Винтовые компрессоры

Надежность в работе, малая удельная металлоемкость и габаритные размеры предопределили их широкое распространение. Компрессоры конкурируют с другими типами объемных компрессорных машин, практически полностью вытеснив их в передвижных компрессорных установках.

Рабочими органами винтовых компрессоров являются роторы с нарезанными на них винтовыми зубьями, количество роторов от одного до трех. Наибольшее распространение получили двухроторные машины. Роторы вращаются в корпусе, выполняющем роль цилиндра (рис. 5).

Роторы современных винтовых компрессоров представляют собой косозубые шестерни с малым числом зубьев специального профиля. Каждая пара зубьев образует винтовой канал, заполняемый газом. Ротор, называемый ведущим, имеет выпуклые, широкие зубья и чаще всего соединен с двигателем. Ведомый ротор имеет зубья вогнутые и тонкие.

Профиль зубьев винтов должен обеспечить герметичность в различных сечениях. Объем впадин между зубьями ведущего и ведомого роторов называется парной полостью.

Рабочий процесс винтового компрессора состоит из четырех фаз: всасывания, переноса, сжатия, нагнетания.

При вращении винтов на стороне выхода зубьев из зацепления постепенно, начиная от торца всасывания, освобождаются впадины между зубьями. Эти полости благодаря создаваемому в них разрежению заполняются газом, поступающим из камеры всасывания. С поворотом роторов заполненное пространство увеличивается до тех пор, пока с торцевой стороны, где расположена камера нагнетания, зубья не выйдут из зацепления полностью. На этом этап всасывания заканчивается.

При дальнейшем повороте роторов полость между зубьями прейдет через кромку всасывающего окна, ее соединение с этим окном прекращается, газ оказывается в изолированной полости и без изменения замкнутого объема парной полости переместится на некоторый угол (перенос), и затем начнется сжатие.

С торцевой стороны всасывающего окна в пространство между зубьями начинает проникать зуб ротора. С поворотом роторов линия зацепления зубьев перемещается к торцевой стороне нагнетательного окна. Уменьшение объема парной полости приведет к росту давления, которое будет продолжаться до тех пор, пока полость сжатия не соединится с окном нагнетания. В этот момент процесс внутреннего сжатия заканчивается.

При сообщении полости сжатия с нагнетательным окном дальнейшее вращение приводит к выталкиванию сжатого газа в нагнетательный патрубок.

Повышение давления газа в винтовом компрессоре зависит от размеров окна нагнетания: с уменьшением его внутреннее сжатие будет увеличиваться.

Винтовые компрессоры делятся на две группы: машины сухого и мокрого сжатия (маслозаполненные).

Винтовые компрессоры сухого сжатия подают сухой газ, не содержащий масла. Винты вращаются в корпусе без контактов, отсутствует и взаимный контакт роторов, что обеспечивается парой зубчатых колес, синхронизирующих вращение роторов и устанавливающих между ними требуемый зазор. Охлаждение таких машин осуществляется через водяные полости в отливке корпуса.

Значительное развитие и расширение области применения винтовых компрессоров связано с появлением маслозаполненного компрессора.

Впрыск масла в рабочее пространство позволил получить отношение давлений до 10 – 15 в одноступенчатой машине против 4 – 5 в компрессоре сухого сжатия.

Частота вращения роторов маслозаполненного компрессора ниже компрессора сухого трения, поэтому опорами роторов могут быть подшипники качения или скольжения.

В результате подачи масла в рабочую полость винтового компрессора:

повышается производительность;

упрощается конструкция компрессора, возможно непосредственное соприкосновение зубьев роторов, отпадает необходимость в синхронизирующихся шестернях;

увеличивается отношение давлений в ступени;

повышается энергетическая эффективность, надежность и долговечность.

Маслосистема увеличивает габариты компрессорной установки и ее стоимость и усложняет эксплуатацию. Использование минеральных масел приводит к загрязнению газа парами масел. Поэтому промышленностью разработаны водозаполненные винтовые компрессоры, в которых роль смазки и уплотнителя зазоров играет чистая, не содержащая агрессивных примесей вода.

Влияние на герметичность зацепления, на экономичность, на массовые и габаритные показатели компрессора оказывает профиль зубьев.

Зацепление должно обеспечивать герметичность между областями нагнетания и всасывания, герметичность между парными полостями газа, т. е.
в осевом направлении.

Технические данные отечественных винтовых компрессоров приведены в табл.1.

Таблица 1

Технические данные винтовых компрессоров
(завод-изготовитель – АО «Борец», г. Москва) [25]

Типоразмер	Подача, м3/мин	Давление нагнетания, МПа	Мощность двигателя, кВт	Габаритные размеры, мм
Шторм 0050	0,45–0,50	0,5–1,0	4,0
Шторм 0070	0,66–0,73	0,5–1,0	5,5
Шторм 0100	0,9–1,04	0,5–1,0	7,5
Шторм 0150	1,1–1,71	0,5–1,3
Шторм 0250	1,61–2,46	0,5–1,3
Шторм 0300	2,13–2,91	0,5–1,3	18,5
Шторм 0350	2,52–3,09	0,5–1,3
Шторм 0400	2,65–3,98	0,5–1,3
Шторм 0500	3,75–4,91	0,5–1,3
Шторм 0600	4,48–6,04	0,5–1,3
Шторм 0700	5,12–7,16	0,5–1,3
Шторм 0850	5,66–8,38	0,5–1,3
Шторм 1000	7,2–9,89	0,5–1,3
Шторм 1100	8,46–11,4	0,5–1,3
Шторм 2150	16,7–21,6	0,5–1,3
Шторм 2400	18,0–25,2	0,5–1,3
Шторм 2800	21,3–28,9	0,5–1,3
Шторм 3600	27,2–37,1	0,5–1,3
Шторм 4200	33,2–43,2	0,5–1,3