор представляет собой спиральное продолжение геротора . Он не имеет собственного пути утечки «продувочного отверстия», который в хорошо спроектированных винтовых компрессорах является причиной значительных утечек через узел. Это позволяет роторам гораздо меньшего размера иметь практическую эффективность, поскольку при меньших размерах площадь утечки не становится такой же большой частью площади перекачки, как в прямолинейных винтовых компрессорах. В сочетании с уменьшающимся диаметром конусообразного ротора это также позволяет значительно повысить степень сжатия в одноступенчатом режиме с более низкой пульсацией на выходе.

Схемы управления

Среди винтовых компрессоров существует несколько схем управления, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Старт / стоп

В схеме управления пуском / остановом элементы управления компрессором приводят в действие реле для подачи и отключения питания двигателя в соответствии с потребностями в сжатом воздухе. Значительное хранилище требуется в большинстве случаев использования, если нагрузка является непостоянной или плохо согласована с компрессором, требуемое хранилище часто будет больше, чем сам компрессор.

Загрузка / выгрузка

В схеме управления нагрузкой / разгрузкой компрессор остается постоянно включенным. Однако, когда потребность в сжатом воздухе удовлетворяется или уменьшается, вместо отключения питания компрессора активируется устройство, известное как золотниковый клапан. Это устройство открывает часть ротора и пропорционально снижает производительность машины до 25% мощности компрессора, тем самым разгружая компрессор. Это уменьшает количество циклов пуска / останова для электродвигателей по сравнению со схемой управления пуск / останов в компрессорах с электрическим приводом, увеличивая срок службы оборудования с минимальным изменением эксплуатационных расходов. Эта схема используется почти всеми производителями промышленных воздушных компрессоров. Когда схема управления нагрузкой / разгрузкой комбинируется с таймером для остановки компрессора после заранее определенного периода непрерывной работы без нагрузки, это известно как двойное управление или автоматическая двойная схема. Эта схема управления по-прежнему требует хранения, поскольку для соответствия потреблению доступны только две скорости производства, хотя и значительно меньше, чем схема запуска / остановки.

Модуляция

Вместо того, чтобы запускать и останавливать компрессор, золотниковый клапан, как описано выше, непрерывно регулирует производительность в соответствии с потребностями, а не управляется поэтапно. Хотя это обеспечивает постоянное давление нагнетания в широком диапазоне требований, общее энергопотребление может быть выше, чем при схеме нагрузки / разгрузки, что приводит к примерно 70% потребляемой мощности при полной нагрузке, когда компрессор находится в состоянии нулевой нагрузки.

Из-за ограниченной регулировки потребляемой мощности компрессора относительно выходной мощности сжатого воздуха модуляция, как правило, является неэффективным методом управления по сравнению с приводами с регулируемой скоростью. Однако для применений, где невозможно часто останавливать и возобновлять работу компрессора (например, когда компрессор приводится в действие двигателем внутреннего сгорания и работает без ресивера сжатого воздуха), модуляция подходит. Непрерывно регулируемая производительность также устраняет необходимость в значительном хранении, если нагрузка никогда не превышает мощность компрессора.

Переменное смещение

Используемый компрессорными компаниями Quincy Compressor, Kobelco , Gardner Denver и Sullair , регулируемый рабочий объем изменяет процентную долю роторов винтовых компрессоров, работающих на сжатие воздуха, позволяя воздушному потоку обходить части винтов. Хотя это действительно снижает энергопотребление по сравнению со схемой управления модуляцией, система загрузки / разгрузки может быть более эффективной при больших объемах хранения (10 галлонов на кубический фут в минуту). Если большой объем хранилища нецелесообразен, система переменного рабочего объема может быть очень эффективной, особенно при полной нагрузке более 70%.

Одним из способов достижения переменного рабочего объема является использование нескольких подъемных клапанов на стороне всасывания компрессора, каждый из которых подсоединен к соответствующему месту на выпуске. В автомобильных нагнетателях это аналогично работе перепускного клапана.

Переменная скорость

В то время как воздушный компрессор, приводимый в действие частотно-регулируемым приводом, может предложить самые низкие эксплуатационные затраты на электроэнергию без какого-либо заметного сокращения срока службы по сравнению с должным образом обслуживаемым компрессором нагрузки / разгрузки, силовой инвертор переменной частоты привода регулируемой скорости обычно значительно увеличивает стоимость конструкции такого компрессора, что снижает его экономические преимущества по сравнению с компрессором нагрузки / разгрузки надлежащего размера, если потребность в воздухе постоянна. Однако привод с регулируемой скоростью обеспечивает почти линейную зависимость между потребляемой мощностью компрессора и подачей наружного воздуха, обеспечивая наиболее эффективную работу в очень широком диапазоне потребности в воздухе. Компрессор все равно должен будет перейти в режим пуска / останова из-за очень низкой нагрузки, так как эффективность все еще быстро падает при низкой производительности из-за утечки в роторе. В суровых условиях (жаркая, влажная или пыльная) электроника частотно-регулируемых приводов может нуждаться в защите для сохранения ожидаемого срока службы.

Нагнетатели

Двухвинтовой нагнетатель представляет собой устройство с принудительным вытеснением, которое работает, проталкивая воздух через пару зацепляющихся винтов с малым допуском, аналогично набору червячных шестерен. Двухвинтовые нагнетатели также известны как нагнетатели Лисхольма (или компрессоры ) в честь их изобретателя Альфа Лисхольма . Каждый ротор радиально симметричен, но асимметричен по бокам. Для сравнения, обычные воздуходувки типа «Рутс» имеют либо идентичные роторы (с прямыми роторами), либо роторы с зеркальным отображением (со спиральными роторами). Мужской ротор производства Whipple имеет три лопасти, а женский — пять лопастей. У мужского ротора Kenne-Bell четыре лопасти, у женского — шесть лопастей. Самок в некоторых более ранних проектах было четыре. Для сравнения: воздуходувки Рутса всегда имеют одинаковое количество лопастей на обоих роторах, обычно 2, 3 или 4.

Сравнительные преимущества

Винтовой компрессор имеет низкий уровень утечек и низкие паразитные потери по сравнению с компрессором Рутса. Нагнетатель обычно приводится в действие непосредственно от коленчатого вала двигателя через ременную или зубчатую передачу. В отличие от нагнетателя типа Рутса , двухвинтовой демонстрирует внутреннее сжатие, которое представляет собой способность устройства сжимать воздух внутри корпуса, когда он перемещается через устройство, вместо того, чтобы полагаться на сопротивление потоку после нагнетания для повышения давления. .

Требование высокоточных технологий производства с компьютерным управлением делает винтовой нагнетатель более дорогой альтернативой другим доступным формам принудительной индукции. Благодаря более поздним технологиям стоимость производства была снижена, а производительность повысилась.

Все типы нагнетателей выигрывают от использования промежуточного охладителя для уменьшения количества тепла, выделяемого при перекачивании и сжатии.

Наглядный пример технологии, применяемой в двухвинтовой технологии таких компаний, как Ford , Mazda , Mercedes и Mercury Marine, также может продемонстрировать эффективность двухвинтовой технологии. Хотя некоторые центробежные нагнетатели являются последовательными и надежными, они обычно не обеспечивают полный наддув до почти пиковых оборотов двигателя, в то время как нагнетатели прямого вытеснения, такие как нагнетатели типа Рутса и двухвинтовые компрессоры, обеспечивают более быстрый наддув. В дополнение к этому, двухвинтовые нагнетатели могут поддерживать разумный наддув до более высоких оборотов лучше, чем другие нагнетатели прямого вытеснения.

Связанные термины

Термин «нагнетатель» обычно используется для обозначения устройства, устанавливаемого на двигатели с функциональной потребностью в дополнительном потоке воздуха, например, двухтактный дизельный двигатель , где положительное давление на впуске необходимо для «продувки» или удаления отработавших выхлопных газов из двигателя. цилиндр и нагнетайте свежий всасываемый заряд в цилиндр перед тактом сжатия. Термин «нагнетатель» применяется к ротационным винтовым компрессорам, компрессорам типа Рутса и центробежным компрессорам, когда они используются как часть автомобильной системы принудительной индукции .

Винтовой компрессор — Rotary-screw compressor

Воспроизвести медиа

А винтовой компрессор это тип газовый компрессор, например, воздушный компрессор, в котором используется механизм прямого вытеснения роторного типа. Они обычно используются для замены поршневые компрессоры там, где требуются большие объемы воздуха под высоким давлением, либо для крупных промышленных применений, таких как чиллеры, или для работы с мощными пневматическими инструментами, такими как отбойные молотки и гайковерты. Для ротора меньшего размера внутренняя утечка в роторе становится намного более значительной, что приводит к тому, что этот тип механизма не подходит для небольших воздушных компрессоров.