Индустриални винтови компресори

01.02.2012   |   Начало»Статии

Редактор
Пепа Петрунова

Редактор
Пепа Петрунова

Винтовите компресори са сред най-широко използваните в практиката компресори. Това, от една страна, се дължи на широкия диапазон от мощности, които те покриват, а от друга - на факта, че се явяват много подходящо решение за приложения, изискващи ниски налягания и голям дебит при висока ефективност на процеса. Сред посочваните предимства на винтовите компресори са: надеждност и дълъг експлоатационен срок, компактност, елементарна експлоатация и удобство за транспортиране и монтаж, както и възможността да се използват и със замърсени газове с променлива плътност. Основна тенденция при тях е непрекъснатото им усъвършенстване и повишаване на максималното им налягане.

Внедряването на винтови компресори в индустриалните производства позволява решаването на редица проблеми. До голяма степен на тях се дължи възможността за децентрализирано производство на сгъстен въздух. Поради тяхната компактност, безшумна работа, ниски разходи за монтаж винтовите компресори в немалка степен изместват буталните за дебити в диапазона от 1 до 100 m3/min. В редица производства внедряването им е довело и до конкретни икономически ползи.

Конструктивни особености
Принципно, винтовите компресори се причисляват към групата на обемните ротационни компресори. Сред най-разпространената конструкция е двуроторната конструкция, при която два винта с циклоидно зацепване са разположени плътно в корпуса на компресора. Водещият ротор е с изпъкнали зъби, а водимият – с вдлъбнати.
Между роторите и кожуха се образуват редица изолирани една от друга работни камери, които при въртеливото движение на винтовете се преместват постъпателно в осова посока от входящата (приемната) към изходящата страна на машината. Камерите, намиращи се в отворено положение в приемната страна, се запълват с газ и в резултат на продължаващото въртене се затварят, преместват се към изхода и вследствие намаляването на обема им, газът се сгъстява. Характерно за винтовите компресори е непроменящият се вътрешен обем, които зависи от конструкцията на компресора. Известно е, че подобни машини достигат много висока степен на ефективност.

Обикновено маслените компресори се произвеждат във вид на компактни агрегати със затворена циркулация на лубриканта. Основни техни елементи се явяват винтовите двойки, смукателен клапан, въздушен филтър, сепаратор, охлаждащ радиатор, маслен радиатор, термостат и електродвигател. Въздухът постъпва в компресора през смукателния клапан, преминава през филтъра, за отстраняване на евентуално съдържащи се в него малки частици, след което се подава към винтовата двойка. При преминаването си през винтовата двойка въздухът се смесва с масло, след което се нагнетява в пневматична система. За ефективно разделяне на течността от газа съвременните маслени компресори са оборудвани с високоефективни сепариращи устройства, в които въздухът се отделя от маслото и вече пречистен, под налягане, напуска компресора.

Самата система за смазване включва външна маслена помпа, маслоотделител, маслоохладител, филтър и предпазен клапан.

Достигат висока степен на сгъстяване
Винтовите компресори обикновено имат точно определена степен на сгъстяване. Съответно, предлаганите на пазара компресори се произвеждат с няколко стандартизирани степени на сгъстяване. Естествено, не винаги необходимата степен на сгъстяване за дадено приложение съответства на степента на сгъстяване на компресора. В подобни случаи специалистите препоръчват да се избере компресор с възможно най-близката до необходимата.

За да се намалят загубите в хлабините между роторите, както и между роторите и статора, във винтовите компресори се впръсква масло (лубрикант), което повишава херметичността чрез образуването на маслен слой, а също така подпомага охлаждането, отнемайки голяма част от топлината, получена в процеса на сгъстяване на газа. По тази причина винтовите компресори се считат за много подходящи за достигане на високи падове на налягането и висока степен на сгъстяване, тъй като охлаждането чрез впръскването на лубрикант позволява да се поддържа температура в края на сгъстяването в допустимите граници. Впръскването на лубрикант също така подпомага смазването на зацепващите се ротори и техните лагери.

В повечето маслени винтови компресори за циркулация на лубриканта през филтъра и охладителя, както и с оглед осигуряване на оптимално впръскване в компресорното стъпало, се използва енергията на вече сгъстения въздух. В някои конструкции за тези цели се използва отделна помпа. При големи компресори често се използват системи за водно охлаждане.

Вътрешното охлаждане
с масло поддържа температурата на нагнетяване по-ниска от 100 оС независимо от степента на сгъстяване. Поради това, винтовите компресори могат да работят при висока степен на сгъстяване, в резултат на което в нискотемпературни системи, в които по-рано се е използвало многостъпално сгъстяване, на практика става възможно използването на едностъпално.

Добре е да се има предвид, че е необходимо да се предвиди ефективно отделяне на маслото, тъй като относително голямото количество масло, впръсквано в компресора, се изнася с нагнетявания поток газ.

Разработени са и многостъпални винтови компресори с оглед повишаване на ефективността или постигане на по-високи налягания. Роторите на отделните стъпала могат да са разположени в отделни статори или в общ корпус. Между отделните стъпала в конструкцията им се предвижда междинен охладител и сепарация.
Масово произвежданите маслени винтови компресори са с дебити от 20 до 10 000 m3/h, налягания от 4 до 20 bar и мощности от 2 до 650 kW.

Приложения с повишени изисквания към чистотата на въздуха
В подобни приложения използването на маслени винтови компресори се счита за неподходящо. В този случай се препоръчва използването на безмаслени винтови компресори. Те се използват и когато транспортираният газ оказва агресивно въздействие върху лубриканта, като например редица приложения в химическата, нефто- и газопреработвателната промишленост, в хладилната техника и др.  Разработени са основно два вида безмаслени компресори: сухи и с водно впръскване.
В сухите компресори роторите се синхронизират и задвижват чрез зъбна предавка, разположена извън работното пространство. Поради липсата на лубрикант, който да отнема топлината от компресията на газа, повечето конструкции използват двустепенно свиване с междинно охлаждане и краен охладител след второто стъпало. Отсъствието на уплътнителна течност изисква и значително по-висока честота на въртене.

Сухите безмаслени компресори покриват мощности от 20 до 3 000 kW и дебити от 150 до 35 000 m3/h.
Във винтовите компресори с водно впръскване, в работното пространство се впръсква вода, която уплътнява хлабините и отнема топлина в процеса на сгъстяване. Водата осигурява по-добро охлаждане в сравнение с другите лубриканти, което води до по-висока ефективност на сгъстителния процес, както и по-малко износване на винтовите елементи. Диапазонът от мощности е от 10 до 200 kW.

Регулиране на производителността
Използват се няколко основни метода: байпасиране, периодично спиране, дроселиране в смукателната страна, регулиране чрез промяна на честотата на въртене. От тях байпасирането се приема като най-неикономичния метод и се използва предимно като допълнително средство за регулиране. Периодичното спиране също се явява рядко използван метод, тъй като увеличава износването на двигателя и компресора. Дроселирането в смукателната страна, при различните видове машини се осъществява по различен начин. Прилага се най-често при маслените винтови компресори. Днес, предпочитано решение се явява регулирането чрез промяна на честотата на въртене. До голяма степен това се дължи на постиганите икономии на енергия от порядъка на 30% и достатъчно бързата възвращаемост на по-голямата начална инвестиция. Сред най-използваните методи за регулиране честотата на въртене се явява използването на електродвигател с вградено честотно управление.

Добре е да се има предвид, че като самостоятелно решение в посока намаляване на енергийните разходи, честотното управление не винаги дава резултати. До голяма степен ефективността от използването на винтови компресори с честотно управление зависи и от режима на работа на оборудването, използващо сгъстения газ. Също така, значителни икономии могат да се реализират, само когато натоварването в рамките на деня се променя от 20 до 60%, при натоварване над 80%, реализираните икономии са малки. Добре е да се отчете и фактът, че началната инвестиция за тези компресори е по-висока, което определя и по-дългия срок на възвръщаемост.

Избор на компресор
Основни параметри, характеризиращи компресорите, се явяват тяхната производителност, налягане при изхода, степен на сгъстяване, представляваща отношението на абсолютното налягане на изхода към абсолютното налягане на входа на компресора, консумирана мощност. При избора на компресор, освен изброените величини, следва да се имат предвид и някои допълнителни фактори като: ефективност при пълно, частично и нулево натоварване; ниво на шум; размери и тегло; наличие на мазилни вещества във въздуха след компресора; вибрации; цена както на машината, така и на поддръжката и експлоатацията й.

Ключови думи: винтов компресор   производителност   охлаждане   степен на сгъстяване