Винтовой компрессор — основной источник сжатого воздуха на заводах, рудниках и в цехах Казахстана. Он работает непрерывно, без пульсаций и вибраций поршневой машины, а его ресурс исчисляется десятками тысяч моточасов. Чтобы грамотно его обслуживать и понимать сигналы контроллера, механику нужно знать, что происходит внутри.
В статье — устройство воздушного винтового компрессора: как работает винтовая пара, по какому пути идут воздух и масло, за что отвечает каждый узел и что в нём обслуживать. Если вы выбираете между типами компрессоров, начните со статьи «Винтовые или поршневые компрессоры: полное сравнение» — здесь речь только об устройстве.
Винтовая пара — сердце компрессора
Главный узел — винтовой блок: корпус, в котором вращаются два ротора с винтовыми зубьями.
Ведущий ротор (охватываемый) — с выпуклыми зубьями, соединён с электродвигателем напрямую через муфту, через ремённую передачу или редуктор.
Ведомый ротор (охватывающий) — с вогнутыми впадинами, зубьев у него больше. В маслозаполненном компрессоре он вращается от ведущего через масляную плёнку, без металлического контакта.
Роторы не касаются друг друга и корпуса: зазоры — сотые доли миллиметра, их уплотняет впрыскиваемое масло. От точности профиля и зазоров зависят производительность и КПД, поэтому винтовой блок ремонтируют только в специализированных условиях.
Принцип работы: всасывание, сжатие, нагнетание
Работа винтового компрессора — непрерывный цикл, который одновременно идёт в нескольких парах впадин.
Всасывание. При вращении роторов впадины между зубьями открываются к всасывающему окну и заполняются воздухом.
Сжатие. Роторы проворачиваются, впадина отсекается от всасывающего окна, зуб одного ротора входит во впадину другого. Замкнутый объём смещается вдоль оси и уменьшается — воздух сжимается. Одновременно впрыскивается масло: оно забирает тепло сжатия и уплотняет зазоры.
Нагнетание. Когда впадина доходит до нагнетательного окна, сжатая воздушно-масляная смесь выталкивается в маслобак.
У каждого блока есть встроенная степень сжатия — она задана геометрией нагнетательного окна. Блок, рассчитанный на 8 бар, работает эффективнее всего именно при 8 бар; при заметно меньшем или большем давлении в сети появляются потери на пересжатие или недосжатие. Поэтому компрессор подбирают под фактическое давление потребителей, а исполнения по давлению у одной модели различаются.
Схема винтового компрессора: путь воздуха и путь масла
Упрощённая схема маслозаполненного винтового компрессора:
ВОЗДУХ:
атмосфера → воздушный фильтр → впускной клапан → винтовой блок
→ маслобак-сепаратор (воздух + масло) → сепараторный элемент
→ клапан минимального давления → концевой охладитель → в сеть
МАСЛО:
маслобак → термостатический клапан → маслоохладитель (или байпас)
→ масляный фильтр → впрыск в винтовой блок → маслобак
(масло с сепараторного элемента → линия возврата → винтовой блок)
Путь воздуха
Воздушный фильтр задерживает пыль. В карьере или на цементном производстве это самый нагруженный расходник.
Впускной клапан (регулятор всасывания) открывается под нагрузкой и закрывается на холостом ходу, управляя подачей воздуха в блок.
Винтовой блок сжимает воздух вместе с впрыснутым маслом.
Маслобак-сепаратор. Смесь попадает в бак, где крупные капли масла отделяются за счёт смены направления потока и скорости, а затем воздух проходит через сепараторный элемент — тонкий коалесцирующий фильтр, который улавливает масляный аэрозоль.
Клапан минимального давления (КМД) открывается, только когда давление в маслобаке превысит заданный минимум. Это гарантирует циркуляцию масла при пуске и правильную работу сепаратора. Одновременно КМД работает как обратный клапан — не пускает воздух из сети обратно в компрессор.
Концевой охладитель снижает температуру воздуха, и из него выпадает основная часть влаги. Дальше воздух уходит в ресивер и на подготовку.
Путь масла
В маслобаке масло находится под давлением, поэтому насос для его циркуляции не нужен: масло выдавливается в винтовой блок перепадом давления между баком и зоной впрыска.
Термостатический клапан при холодном масле направляет его в обход охладителя — так компрессор быстрее выходит на рабочую температуру и в масле не скапливается конденсат. Когда масло прогрелось, клапан направляет поток через охладитель.
Маслоохладитель (воздушный радиатор, в мощных установках — водяной теплообменник) отводит тепло сжатия.
Масляный фильтр очищает масло перед впрыском.
Впрыск в винтовой блок — масло охлаждает, смазывает подшипники и уплотняет зазоры.
Линия возврата забирает масло, скопившееся внутри сепараторного элемента, и возвращает его в блок.
Узлы винтового компрессора и их обслуживание
Узел | Функция | Что обслуживать | Запчасти |
|---|---|---|---|
Воздушный фильтр | Очистка всасываемого воздуха | Замена по регламенту или перепаду давления, в пыльных условиях — чаще | |
Впускной клапан | Нагрузка / холостой ход, регулирование подачи | Ремкомплект уплотнений, проверка хода заслонки | |
Винтовой блок | Сжатие воздуха | Контроль шума, вибрации, температуры; замена подшипников по ресурсу | |
Сепараторный элемент | Отделение масла от воздуха | Замена по регламенту или при росте перепада давления и уносе масла | |
Клапан минимального давления | Минимальное давление в баке, обратный клапан | Ремкомплект, проверка давления открытия | |
Масляный фильтр | Очистка масла | Замена вместе с маслом | |
Термостатический клапан | Поддержание температуры масла | Проверка при перегреве или «холодной» работе, ремкомплект | Раздел запчастей, термостатические клапаны |
Охладители (масло, воздух) | Отвод тепла | Продувка и мойка рёбер, особенно летом и в пыльных цехах | Раздел запчастей, охладители |
Привод (муфта или ремни) | Передача момента от двигателя | Натяжение и замена ремней, осмотр муфты | Раздел запчастей, ремни и шкивы |
Контроллер, соленоиды, датчики | Управление и защита | Проверка датчиков, настройка давлений | Раздел запчастей, блоки управления |
Режимы работы: нагрузка, холостой ход, остановка
Классический винтовой компрессор с приводом на постоянной скорости регулирует подачу воздуха переключением режимов.
Нагрузка. Соленоид открывает впускной клапан, компрессор сжимает воздух и подаёт его в сеть. Давление растёт до верхней уставки (давления разгрузки).
Холостой ход. При достижении верхней уставки впускной клапан закрывается, давление в маслобаке сбрасывается до пониженного уровня. Двигатель продолжает вращаться, но воздух в сеть не идёт. На холостом ходу установка потребляет ориентировочно 20–30% номинальной мощности — это чистые потери.
Возврат в нагрузку. Когда давление в сети падает до нижней уставки (давления загрузки), клапан снова открывается.
Остановка. Если холостой ход длится дольше заданного времени, контроллер останавливает двигатель и перезапускает его автоматически при падении давления. Время холостого хода ограничивает число пусков двигателя в час.
Разница между давлением загрузки и разгрузки обычно 0,5–1 бар. Как перевести эти цифры из бар в МПа и выбрать рабочее давление, рассказано в статье «Давление компрессора: бар, атм, МПа».
Контроллеры винтовых компрессоров
Контроллер — «мозг» установки. Он:
управляет режимами нагрузки, холостого хода и остановки по датчику давления;
контролирует температуру на выходе винтового блока и останавливает компрессор при перегреве;
защищает двигатель от перегрузки, обрыва и перекоса фаз, неправильного направления вращения;
считает моточасы и напоминает о плановом обслуживании — замене фильтров, масла и сепаратора;
хранит журнал аварий, что упрощает диагностику;
Аварийная остановка — обычно сигнал, а не поломка контроллера: грязный охладитель, забитый сепаратор, защита двигателя.
Частотное регулирование
В установке с частотным преобразователем двигатель меняет скорость вращения под текущий расход. Давление в сети держится почти постоянным, холостой ход сводится к минимуму, пусковые токи снижаются. Выигрыш заметнее всего при переменном расходе.
Пример из каталога: у винтовых установок ДЭН «Оптим» с частотным регулированием производительность указана диапазоном — например, у ДЭН-37Ш «Оптим» в исполнении на 0,8 МПа это 1,9–6,5 м³/мин.
Маслозаполненный и безмасляный винтовой компрессор
Всё описанное выше относится к маслозаполненному компрессору — самому распространённому типу. В безмасляном винтовом компрессоре масла в камере сжатия нет: роторы синхронизированы шестернями, сжатие обычно двухступенчатое с промежуточным охлаждением. Где какой тип оправдан, разобрано в статье «Безмасляные и масляные воздушные компрессоры: что выбрать».
Частые вопросы
Зачем в винтовом компрессоре масло?
Масло отводит основную часть тепла сжатия, уплотняет зазоры между роторами, смазывает подшипники и защищает детали от коррозии.
Почему компрессор долго работает на холостом ходу?
Производительность компрессора больше текущего расхода. Если холостой ход занимает значительную часть времени, стоит рассмотреть частотное регулирование или настройку уставок.
Какие фильтры для винтовых компрессоров меняют при ТО?
Воздушный и масляный фильтры, а также сепараторный элемент. Интервалы указаны в руководстве по эксплуатации; в пыльных и жарких условиях их сокращают.
Что делает клапан минимального давления?
Держит в маслобаке минимальное давление для циркуляции масла и работы сепаратора и не допускает обратного потока воздуха из сети.
Comptech поставляет винтовые компрессоры ЧКЗ и Seize Air, держит на складе в Казахстане фильтры, сепараторы, клапаны и масло, а также выполняет сервисное обслуживание, монтаж и пусконаладку. Если нужно разобраться с поведением вашей установки или подобрать запчасти по модели — звоните +7 700 805 2222 или пишите на mail@comptech.kz.
