Винтовые компрессоры

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.

Винтовые компрессоры

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.