Винтовой компрессор¶

Винтовой компрессор — это объёмная роторная машина, предназначенная для сжатия газа (обычно воздуха) за счёт изменения объёма полости между двумя винтовыми роторами (ведущим и ведомым), вращающимися в корпусе. Относится к классу компрессоров объёмного действия, в отличие от динамических (центробежных и осевых). Винтовые компрессоры широко применяются в промышленности для получения сжатого воздуха, используемого в пневматических системах, технологических процессах, а также в холодильной технике и транспорте.

¶История

Идея винтового сжатия газа впервые была запатентована немецким инженером Генрихом Кригелем в 1878 году. Однако практическая реализация стала возможной лишь после разработки точных методов обработки винтовых поверхностей. В 1934 году шведский инженер Альф Лисхольм, работавший на компанию Svenska Rotor Maskiner (SRM), создал первый работоспособный винтовой компрессор. В 1940-х годах началось промышленное производство таких машин, в основном для холодильной техники. В 1950-х годах появились маслозаполненные винтовые компрессоры, что позволило значительно увеличить их ресурс и эффективность за счёт охлаждения и уплотнения маслом. В СССР разработка винтовых компрессоров велась с 1950-х годов, в частности, на предприятиях «Компрессор» (Москва) и «Пневматика» (Санкт-Петербург). С 1970-х годов винтовые компрессоры стали доминировать на рынке промышленных компрессоров средней и большой производительности, вытесняя поршневые аналоги.

¶Конструкция и принцип действия

¶Основные элементы

Винтовой компрессор состоит из следующих основных узлов:

Корпус — герметичный цилиндрический блок, в котором расположены роторы. В маслозаполненных моделях корпус служит также масляной ванной.
Ведущий ротор (обычно с выпуклыми зубьями) — соединён с приводным двигателем (электрическим или дизельным). Имеет, как правило, 4–6 зубьев.
Ведомый ротор (с вогнутыми впадинами) — вращается синхронно с ведущим, не касаясь его напрямую (зазор составляет доли миллиметра). Имеет 6–8 впадин.
Подшипники — радиальные и упорные, фиксирующие положение роторов и воспринимающие осевые и радиальные нагрузки.
Уплотнения — торцевые и радиальные, предотвращающие утечки газа.
Впускной и выпускной патрубки — для подвода и отвода газа.
Система смазки (в маслозаполненных моделях) — масляный насос, фильтр, охладитель, сепаратор масла.

¶Принцип работы

Сжатие газа в винтовом компрессоре происходит в три стадии:

Всасывание — газ поступает в полость между зубьями роторов через впускное окно, расположенное на торце корпуса.
Сжатие — при вращении роторов объём полости, заполненной газом, уменьшается, так как зубья ведущего ротора входят во впадины ведомого, а газ перемещается вдоль оси к выпускному окну.
Нагнетание — сжатый газ выталкивается через выпускное окно в нагнетательный патрубок.

В маслозаполненных компрессорах в рабочую полость впрыскивается масло, которое охлаждает газ, уплотняет зазоры и смазывает подшипники. После выхода из компрессора масло отделяется от газа в сепараторе и возвращается в систему.

¶Классификация

Винтовые компрессоры классифицируются по нескольким признакам.

¶По типу смазки

Маслозаполненные — наиболее распространённый тип. Масло впрыскивается в рабочую полость, что позволяет достичь высоких степеней сжатия (до 10–15) и снизить температуру. Требуют системы отделения и охлаждения масла.
Безмасляные (сухие) — роторы не смазываются маслом, сжатый газ не контактирует с маслом. Используются в фармацевтике, пищевой промышленности, электронике. Степень сжатия обычно не превышает 3–5, требуют более точных зазоров и специальных покрытий роторов (например, тефлоновых).

¶По числу ступеней

Одноступенчатые — сжатие происходит за один цикл. Давление на выходе обычно до 10–13 бар.
Двухступенчатые — газ сжимается последовательно в двух компрессорах с промежуточным охлаждением. Позволяют получить давление до 20–40 бар и выше.

¶По типу привода

Электрические — с приводом от электродвигателя (асинхронного или синхронного).
Дизельные — с приводом от двигателя внутреннего сгорания, используются на передвижных компрессорных станциях.

¶По конструктивному исполнению

Стационарные — монтируются на фундаменте, имеют высокую производительность (до 100 м³/мин и более).
Передвижные — устанавливаются на шасси, используются в строительстве, горной промышленности.

¶Характеристики

Основные технические параметры винтовых компрессоров:

Производительность — объём сжатого газа на выходе, измеряется в м³/мин или л/с. Для промышленных моделей варьируется от 0,5 до 100 м³/мин.
Рабочее давление — обычно от 7 до 13 бар, в специальных исполнениях до 40 бар.
Мощность привода — от 5 до 500 кВт.
Удельный расход энергии — кВт·ч на 1 м³ сжатого воздуха, для современных моделей составляет 0,08–0,12 кВт·ч/м³.
Уровень шума — для маслозаполненных моделей 70–85 дБ, для безмасляных — до 95 дБ.
Ресурс — до 100 000 часов наработки до капитального ремонта.

¶Применение

Винтовые компрессоры используются в различных отраслях промышленности и транспорта:

Промышленность — для обеспечения пневматических инструментов (дрели, гайковёрты, краскопульты), управления клапанами и задвижками, в системах автоматизации.
Энергетика — для подачи воздуха в газотурбинные установки, пневматического пуска дизелей.
Холодильная техника — в холодильных машинах и тепловых насосах для сжатия хладагентов (например, аммиака, фреонов).
Транспорт — на железнодорожном подвижном составе (для пневматических тормозов), в автомобилях с пневмоподвеской.
Нефтегазовая отрасль — для сжатия природного газа, попутного нефтяного газа, в газоперекачивающих агрегатах.
Пищевая и фармацевтическая промышленность — применяются безмасляные компрессоры для получения чистого сжатого воздуха, контактирующего с продуктами.

¶Преимущества и недостатки

¶Преимущества

Высокая надёжность и ресурс (до 100 000 часов без капитального ремонта).
Компактность по сравнению с поршневыми компрессорами той же производительности.
Плавная подача газа без пульсаций.
Возможность длительной непрерывной работы.
Низкий уровень вибрации.
Относительно низкий уровень шума у маслозаполненных моделей.

¶Недостатки

Более высокая стоимость по сравнению с поршневыми компрессорами аналогичной производительности.
Сложность конструкции и ремонта (требуют специального оборудования для обработки роторов).
У маслозаполненных моделей — необходимость в системе отделения и охлаждения масла, а также унос масла со сжатым воздухом (требуется дополнительная очистка).
У безмасляных моделей — более низкая степень сжатия и меньший ресурс.

¶Производители

На рынке представлены многие компании, производящие винтовые компрессоры. Среди крупнейших мировых производителей:

Atlas Copco (Швеция) — один из лидеров, выпускает как маслозаполненные, так и безмасляные модели.
Ingersoll Rand (США) — производит компрессоры для промышленности и транспорта.
Sullair (США) — специализируется на маслозаполненных компрессорах.
Kaeser Kompressoren (Германия) — известен надёжными стационарными моделями.
CompAir (Великобритания) — выпускает компрессоры для нефтегазовой отрасли.

В России производство винтовых компрессоров осуществляется на предприятиях:

«Компрессор» (Москва) — выпускает модели серии «ВК» и «КВ».
«Пневматика» (Санкт-Петербург) — производит компрессоры для железнодорожного транспорта.
«Ремкомпрессормаш» (Казань) — занимается ремонтом и модернизацией.
«Бежецкий завод» (Тверская область) — выпускает передвижные компрессорные станции.

¶Интересные факты

Первый винтовой компрессор, созданный Альфом Лисхольмом, имел роторы с прямыми зубьями, что приводило к высокому уровню шума. Современные роторы имеют косые зубья, что снижает шум и пульсации.
В безмасляных винтовых компрессорах для снижения трения роторы покрывают тефлоном, молибденом или керамикой.
Винтовые компрессоры могут работать на различных газах, включая природный газ, водород, азот и углекислый газ, при условии соответствующей адаптации материалов и уплотнений.
В 2020-х годах активно развиваются винтовые компрессоры с частотным регулированием привода, что позволяет экономить до 30% электроэнергии при переменной нагрузке.

¶Источники

Альф Лисхольм, «Развитие винтового компрессора», 1940-е.
Справочник «Компрессорные машины» под редакцией К. С. Борисова, 1985.
Каталог продукции Atlas Copco, 2023.
ГОСТ Р 54889-2011 «Компрессоры винтовые. Общие технические условия».
Статья «Винтовые компрессоры: история и современность» в журнале «Холодильная техника», № 4, 2019.
Данные производителей: «Компрессор» (Москва), «Пневматика» (Санкт-Петербург), 2024.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →