Винтовые компрессоры

Воздух сжимается между двумя роторами с асимметричным профилем. Ведущий ротор вращает электродвигатель, ведомый крутится в обратную сторону, зацепляясь с ведущим. Воздух попадает во впадины между витками, там смешивается с маслом, и смесь движется по спирали к выходу. По пути объём впадин уменьшается — воздух сжимается в несколько раз.

Рисунок 2. Винтовой блок в разрезе: видны вал, винтовая пара и подшипники.

Винтовой блок — главный, но не единственный узел. Вокруг него масляный контур с резервуаром и сепаратором, фильтры, теплообменники (радиаторы), несколько клапанов, термостат, автоматика, а в части моделей — ещё ресивер и осушитель.

Посмотрим на внутреннее расположение элементов винтового компрессора:

Рисунок 3. Внутреннее устройство винтового маслозаполненного компрессора.

Путь воздуха

1. Воздух проходит через входной фильтр. Затем — через впускной клапан. Он открыт — компрессор сжимает воздух, закрыт — работает на холостом ходу.
2. В винтовом блоке воздух смешивается с маслом и сжимается. Смесь сильно нагревается, поэтому на выходе из блока стоит термодатчик: при температуре выше 100–110 °C он останавливает компрессор. Перегретое масло становится слишком жидким и перестаёт защищать роторы.
3. Смесь попадает в масляный резервуар. Тяжёлое масло стекает вниз, воздух уходит вверх.
4. В сепараторе воздух очищается от остатков масла. На выходе остаётся, как правило, до 3 мг масла на 1 м³ воздуха.
5. Дальше стоит клапан минимального давления. Он держит в резервуаре не меньше 3,5–5 бар — именно это давление гонит масло по контуру. Заодно клапан работает как обратный: на холостом ходу и после остановки не пускает воздух из магистрали назад в компрессор.
6. В концевом охладителе воздух остывает. В моделях с воздушным охлаждением его обдувает вентилятор.
7. Если осушитель встроенный (у нас это Fini с индексом ES), воздух проходит через него и отдаёт влагу. В остальных моделях осушитель ставят отдельно после компрессора.
8. Чистый охлаждённый воздух уходит к потребителю.

Путь масла

Почти все винтовые компрессоры маслозаполненные — все модели в нашем каталоге именно такие. Масло здесь одновременно смазывает, уплотняет зазоры между роторами и уносит тепло сжатия. Как оно циркулирует:

1. Масло в резервуаре находится под давлением сжатого воздуха. Этот перепад и выталкивает его обратно к точке впрыска в винтовом блоке — отдельный масляный насос не нужен.
2. Из блока воздушно-масляная смесь приходит в резервуар, основная часть масла остаётся там.
3. То, что ушло с воздухом дальше, задерживает сепаратор. Из него масло возвращается в контур через обратный клапан и фильтр.
4. Из резервуара масло идёт к термостатическому клапану. Пока масло холоднее +70–75 °C, клапан пускает его по малому кругу сразу в блок, мимо радиатора.
5. Когда масло прогрелось, клапан направляет его по большому кругу через масляный радиатор. Обдувает его тот же вентилятор, что и воздушный охладитель. Рабочая температура масла — +80–90 °C.
6. Через масляный фильтр и отсечной клапан масло снова попадает в винтовой блок.

Зачем два круга? Если сразу гнать холодное масло через радиатор, оно долго не прогреется. А в холодном масле конденсируется влага из воздуха, масло эмульгирует и хуже смазывает. Поэтому после пуска масло нужно прогреть как можно быстрее.

Прямой конкуренции между ними почти нет: у каждого своя область использования.

Таблица 1. Сравнение винтовых и поршневых компрессоров.

Если нужен совсем чистый воздух без масла — для медицины, фармацевтики, пищевых производств, — посмотрите безмасляные поршневые компрессоры. Безмасляные винтовые существуют, но стоят в разы дороже и в нашем каталоге их нет.

Масляные и безмасляные

В большинстве винтовых компрессоров масло впрыскивается в винтовой блок и потом отделяется в сепараторе. Полностью убрать его из воздуха не получается, небольшое количество масляных паров остаётся.

Отказаться от масла сложно: без него нечем уплотнять зазоры, смазывать и охлаждать блок. Безмасляные винтовые блоки умеет делать лишь несколько производителей в мире, в том числе Atlas Copco, CompAir и Ingersoll Rand. Такие машины дорогие и нужны там, где в воздухе недопустимы даже следы масла.

Рисунок 4. Винтовой блок безмасляного компрессора. Роторы не касаются друг друга и корпуса, поэтому масло не нужно. Вращение синхронизируют шестерни у подшипников: шестерня ведущего ротора крутит шестерню ведомого.

По приводу: прямой и ременный

При прямом приводе валы двигателя и винтового блока стоят на одной оси и соединены муфтой. При ременном — валы параллельны, крутящий момент передаётся ремнём через шкивы.

Прямой привод надёжнее: муфта служит дольше ремня, и не нужно следить за натяжением. Ременный компактнее — двигатель стоит рядом с блоком, а не за ним, — и обычно дешевле. Zenova DENA — с прямым приводом.

Рисунок 5. Слева — винтовой компрессор с прямым приводом (валы соединены муфтой), справа — с ременным.

В кожухе и открытые

Большинство компрессоров закрыты единым кожухом: он защищает узлы от пыли и заметно снижает шум. Открытые исполнения дешевле, занимают меньше места, и узлы в них проще менять.

Нужен ли ресивер к винтовому компрессору?

Да, почти всегда. Ресивер сглаживает скачки потребления и уменьшает число переключений компрессора между нагрузкой и холостым ходом — это бережёт двигатель и клапаны. Если модели без встроенного ресивера, его подбирают отдельно.

Зачем осушитель, если воздух уже очищен от масла?

Сепаратор убирает масло, но не воду. В сжатом воздухе много влаги, и она конденсируется в трубах, пневмоинструменте и краскопультах. Для большинства производств после компрессора ставят осушитель и магистральные фильтры.

Как часто обслуживать винтовой компрессор?

В среднем раз в 2000–4000 моточасов: замена масла, масляного и воздушного фильтров, сепаратора по состоянию. У Zenova DENA первое ТО через 500 часов, дальше — каждые 3000 часов.

Можно ли ставить компрессор в неотапливаемом помещении?

Zenova DENA рассчитаны на температуру от +5 до +40 °C. В холодном помещении масло густеет, и компрессор тяжело запускается, а в жарком — перегревается и уходит в аварию. Лучше отдельное вентилируемое помещение с плюсовой температурой.

Подойдёт ли винтовой компрессор для покраски?

Да, но только вместе с осушителем и фильтрами тонкой очистки: остатки масла и влага портят покрытие. Для задач, где масла в воздухе быть не должно совсем, берите безмасляный компрессор.

Таблица 2. Линейки винтовых компрессоров в каталоге Зеновы.

Как подобрать по производительности

Сложите потребление всех пневмоинструментов и станков, которые могут работать одновременно. К сумме добавьте 10–20 % на утечки в магистрали и ещё 20–30 % запаса. Считайте по реальной одновременности.

Большой запас тоже вредит. Компрессор, который большую часть времени крутится на холостом ходу, тратит электричество впустую — на холостом он потребляет порядка четверти номинальной мощности.