ВИНТОВЫЕ КОМПРЕССОРЫ

Энергетическая эффективность винтовых компрессоров несколько ниже, чем поршневых. К недостаткам винтовых маслозаполненных компрессоров относится также наличие развитой системы смазки, включающей громоздкую систему маслоотделения и маслоохлаждения.

Несмотря на указанные недостатки, винтовые компрессоры в диапазоне производительностей от 400 до 1800 кВт в одном агрегате являются наиболее оптимальным типом компрессора. Надёжность в работе, малая металлоёмкость и габаритные размеры предопределили их широкое распространение. Кроме того, использование винтовых компрессоров позволяет экономить до 30 % электроэнергии.

Винтовые компрессоры относятся к компрессорам объёмного действия. Они выполняются в двух различных модификациях:

  • с одним винтом — одновинтовые;
  • с двумя винтами — двухвинтовые.

В моделях с одинарным винтом используется одна или две шестерни-сателлиты, подсоединённые с боков к ротору. Ротор и шестерни располагаются в соответствующем картере. Сжатие паров хладагента обеспечивается по принципу, используемому в шестерёнчатых насосах, с помощью вращающихся в разные стороны роторов(шестерней). Вращение роторов(шестерней) обеспечивается центральным ротором, выполненным в виде винта.

Пары хладагента через отверстие всасывания поступают на охлаждение двигателя и попадают во внешний сектор вращающихся шестерёнок, сжимаются и через скользящий клапан поступают на выходное отверстие. Герметичность прилегания винтов обеспечивается использованием смазывающего масла, которое в дальнейшем отделяется от хладагента в специальном сепараторе, входящем в конструкцию компрессора.

В моделях с двумя винтами основной частью являются роторы (ведущий и ведомый), установленные на подшипниках в закрытом корпусе. Роторы выполнены в виде отдельных спиралей, имеющих совместимый профиль. Привод осуществляется от трёхфазного асинхронного двигателя, встроенного в корпус компрессора и передающего вращение на ведущий ротор. Охлаждение двигателя производится холодными парами проходящего сквозь него хладагента. При этом благодаря центробежным силам из хладагента удаляются остатки жидкой фазы.

Принцип работы винтового компрессора основан на сжатии всасываемых паров в пространстве между роторами и дальнейшем нагнетании их в магистраль через выпускной клапан. При этом всасывание, сжатие и нагнетание происходит в одном направлении. По мере входа зуба ведомого ротора во впадину ведущего занимаемый газом объем уменьшается и газ сжимается. Процесс сжатия паров в парной полости продолжается до тех пор, пока всеуменьшающийся объем со сжатым паром не подойдет к кромке окна нагнетания. Хладагент под давлением перемещается в контур, в результате чего появляется свободное пространство для всасывания новой порции газа. Таким образом происходит непрерывная перекачка паров и сжатие хладагента.

Действительная производительность винтового компрессора ниже теоретической, что вызвано такими потерями, как перетечка пара через щели между полостями, гидравлические сопротивления всасывающего тракта, подогрев всасываемого пара, влияние защемленных объемов. При определении объема пара, действительно засасываемого компрессором, величина потерь учитывается коэффициентом подачи.

Регулирование производительности винтового компрессора можно осуществлять различными способами — перепусканием сжатого пара с линии нагнетания во всасывающую сторону, дросселированием пара во всасывающем патрубке, изменением частоты вращения и с помощью регулировочного шибера (золотника). Самое широкое применение нашло регулирование производительности с помощью регулировочного золотника.

Назначение золотника — задержать начало сжатия, соединяя всасывающую полость компрессора с полостью сжатия, что эквивалентно уменьшению рабочего объема компрессора. Такой способ регулирования производительности компрессора гораздо экономичнее, чем способ регулирования перепуском сжатого пара или дросселированием. С помощью золотника можно регулировать производительность от 10 до 100 %.

Благодаря конструкционным особенностям винтовых компрессоров холодильные установки на их базе наиболее приспособлены для применения переохлаждения. Давление нагнетаемых паров хладагента возрастает вдоль винтовой пары по направлению от всасывания к нагнетанию. В корпусе винтового компрессора на боковой поверхности есть еще один специальный порт всасывания (ЭКО-порт, или порт экономайзера), расположенный в том месте по длине винтов, где достигается промежуточное давление – аналогично системам с двухступенчатым сжатием. Это позволяет при применении одноступенчатых винтовых компрессоров в холодильных установках (особенно низкотемпературных с большим перепадом рабочих давлений) добиться значительного повышения холодопроизводительности аналогично тому, как это осуществляется в установках с двухступенчатым сжатием с переохлаждением.

Применение схемы с экономайзером позволяет не только увеличить холодопроизводительность винтового компрессора и всей установки, но и улучшить газодинамические процессы сжатия в самом компрессоре.

В настоящее время в холодильной технике применяют маслозаполненные винтовые компрессоры. Подача масла уменьшает перетечки пара между каналами винтов и снижает шум. Кроме того, циркулирующее масло снижает температуру сжимаемого пара, что позволяет работать по одноступенчатой схеме, когда отношение давлений конденсации к давлению кипения достигает значений 18-20.

Винтовые компрессоры комплектуются с маслоотделителем и выпускаются в виде агрегата.

Около 50% масла идет на смазку подшипников, остальное впрыскивается в полости компрессора. Все масло после компрессора поступает в маслоотделительМасло, отделенное в маслоотделителе, имеет сравнительно высокую температуру (в среднем от 50 до 90 °С), при этом температура масла, поступающего в компрессор, должна быть в пределах 25 — 45°С, поэтому масло охлаждается в маслоохладителе до температуры 30 — 40 °С. Охлаждение масла производят водяным или воздушным теплообменником. Охлаждение водой предпочтительнее, так как оно экономичнее и конструктивно проще.

Если компрессор длительное время не работает и масло успело охладиться, то перед пуском компрессора масло подогревают специальным электронагревателем. Касание винтов роторов при отсутствии смазки недопустимо, поэтому между ними оставляют минимальный зазор, обеспечивающий безопасную работу компрессора.

Масляный насос приводится в действие от ведущего ротора. В некоторых конструкциях агрегатов насос для масла приводится от самостоятельного электродвигателя.

Достоинствами винтовых компрессоров являются:

  • малое изменение к. п. д. компрессора при широком изменении степени сжатия;
  • простая и прочная конструкция;
  • высокая стабильная производительность;
  • возможность функционирования на различных газах и их сочетаниях;
  • устройство защиты двигателя;
  • экономичное регулирование производительности с помощью золотника;
  • быстроходность, обусловливающая малую массу и малые габариты винтовой машины;
  • возможность сжатия двухфазных сред без ухудшения характеристик компрессора;
  • полная уравновешенность компрессора;
  • исключительно высокая надежность и долговечность;
  • отсутствие всасывающих и нагнетательных клапанов, простота обслуживания и возможность перевода на дистанционное управление.
  • Получение высокой степени сжатия в одной ступени позволяет применять одноступенчатое сжатие при работе с температурой кипения до -42° С при температуре конденсации до 40° С.

Основным недостатком винтовых компрессоров является высокий уровень шума. Также к недостаткам при эксплуатации винтовых компрессоров можно отнести большое количество масла, выбрасываемое в линию нагнетания, что приводит к необходимости использования отделителя масла, а также маслоохладителя (при высоких температурах нагнетания).

Винтовые компрессоры успешно конкурируют с другими типами объёмных компрессорных машин, практически полностью вытеснив их в передвижных компрессорных станциях и судовых холодильных установках.