С точки зрения теоретических разработок винтовой компрессор это один из самых традиционных типов компрессора.
Немецкий ученый Генрих Кригер в Германии 24 марта 1878 г. впервые запатентовал принцип работы винтового компрессора, патент № 4121.
Позже он внес, и некоторые улучшения в свой проект и подал второй патент (номер 7116) 16 августа, 1878. Генрих Кригер жил в Ганновере и его иллюстрации к патенту 1878 года по принципу работы и деталям конструкции практически идентичны любому из современных двухроторных винтовых компрессоров с симметричным профилем. Оба этих патенты являются одними из самых ранних записей в немецком патентном ведомстве, которое было основано только годом ранее.
Речь идет, конечно, только о классическом варианте двухвального винтового компрессора, с общей для двух валов камерой сжатия и синхронизирующими движения валов шестернями. В связи со сложной формой и высокими требованиями к материалу изготовления только в 1934 году появился первый прототип, выпущенный с участием известного шведского изобретателя Альфреда Линсхольма, главного инженера на заводе паровых котлов и турбин Ljungstroms Angturbin AB, в дальнейшем сменившим название на Svenska Rotor Maskiner AB (SRM). К этому времени исходные патентные права истекли. И под руководством Линсхольма были разработаны различные профили винтового компрессора и испытаны различные конфигурации и комбинации роторных пар. Кроме разработки самих роторов Альфред Линсхольм решил проблему технологическую и запатентовал метод точной обработки роторов; как для классических симметричных роторов из патента Генриха Кригера, так и для применяемых до сих пор по всему миру ассиметричных роторов, с «мужским» и «женским» дизайном роторов, соответственно системы для конструкций разного максимального давления винтовых компрессоров.
Завод Svenska Rotor Maskiner AB и до настоящего времени производит прототипы винтовых компрессоров, и их конструкции профилей двухвальных винтовых компрессоров до сих пор используют практически все производители по всему миру, наши партнеры используют эти высококачественные шведские роторы в частности для установок безмаслянного сжатия.
Винтовой компрессор представляет собой вариант поршневой машины, то есть машины, прежде всего объёмного принудительного сжатия.
Конструктивно винтовые компрессоры относятся к ротационным компрессорам. Сжатие среды достигается с помощью двух сцепленных между собой роторов с винтовыми зубьями.
Винтовой компрессор состоит из корпуса (цилиндра), ведущего и ведомого роторов с зубчато-винтовыми лопастями.
Винтовые компрессоры различают безмаслянные и маслозаполненные.
В маслозаполненных винтовых компрессорах, как правило, ведущим является один ротор. Винты входят в зацепление друг с другом, и ведомый ротор автоматически вращается при вращении ведущего ротора. Масло, которое постоянно впрыскивается в винтовой блок, предотвращает металлический контакт между роторами. Кроме смазки винтового блока, масло выполняет ещё две важные функции: оно уплотняет зазоры между роторами, между роторами и корпусом компрессорного блока, а также отводит тепло.
Ключевая особенность винтовых компрессоров состоит в том, что они обеспечивают фиксированную степень сжатия.
Ротационные винтовые компрессоры идеально подходят для многоступенчатой степени сжатия.
Этот тип компрессора можно назвать переходным между компрессорами объёмного сжатия (поршневыми) и динамического сжатия (центробежными), поскольку имеется процесс внутреннего сжатия (до достижения газом выходного окна), так и внешнего (динамического).
Основными конструктивными элементами винтового компрессора являются:
корпус;
- двигатель;
- компрессорный винтовой блок;
- фильтры – всасывающий и масляный;
- маслоотделитель;
- маслоохладитель;
- концевой воздухоохладитель;
- система управления и контроля;
- термостат, реле давления, предохранительный клапан и другие вспомогательные элементы;
- воздушный и масляный трубопроводы.
Как и поршневой аналог, винтовой компрессор для обеспечения более стабильного режима работы и улучшения качественных характеристик сжатого воздуха может оснащаться воздухосборником (ресивером). Кроме того, ресивер выполняет функцию охлаждения сжатого воздуха. Повысить общую эффективность компрессорного оборудования винтового типа дает использование частотно-регулируемого привода. Применение электронных блоков управления на основе современных микропроцессоров обеспечивает надежный контроль над основными эксплуатационными параметрами компрессоров.
Основные сферы применения винтовых компрессоров:
- Подача газа в ГТУ,
- Перекачка природного и попутного газа,
- Закачка газов в подземные хранилища,
- Охлаждение и сжатие газов (пропан/бутан),
- Сжатие технологических газов.
Конструкция и особенности регулирования винтовых газовых компрессоров
Современные винтовые компрессора выпускают с внутренней объёмной степенью сжатия от 1,8 до 6,0 или реальной степени сжатия от 2,2 до 10,6 по метану. Степень сжатия, как и производительность винтовых компрессоров, как правило, регулируются золотниковыми клапанами (ползунами).
Регулировка винтовых компрессоров
Плавное регулирование производительности винтовых компрессоров осуществляется в самых широких пределах по сравнению с другими типами – от 100% до 10% . За счёт этого достигается самое главное преимущество винтовых компрессоров.
Преимущества и недостатки
Преимущества
- Высокая степень сжатия;
- Надежность в работе;
- Не нужен специальный фундамент;
- Отсутствие клапанов и трущихся деталей в полости сжатия, повышающее надежность;
- Отсутствие механических преобразователей;
- Возможность обрабатывать газы с различной молярной массой;
- Возможность работать со средой, содержащую капельную жидкость;
- Высокая энергоэффективность;
- Не требует больших начальных вложений и малые капитальные вложения на ремонт;
- Не свойственна вибрация;
- Компактность;
- Низкая стоимость;
- Простота обслуживания;
- Малые габаритные размеры и вес.
Недостатки
- Содержание масла;
- Необходима масляная система с элементами охлаждения;
- При малой загруженности компрессора на всасе участка существенно снижается КПД.
Рабочий диапазон
Диапазон мощности: 100 — 5500 кВт
Давление: до 6,3 МПа
Скорость: 500 — 3000 об/мин
Несмотря на то, что стоимость винтового компрессора заметно выше поршневых агрегатов равной производительности, общая сумма затрат на эксплуатацию, обслуживание и ремонт, напротив, ниже. В целом, цены на винтовые компрессоры устанавливаются исходя из технических параметров оборудования и популярности бренда.