для чего в винтовых компрессорах служат шестерни связи

Конструкции и узлы винтовых компрессоров

Основную часть выпускаемых винтовых компрессоров составляют маслозаполненные машины. На долю воздушных маслозаполненных компрессоров из всего мирового объема производства винтовых машин в 1985 г. приходилось 90%. Остальные 10% составляли холодильные компрессоры и компрессоры сухого сжатия, которые применяются в основном для сжатия загрязненных и легких газов.

В Советском Союзе и за рубежом изготовляются винтовые компрессоры для различных производств на базе разработанных унифицированных типоразмерных рядов.

Отечественные винтовые компрессоры (воздушные и газовые) выпускаются на базе двух унифицированных рядов: компрессоров сухого сжатия и маслозаполненных.

Производство специальных комг прессоров, не вошедших в ряды, допускаются только как исключение в технически обоснованных случаях.

Унифицированный ряд винтовых компрессоров сухого сжатия, разработанный в СССР, состоит из базовых компрессоров, позволяющих получить винтовые компрессорные установки, охватывающие область производительности от 6 до 400 м³/мин (при работе на воздухе). Типоразмерный ряд включает в себя одно- и двухступенчатые машины, параметры которых приведены в каталогах. Предусмотрено, что при помощи этих же базовых компрессоров можно получить промежуточные производительности изменением частоты вращения роторов.

Конструктивные выполнения узлов уплотнений позволяют использовать базовые компрессоры для сжатия не только воздуха, но и любых других газов, кроме хладагентов. Но, так как в зависимости от физических констант газа оптимальная окружная скорость роторов меняется, производительность базовых компрессоров при работе на различных газах будет отличаться от той, которая указана в каталогах базовых винтовых компрессоров.

Унифицированный ряд винтовых маслозаполненных компрессоров охватывает производительности от 4 до 40 м³/мин, абсолютное номинальное и максимальное давление нагнетания соответственно 0,8—0,9 МПа и включает в себя шесть одноступенчатых компрессоров, выполненных на четырех базах.

Изменением частоты вращения роторов при помощи тех же базовых компрессоров можно получить другую производительность в пределах 4—50 м³/мин.

Компрессоры ряда предназначены для работы на воздухе и в других газах. В модификации базовых компрессоров, используемых для сжатия газа, предусмотрены торцевые уплотнения, препятствующие попаданию газа в атмосферу. На базах этих унифицированных рядов отечественными компрессоростроительными заводами для различных отраслей народного хозяйства выпускаются станции, агрегаты и установки с винтовыми компрессорами.

Отечественные заводы освоили выпуск винтовых компрессорных установок для сжатия попутного нефтяного газа, предназначенных для сбора и внутрипромыслового транспортирования нефтяного газа последних ступеней горячей и вакуумной сепарации с начальным давлением, близким к атмосферному. Установки можно эксплуатировать на открытых площадках, под навесом или в вентилируемых помещениях при температуре окружающей среды до 40°С.

Установки комплектуются винтовыми компрессорами унифицированного ряда винтовых маслозаполненных компрессоров. В рабочую полость компрессоров подается для охлаждения масло или подготовленная нефть.

Режим работы компрессорных установок непрерывный, круглосуточный. Время безостановочной работы 5000 ч. Установки полностью автоматизированы. При подключении проверенной и отлаженной аварийной и предварительной сигнализации на диспетчерский пункт постоянное присутствие обслуживающего персонала у компрессорной установки не обязательно.

Каждая компрессорная установка состоит из нескольких блоков полностью смонтированных на заводе-изготовителе. Каждый блок представляет собой законченный, испытанный, готовый к эксплуатации агрегат. Завод-изготовитель выпускает установки с опломбированными клапанами, органами регулирования, разъемами корпусов компрессора, упругой муфтой, компрессорным электродвигателем и шкафами автоматики.

В процессе монтажа и запуска установки на объекте у заказчика распломбируется только упругая муфта. Остальные пломбы разрешается снимать лишь в случае разрегулирования клапанов или выявления неполадок в работе компрессора или элементов системы автоматики.

Следует отметить, что в конструкции компрессоров наряду с использованием обычных радиальных графитовых уплотнений с запирающим газом или жидкостью применяются герметичные торцевые уплотнения.

Конструкция компрессоров обеспечивает возможность получения, различных производительностей на одном базовом размере компрессора за счет изменения передаточного отношения встроенного зубчатого мультипликатора (рис. 7.15,а).

Диапазон изменения окружной скорости на наружном диаметре ведущего ротора составляет 30— 50 м/с.

Зависимость удельной мощности от окружной скорости приводится на рис. 7.15,6 для компрессора при давлении нагнетания 0,8 МПа., Из этой зависимости видно, что оптимальная окружная скорость составляет 35—40 м/с. Однако отклонение от оптимума в диапазоне 40— 50 м/с незначительно увеличивает удельную мощность.

При повышении давления нагнетания ’более 0,9 МПа одноступенчатый компрессор становится неэффективным в связи со значительным уменьшением КПД. Переход в этом случае на двухступенчатое сжатие повышает КПД компрессора и снижает потребляемую мощность.

Компрессоры приводятся во вращение от электродвигателя в стационарных установках или от карданного вала двигателя внутреннего сгорания при помощи клиноременной передачи в транспортных установках.

Для увеличения частоты вращения ведущего ротора служит вариатор скорости.

Особенность конструкции компрессоров — применение высокооборотных подшипников качения, работающих при частоте вращения ведущего ротора 10000—14000 об/ мин, что позволило получить достаточно высокий КПД для такого типа машин.

Применение глушителя на всасывании, единого звукоизолирующего кожуха для компрессора и двигателя позволило достигнуть уровня шума ниже 80 дБ на расстоянии 1 м от установки.

На рис. 7.16 приведены типичные зависимости температуры нагнетания, производительности и потребляемой мощности от частоты вращения роторов компрессора при сжатии воздуха (1) и газа (2) молекулярной массой 17 и показателем адиабаты k — 1,3. Так как газ легче воздуха, то компрессор, его сжимающий, имеет более низкую производительность, чем при сжатии воздуха.

Выпускается компрессорная установка, предназначенная для сжатия хлора на предприятиях химической промышленности. Режим работы установки — непрерывный, круглосуточный.

В состав компрессорной установки входят следующие блоки: компрессорный агрегат, газоохладители, глушители шума, система автоматики.

Компрессорный агрегат — единый блок, смонтирован на общей раме — маслобаке.

На раме агрегата смонтирован электродвигатель с двухсторонним выводом вала для привода двух степеней компрессора и все основные элементы системы.

Компрессорная установка на давление нагнетания 0,5 МПа выполнена двухступенчатой в связи с тем, что температура сжимаемого хлора не должна превышать 110°С. При более высокой температуре значительно возрастает химическая активность хлора.

Для охлаждения хлора первой и второй ступеней сжатия предусмотрены промежуточный и концевой водяные газоохладители. На входе и выходе каждой ступени сжатия установлены глушители шума активного типа, позволившие снизить общий уровень звукового давления до 85 дБ на расстоянии 1 м. В установках для сжатия хлора температура в процессе сжатия не должна превышать 110°С, поэтому в случае увеличения степени повышения давления в ступени применяется впрыск жидкого хлора.

Представляют интерес данные о моноблочных воздушных компрессорах водозаполненного типа. В этих компрессорах в полость сжатия впрыскивается в больших количествах вода, что обеспечивает низкую температуру нагнетания. Вода также уплотняет зазоры, хотя в значительно меньшей степени, чем масло. Компрессор оснащен влагоотделителем, благодаря чему вода может повторно использоваться, охлаждаясь в теплообменнике. К преимуществам этого компрессора относится очистка газа водой от загрязняющих примесей, возможность использования для сжатия водорода и гелия.

В отличие от маслозаполненного в этом компрессоре имеются шестерни связи. Для предотвращения коррозии роторы и корпус изготовляются из коррозионно-стойких сплавов.

При снижении производительности до 40% от номинальной потребляемая мощность снижается пропорционально уменьшению производительности. Поэтому в тех случаях, когда компрессор в течение значительного времени должен работать при неполной загрузке, применение золотникового регулирования производительности нецелесообразно, несмотря на некоторое усложнение конструкций компрессора.

За рубежом разработан и выпускается однороторный винтовой компрессор (рис. 7.17). Собственно компрессор состоит из чугунного литого корпуса с горизонтальным разъемом, бронзового винта-ротора, двух отсечных колес-шестерен и подшипников. Стальные шестерни покрыты с торцевой рабочей стороны тонкой пластиковой шестерней, выдерживающей рабочую температуру до 300 °С, с гарантийным сроком службы 18 000 ч.

Воздух в винтовые полости поступает через торцевые прорези в роторе. По сравнению с двухроторной конструкцией сопротивление на всасывании значительно меньше, так как нет ограниченных по размерам окон всасывания. Зубья отсечной шестерни при вращении ротора поочередно отсекают винтовые полости от полостей всасывания, и с этого момента начинается процесс сжатия. К моменту окончания сжатия данная винтовая полость подходит к отверстию в верхней части корпуса, через которое сжатый воздух поступает в нагнетательную полость.

Сжатие происходит параллельно в двух противоположных винтовых полостях, что позволяет уравновесить радиальные силы. Полость между корпусом и торцом винта со стороны нагнетания сообщается с полостью всасывания, чем достигается разгрузка от осевых сил (рис. 7.17, в).

Незначительные радиальная и осевая нагрузки позволяют эксплуатировать коренные подшипники без замены в течение 20 000 ч.

Опоры валов отсечных шестерен имеют двойной упорно-опорный шариковый подшипник и опорный роликовый. В компрессоре имеется один узел уплотнения, устанавливаемый со стороны приводного вала (сторона нагнетания).

Сообщается о следующих преимуществах однороторного винтового компрессора по сравнению с двухроторной конструкцией:

Источник

Принцип работы винтового компрессора

Воздушные винтовые компрессоры: устройство и принцип работы

Потребность различных отраслей промышленности и строительства в сжатом воздухе постоянно возрастает. Пневматические инструменты (бытовые и промышленные), автоматизированные приёмно-подающие устройства, средства безопасности – неполный перечень оборудования, которое использует для своего функционирования такой энергоноситель. Соответственно растут и требования к компрессорам. Современные компрессоры винтового типа в значительной степени удовлетворяют поставленным требованиям.

Винтовой компрессор Boge

Принцип работы

Для выполнения своей главной задачи – подачи воздуха с необходимыми значениями давления и расхода – компрессору винтового типа предстоит выполнить следующие действия:

При этом необходимо реализовать следующие задачи и действия: давление и расход должны регулироваться, причём, по возможности, плавно, а удельная энергоёмкость агрегата (соотношение между производительностью и расходом электроэнергии) должна быть минимальной.

Схема устройства винтового компрессора

По этим показателям винтовой компрессор превосходит машины поршневого типа. Они имеют компактное устройство, отличаются гарантированно устойчивой непрерывной работой, меньшим уровнем шума и вибраций. Поэтому удельный вес такого оборудования в общей доле машин аналогичного предназначения постоянно возрастает. Приобрести винтовые компрессоры вы можете у наших партнеров: Компания ПрессАэр.

Основные узлы и детали

Современные конструкции рассматриваемого типа оборудования включают в себя:

Винтовой блок маслозаполненного винтового компрессора в разрезе

С целью сокращения непроизводительных потерь мощности, увеличения компактности и эксплуатационной долговечности за передачу крутящего момента винтовой паре в схеме имеется блок электронного управления вращением ротора двигателя. Поэтому традиционные клиноременные или зубчатые передачи в машинах современного типа отсутствуют.

Винтовой блок безмаслянного винтового компрессора

Применяемые устройства для управления винтовыми компрессорами обеспечивают постоянное изменение числа оборотов двигателя в момент его пуска и установившегося цикла работы машины. Поэтому регулировка технологических характеристик агрегата происходит плавно, при оптимальном расходе электроэнергии. Одновременно увеличивается и эксплуатационный ресурс всех подвижных элементов конструкции.

Последовательность получения энергоносителя

Стадии получения энергоносителя в рассматриваемых установках происходят по следующей схеме. Исходный воздух через впускной клапан засасывается вентилятором в фильтр очистки, после чего направляется в постепенно уменьшающийся спиральный зазор к винтовой паре. Одновременно туда из другого, масляного, контура поступает масло. В рассматриваемой технике оно выполняет следующие функции:

В процессе перемещения механической смеси воздуха и масла в спиральном зазоре площадь последнего постоянно уменьшается. Этому способствует конструкция винтовых роторов, один из которых – ведущий – имеет четырёхвитковый шаг, а второй, ведомый – шестивитковый. Учитывая разницу в плотности масла и воздуха (даже с учётом постепенного сжатия последнего), действие масла является своеобразным дополнительным поршнем, увеличивающим давление в масляно-воздушной смеси. Оно может регулироваться, в зависимости от расхода масла и скорости вращения винтовых роторов.

На выходе из спирального зазора смесь поступает в сепарирующее устройство, где и разделяется, причём масло последовательно поступает в фильтр очистки и термостат для охлаждения, а затем вновь возвращается в исходный контур. Сжатый воздух через систему клапанов проходит в фильтр-осушитель. Там воздух дополнительно очищают и понижают температуру до требуемых значений, после чего энергоноситель уже может транспортироваться по трубопроводам к месту своего применения.

Достоинства и ограничения

При выборе типоразмера машины следует принимать во внимание следующее. Винтовой компрессор работает в режиме непрерывного вращения винтовых роторов. Поэтому, в отличие от поршневых машин, там нет цикла холостого хода, а потому действие происходит без толчков и вибраций. Соответственно, снижаются нагрузки на фундамент. Наличие масляного смазывающего клина существенно снижает шум при работе данных устройств, и одновременно способствует увеличению периода их беспрерывного действия (у современных моделей оно может составлять сутки и более). Достоинством устройства винтовых компрессоров можно также считать улучшенную регулируемость выходных характеристик, а также повышенное качество конечного воздуха.

Принцип работы винтового компрессора современного типа полностью автоматизирован, что допускает его эффективное действие в составе автоматизированной поточной линии.

Винтовой компрессор обладает и рядом недостатков:

Устройство, особенности и преимущества винтовых компрессоров

Винтовой компрессор: принцип работы, ремонт

Винтовой компрессор предназначен для понижения давления с помощью вращательных движений роторов. Они относятся к ротационным компрессорным устройствам. Несмотря на то что оборудование появилось в середине 30-х годов, в настоящее время оно является одним из самых популярным. Его главные преимущества – малые габариты, работа в автоматическом режиме, экономичность и т. д.

При его монтаже не используют специальный фундамент, так как уровень вибрации имеет низкие показатели по сравнению с иными моделями. Воздушно-винтовой компрессор вытеснил аппараты других видов.

Он способен сжимать воздух до 15 атмосфер. При этом производительность достигает 100 м³/мин.

Достоинства

По сравнению с другими аппаратами, винтовой компрессор имеет ряд преимуществ:

Недостатки

Среди отрицательных сторон можно выделить высокую стоимость и сложность конструкции. Кроме того, аппарат требует дополнительного оснащения при отводе горячего воздуха, которое необходимо для отопления помещения. Запрещено использовать винтовые компрессоры в среде с агрессивными газами.

Устройство винтового компрессора

Самое простое оборудование имеет такие элементы:

Винтовой компрессор помещён в корпус. Он изготавливается из высококачественной стали.

Его поверхность обрабатывается специальным веществом, которое не подвергается воздействиям масла и других веществ.

Винтовой компрессор: принцип работы

Воздух из атмосферы попадает через клапан в роторный механизм, перед этим очищаясь в фильтре. Далее происходит смешивание с маслом. Затем оно поступает в специальную ёмкость для сжатия, при этом выполняет следующие цели:

Сжатая смесь поступает в маслоотделитель, где происходит разделение на составляющие.

Отделившееся масло очищается в фильтре и обратно поступает в блок, при необходимости его охлаждают. Воздух также поступает в воздухоохладитель, а затем подаётся из компрессора.

Какие режимы работы существуют?

Винтовой компрессор, принцип работы которого описан в предыдущем пункте, может функционировать в таких режимах:

Ремонт устройства

При хорошем обслуживании элемент может функционировать более 50 тыс. часов. Как и любое устройство, со временем необходимо осуществлять ремонт винтовых компрессоров. Это оборудование содержит сложные механизмы и различные комплектации.

Довольно часто в таком аппарате выходит из строя электроника. Компрессорные установки имеют сложные электронные системы, которые могут перегорать. Поэтому необходимо произвести его ремонт, а в более сложных случаях – замену. Выполнить это могут высококвалифицированные специалисты. Стоимость блока управления довольно велика. Если в ней есть осушитель, ремонт винтовых компрессоров будет ещё более затратным, так как оборудование является сложным механизмом.

Стоимость

Как говорилось ранее, винтовые компрессоры представлены на рынке в очень широком ассортименте.

Стоимость зависит от мощности оборудования, а также технических характеристик. Его ценовой диапазон колеблется от 250 до 700 тыс. рублей.

Отзывы

Многие пользователи винтовых компрессоров отмечают высокую производительность оборудования.

Так как оно имеет малые габариты, его можно использовать на разных строительных площадках, при этом не затрачивая много сил во время транспортировки. Среди недостатков выделяют высокую стоимость и сложность конструкции.

Винтовой компрессор: принцип работы, ремонт

Винтовой компрессор относится к классу ротационных компрессорных устройств и предназначен для понижения давления с помощью вращательных движений роторов. Оборудование получило широкое применение еще в середине 30-х годов прошлого века, но сохраняет свою актуальность и в настоящее время за счет малогабаритности, экономичности и автоматической работы.

Содержание статьи

Принцип работы компрессоров винтового типа основан на вращении двух роторов, которые и называют винтами. Воздушно-винтовой компрессор вытеснил аппараты других видов. При его монтаже не требуется специальный фундамент, поскольку уровень вибрации имеет низкие показатели по сравнению с другими моделями.

Винтовой компрессор способен сжимать воздух до 15 атмосфер, выдавая производительность до 100 м³/мин. За счет малых габаритов его можно использовать на разных строительных площадках, не затрачивая много сил при транспортировке.

Принцип работы винтового компрессора

При работе винтового компрессора происходит забор воздуха из атмосферы через клапан в роторный механизм, перед этим воздух проходит очистку в фильтре. Далее он смешивается с маслом и затем поступает в специальную емкость для сжатия. Одновременно воздушно-масляная смесь выполняет следующие действия:

Сжатая смесь поступает в маслоотделитель, где и происходит ее разделение на составляющие. Отделившееся масло очищается в фильтре и поступает обратно в блок, при необходимости его дополнительно охлаждают. Воздух также проходит через воздухоохладитель, а затем выводится из компрессора.

Устройство винтового компрессора

Самое простое оборудование винтового компрессора имеет следующие элементы. Прежде всего, основная часть — винтовой блок. В нем располагается два соединенных ротора, выполненных из высококачественной стали. В конструкции такого элемента предусмотрен термозащитный контроллер, необходимый для остановки работы двигателя при достижении им температуры 105оС.

Привод устройства состоит из двух шкивов, установленных в роторе и двигателе. Он служит для уменьшения или увеличения скорости вращения. Чем выше скорость, тем больше воздуха будет сжиматься. Но рабочее давление при этом снижается. Скорость оборотов ротора зависит от шкивов.

Мотор. Вращательные движения обеспечиваются за счет ременной передачи. В комплектацию мотора входит термозащитный датчик, отключающий двигатель при достижении высоких температур, а также предотвращающий возникновение аварийных ситуаций.

Фильтр служит для очистки воздуха, поступающего в рабочий элемент. Обычно фильтр состоит из двух частей. Первая устанавливается на корпусе, вторая монтируется перед клапаном.

Всасывающий клапан. При остановке компрессора необходим для того, чтобы масло и воздух не удалялись из устройства. Клапан управляется с помощью пневматики, но по внешнему виду не отличается от обычного пружинного клапана.

Масляный фильтр. Очищает масло для винтовых компрессоров перед его поступлением в двигатель. Маслоотделитель необходим для отделения воздуха от масла за счет центробежной силы. Маслоохладитель. После отделения от воздуха охлаждает масло в специальной емкости.

Маслоотделительный фильтр очищает смазку после разделения ее с воздухом. Предохранительный клапан срабатывает, когда давление в маслоотделителе превышает допустимые нормы.

Термостат регулирует температуру масляной смеси. Воздухоохладитель охлаждает возвращаемый в помещение воздух до температуры в 20оС. Для выгонки воздуха служит вентилятор. Для контроля давления внутри агрегата устанавливается специальный манометр.

Реле обеспечивает автоматическую работу агрегата, выполняет функцию электронной системы управления. Клапан минимального давления находится в закрытом положении, пока давление не превысит отметку в 4 Бара.

Винтовой компрессор встроен в корпус и изготавливается из высококачественной стали. Его поверхность обрабатывается специальным веществом, которое не подвергается воздействиям масла и других веществ.

Преимущества и недостатки винтового компрессора

По сравнению с другими компрессионными аппаратами, винтовой агрегат имеет ряд преимуществ:

Среди отрицательных сторон винтового компрессора обычно выделяют высокую стоимость прибора и сложность его конструкции. Помимо этого, аппарат требует дополнительного оснащения при отводе горячего воздуха, которое необходимо для отопления помещения. Отдельно отмечается, что винтовые компрессоры запрещается использовать в среде с агрессивными газами, это в ряде случаев создает определенные неудобства.

Режимы работы винтового компрессора

Винтовой компрессор может функционировать в следующих режимах работы:

Ремонт винтового компрессора

При должном обслуживании все элементы винтового компрессора могут исправно функционировать и работать более 50 тыс. часов. Но со временем возникает необходимость в ремонте даже самых лучших винтовых компрессоров. Это оборудование содержит сложные механизмы и может быть реализовано в различных комплектациях.

Наиболее часто в таком аппарате выходит из строя электроника. Компрессорные приборы оснащаются сложными электронными системами, в которых могут перегорать различные детали. Чаще всего проводится замена всей электронной начинки компрессора, но в несложных случаях иногда возможен ремонт.

Стоимость блока управления компрессором достаточно велика. Особенно если в ней присутствует осушитель. Поэтому замена целой системы выходит дорого, в этом случае желательно провести ремонт винтовых компрессоров. Так как оборудование является сложным механизмом, выполнить его могут высококвалифицированные специалисты.

Винтовые компрессоры в холодильной технике

holodilshik в Винтовые компрессоры в холодильной технике Добрый день, Уважаемый читатель.

В системах сжатого воздуха принцип абсолютно такой же.Винтовые компрессоры очень хороши для достижения высокого перепада давления и высокой степени сжатия.

Особенностью винтовых компрессоров является наличие золотника для регулирования производительности, которая регулируется, как правило ступенчато: 25-50-75-100%.

Применение винтовых компрессоров в холодильных системах обеспечивает более высокой производительностью данных компрессоров относительно более распространенных поршневых компрессоров и соответственно более низкой стоимостью. Применение винтовых компрессоров наиболее рационально в областях средних и больших производительностей. Хотя в последнее время наблюдается активное применение винтовых компрессоров в транспортных системах, хотя они на данный момент являются более дорогими. Также применение винтовых компрессоров крайне оправданно для достижения низких температур, которые могут быть достигнуты только в двухступечатом цикле сжатия поршневыми компрессорами.

В настоящее время винтовые компрессоры находят все более широкое применение в холодильной технике.

При написании данного поста использовался «Учебник по холодильной технике» Польманн А.С.

Метки: холод

Конструкция и эксплуатация винтового компрессора

Лекция 10.

Принцип действия винтового компрессора.Винтовые компрес­соры, как и поршневые, относятся к классу компрессоров объемно­го принципа действия. Повышение давления газа (пара) в них достигается за счет уменьшения замкнутого объема, образуемого впадинами винтов и стенками корпуса.

В зависимости от фазового состояния, соотношения фаз и состава рабочего вещества винтовые компрессоры делятся на следую­щие типа:

1) винтовые маслозаполненные компрессоры (ВМК);

2) винтовые компрессоры сухого сжатия (ВКС), в которых ос­новные детали могут охлаждаться паром или жидкостью;

3) винтовые компрессоры мокрого сжатия, работающие с впрыс­ком в рабочие полости сравнительно небольшого количества жид­кости, главным образом с целью снижения температуры сжимае­мого газа.

В настоящее время винтовые компрессоры используются в ос­новном в холодильных машинах. Преимущественное применение в холодильной технике нашли винтовые маслозаполненные ком­прессоры. Масло впрыскивается в рабочие полости ВМК, где оно обеспечивает уплотнение зазоров между рабочими органами ком­прессора, отвод теплоты сжатия газа от нагретых деталей, смазы­вание компрессора и снижение уровня шума.

По числу основных деталей (роторов) винтовые компрессоры могут быть одно-, двух- и многороторными. Последние не получи­ли широкого распространения. Некоторое применение нашли однороторные компрессоры. Наиболее распространены двухроторные винтовые компрессоры. На рис. 10.1 показана конструктивная схема двухроторного холодильного маслозаполненного компрессора.

Компрессор состоит из корпуса2, имеющего вертикальный разъем, передней крышки 1 с камерой всасывания и задней крышки 3. В цилиндрических расточках корпуса помещаются ведущий (ВЩ) 5 и ведомый (ВМ) 4 роторы, вращающиеся в опорных подшипниках 6. На средней утолщенной части ротора нарезаны зубья ВЩ и ВМ винтов, входящих во взаимное зацепление, подобно зубчатым ко­лесам. Осевые силы, действующие на роторы, воспринимаются упор­ными подшипниками 7. Часть осевой силы снимается разгрузоч ными поршнями 8. В нижней части корпуса в области сжатии пара (в цилиндрической расточке) помещен золотник 9, предназначенный для регулирования подачи компрессора. Наличие золотника является характерной особенностью винтовых компрессоров, по­зволяющей регулировать подачу в широких пределах.

Рис. 10.1. Двухроторный холодильный винтовой компрессор (ВМК)

Корпус компрессора имеет окно всасывания и окно нагнетания, расположенные приблизительно по диагонали, если смотреть сбоку на цилиндрические расточки для винтов. Винты представляют со­бой косозубые крупномодульные цилиндрические шестерни постоянного осевого шага с зубьями специального профиля (рис. 10.2). Зубья парных винтов при взаимной обкатке образуют теоретичес­ки беззазорное соединение. В полости (впадине) между зубьями ил камеры через окно всасывания поступает газ. Окно всасывания занимает только часть (хотя и большую) торцевой площади, ометаемой зубьями винта (рис. 10.3).

Рис. 10.2.Профили роторов:

1 — ведомого; 2 — ведущего

Рис. 10.3.Окно всасывания (заштриховано)

Винтовые компрессоры современной конструкции появились сравнительно недавно. В 1949 г. в нашей стране были созданы методики расчета винтовых компрессоров и инструмента для изготовления винтов, а в 1952 г. были изготовлены первые образцы воздушных и газовых машин, которые работали с впрыском в ра­бочее пространство воды.

В конце 50-х и начале 60-х годов XX в. появились винтовые компрессоры, работающие с впрыском масла, получившие название маслозаполненных. Их конструкции по сравнению с компрессорами сухого сжатия и машинами, работающими с впрыском капельной жидкости, не обладающей смазывающими свойствами, несколько упростились. Оказались излишними шестерни связи, так как при наличии смазывания допускается взаимное касание винтов ком­прессора, что обеспечивает их кинематическую связь. Упростились узлы уплотнений и подшипников.

Принцип работы двухроторного винтового компрессора (как су­хого, так и маслозаполненного) состоит в следующем.

При подходе и соединении очередных полостей ВЩ и ВМ вин­тов с окном всасывания начинается процесс всасывания газа (рис. 10.4). К этому моменту лишь часть объема полостей освобо­дилась от зубьев. По мере вращения винтов освобождающийся объем полостей увеличивается, процесс всасывания продолжается. После отсоединения полостей винтов от полости всасывания на­ступает процесс переноса.

Рис. 10.4.Схема работы винтового компрессора:

1 — нагнетательная полость; 2 — условно выпрямленный желоб (винтовая впадина)

одного ротора; 3 — зуб второго ротора, входящий во впадину первого ротора;

4 — всасывающая полость

При дальнейшем вращении полости ВЩ и ВМ винтов посте­пенно заполняются зубьями парного винта. Объемы полостей, за­полненные газом, поступенно уменьшаются, поскольку после окон­чания процессов всасывания и переноса полости еще не подошли к окну нагнетания, находящемуся с противоположного торца винтов, и не соединились с ним. Газ, перемещаясь вдоль полостей винтов в сторону торца и камеры нагнетания, одновременно сжимается и его давление повышается.

Окно нагнетания, расположенное в основном с торца и частич­но сбоку винтов в корпусе компрессора, имеет такие размеры, кото­рые обеспечивают, с одной стороны, получение заданного внутрен­него давления сжатия газа в полостях винтов, с другой — прием­лемую скорость движения газа через окно нагнетания. В момент соединения полостей с окном нагнетания заканчивается процесс внутреннего сжатия в компрессоре и начинается процесс нагнета­ния (выталкивания) рабочего вещества. Следует иметь в виду, что ни одна парная полость, образованная ВЩ и ВМ винтами, не мо­жет быть соединенной одновременно с камерами всасывания и на­гнетания.

Теоретический цикл работы. Теоретический цикл работы вин­тового компрессора состоит из изобарных процессов всасывания и нагнетания и изоэнтропного процесса сжатия (пренебрегая тепло­массообменом между рабочим веществом и внешней средой). Воз­можные теоретические циклы работы компрессора показаны на рис. 10.5. В отличие от поршневого в винтовом компрессоре от­сутствует определенное, конструктивно оформленное мертвое про­странство, поэтому процесс всасывания на диаграммах условно изоб­ражается, начиная от оси ординат, а процесс нагнетания на той же оси и заканчивается.

Рис. 10.5.Теоретические циклы винтового компрессора для различных ре­жимов работы

Из-за отсутствия самодействующих клапанов на нагнетании давление внутреннего сжатия ра может не совпадать с давлением рн, что находит отражение в характере течения процессов нагнета­ния (рис. 10.5, б, в). Если ра

рн, то в момент соединения полости с камерой газ расширится, а работа, затраченная на его «пережатие», превращается в теплоту. Это самый невыгодный режим работы компрессора. Заштрихован­ные участки диаграмм соответствуют потерям энергии (рис. 10.5, в).

Наиболее экономичным является режим, при котором давле­ния ра = рн, т. е. совпадают. Этот режим называется основным (рис. 10.5, а).

Параметры винтовых компрессоров.Теоретическая объемная подача винтового компрессора определяется конструктивными и кинематическими параметрами компрессора:

где Кп — коэффициент использования объема парной полости

lв — длина винта; f1п, f2п — площади впадин между зубьями в торцевой полости соответственно ВЩ и ВМ винтов; Wп — объем парной полости в момент начала сжатия газа в ней, т. е. в момент начала уменьшения ее объема; ni — частота вращения винта (i = 1,2); zi — число зубьев винта (известно, что z1n1 = z2n2). Формула для Qт может быть представлена так:

Действительная подача винтового компрессора

где λ — коэффициент подачи.

Экспериментально найденное значение коэффициента подачи учитывает влияние различных факторов на подачу. Основными из них являются:

· утечки рабочего вещества через щели в полости всасывания;

· гидравлические сопротивления тракта всасывания;

· подогрев рабочего вещества на всасывании;

· термодинамические свойства рабочего вещества;

· центробежные силы, действующие на рабочее вещество.

В винтовом компрессоре различают геометрическую степень сжатия εг, а также внутреннюю πа и внешнюю πн степени повыше­ния давления.

Внешняя степень повышения давления в ступени компрессора равна отношению давления в камере нагне­тания рн к давлению в камере всасывания рв, т. е. πн =рн/рв. При неизменных внешних условиях и установившемся режиме работы машины внешняя степень повышения давления не меняется при изменении частоты вращения роторов.

Внутренняя степень повышения давле­ния равна отношению давления в парной полости в момент соединения ее с окном нагнетания к давлению всасывания рв, т. е. πа =ра/рв

Предполагая процесс сжатия в первом приближении политропным, происходящим при постоянном количестве рабочего веще­ства, отношение давлений можно выразить через соотношение со­ответствующих объемов:

Геометрической степенью сжатия называется отношение объе­мов. Эта степень определяется выражением

Это отношение является функцией только геометрических па­раметров винтов: окон всасывания и нагнетания, т. е. величин, заложенных в конструкцию компрессора.

Степень сжатия отечественных ВМК лежит в пределах 2,6. 5,0.

Для винтового компрессора сухого сжатия индикаторная мощ­ность

Мощность РТР зависит от механического трения и других видов сопротивлений, вызывающих потери. Потери на трения учитыва­ются с помощью механического КПД

Энергетическое совершенство компрессора характеризуется эф­фективным КПД, равным отношению адиабатной мощности Ра (принимаемой за «эталонную») к мощности Ре, подведенной к ком­прессору:

Индикаторный КПД компрессора

Характер зависимости механического КПД винтовых компрес­соров от внешней степени повышения давления πн показан на рис. 10.6.

Рис. 10.6.Зависимость механическо­го КПД от внешней степени повыше­ния давления для винтовых компрес­соров:

1 — сухие компрессоры; 2 — маслозаполненные

Характеристики ВКС изображены на рис. 10.7.

Рис. 10.7.Характеристики сухого винтового компрессора:

неохлаждаемый корпус;———ох­лаждаемый корпус

Мощность двигателя, приво­дящего компрессор, должна учи­тывать потери в промежуточной передаче, а также сверх этого иметь некоторый запас в 5-10 % (К = 1,05-1,10) для компенса­ции возможных отклонений рас­четных величин от истинных:

Мощность винтовых маслозаполненных компрессоров (ВМК) затрачивается на сжатие и перемещение рабочего вещества Ри, на преодоление трения роторов о паромасляную смесь Ргм, на транс­портирование масла на сторону нагнетания Рм, на трение в под­шипниках, торцевом уплотнении, уравновешивающих поршнях Ртр.

Таким образом, уравнение для определения эффективной мощ­ности ВМК можно записать в следующем виде:

Расчетная индикаторная мощность Ри определяется по уравне­нию

где Qм — расход масляного раствора, занимающего часть объема парных полостей на стороне всасывания; рi — среднее индикатор­ное давление действительного ВМК, определяемое по индикатор­ной диаграмме.

Энергетическая эффективность ВМК определяется следующими

Характер зависимостей коэффици­ента подачи ВМК λ, эффективного КПД λе от πн показан на рис. 10.8 и 10.9.

Рис. 10.8.Зависимость λ вин­тового маслозаполненного ком­прессора от πн

для различных масел: 1 — ХС-40; 2— ХС-50

Рис. 10.9.Зависимость ηе маслозаполненного компрессора от

πн для различных масел:

Регулирование подачи винтового компрессора.Подача ВК может регу­лироваться путем изменения часто­ты вращения. Этот способ достаточ­но эффективен, однако он существен­но усложняет систему управления при­водным электродвигателем.

Важным достоинством винтовых маслозаполненных компрессоров яв­ляется возможность регулирования их подачи в широком диапазоне: от пол­ной до примерно пятнадцатипроцентной благодаря наличию золотника 9 (рис. 10.1). Перемещаясь вдоль оси в сторону торца нагнетания, золотник открывает доступ пару из рабочих полостей в камеру всасывания, тем самым факти­чески сокращает рабочую длину винтов и, следовательно, подачу компрессора. При пуске компрессора необходимо до минимума уменьшить потребляемую им мощность. С этой целью золотник перемещают в крайнее положение, в сторону полости нагнетания, тем самым обеспечивая минимальную подачу компрессора и соответственно минимальную пусковую мощность.

Применение регулирующего золотника позволяет осуществить один из наиболее экономичных способов регулирования подачи, обеспечивающего в конечном итоге значительную экономию энер­гии.

Винтовые компрессоры

Винтовым называют роторный компрессор, в котором сжатие газа происходит в рабочей камере, образованной корпусом и винтообразными роторами.

Винтовые компрессоры по многим параметрам превосходят поршневые машины, они обладают меньшей пульсацией, меньшим уровнем шума, и малой склонностью к помпажу. В винтовых компрессорах, отсутствуют обратные клапаны, это позволяет винтовым машинам работать на высоких оборотах, что в свою очередь обеспечивает большую производительность при меньших габаритах.

Винтовые компрессоры часто используют в системах, с большим потреблением воздуха высокого давления, на крупных промышленных предприятиях, на мобильных установок для питания пневматического оборудования, например отбойных молотков.

Принцип работы винтового компрессора

Схема винтового компрессора показана на рисунке.

В корпусе 1 компрессора, установлены роторы 2 и 3, которые в средней части имеют утолщенную шейку с нарезанным винтовым профилем. Между роторами должен быть обеспечен минимальный зазор (0,1. 0,4 мм). Для синхронизации вращения на роторах закреплены шестерни 4. Герметичность корпуса обеспечивается уплотнениями.

При вращении винтов в зоне выхода зубьев из зацепления образуются полости, которые заполняются газом. Область образования и увеличения этих полостей соединена со всасывающим патрубком компрессора. По мере входа зуба ведомого винта во впадину ведущего полость отделяется от области всасывания, а затем объем, в котором заперт газ уменьшается, осуществляется процесс сжатия. При дальнейшем вращении винтов, полость соединяется с напорным патрубком компрессора, происходит процесс вытеснения газа. Для охлаждения в полости 5 компрессора может подаваться жидкость.

Подача винтового компрессора

Подачу винтового компрессора можно вычислить используя зависимость:

Безмасляные винтовые компрессоры

При необходиости развить высокое давление применяют многоступенчатые сухие винтовые компрессоры. Такие машины позволяют достичь давления газа до 15 МПа.

Маслозаполненные винтовые компрессоры

В маслозаполненных винтовых компрессорах масло доставляется в полость сжатия, и обеспечивает охлаждение рабочей камеры и дополнительную герметизацию за счет образования масляной пленки. В линии нагнетания такого компрессора необходимо установить влагомаслоотделитель, который позволит отделить большую часть масла от воздуха, и после фильтрования вновь отправить в картер.

Маслозаполненные машины, как правило, более долговечны, обладают меньшим уровнем шума и вибрации чем сухие винтовые компрессоры.

Источник