Что такое маслозаполненный винтовой воздушный компрессор и как он работает?

Основной принцип работы Винтовой воздушный компрессор с масляным охлаждением

Динамика двухвинтовых роторов и синхронная компрессия с использованием масляной плёнки

Маслозаполненные винтовые воздушные компрессоры работают за счёт тщательно спроектированных спиральных роторов. При вращении ведущего ротора — как правило, приводимого в движение электродвигателем — его канавки зацепляются с канавками ведомого ротора, при этом оба ротора вращаются в противоположных направлениях. Такое согласованное движение создаёт воздушные карманы, которые перемещаются вдоль корпуса компрессора от входного патрубка к выходному. По мере продвижения этих карманов через систему объём пространства между роторами уменьшается примерно в пять раз — именно это и обеспечивает сжатие воздуха. Впрыскиваемое масло выполняет сразу три важные функции: образует тонкую плёнку, предотвращающую утечки через микроскопические зазоры; обеспечивает надёжную смазку подвижных деталей; а также отводит тепло, выделяющееся в процессе сжатия. Благодаря этой продуманной конструкции такие машины способны непрерывно работать со скоростями, превышающими 3000 оборотов в минуту, сохраняя при этом КПД около 90 % в большинстве промышленных применений.

Почему масляный впрыск доминирует в промышленных применениях винтовых воздушных компрессоров

Производители в строительной и автомобильной отраслях предпочитают маслозаполненные компрессоры, поскольку в целом они экономически более выгодны. Впрыскиваемое масло поглощает около 70 % тепла, выделяемого в процессе работы, что позволяет компаниям отказаться от установки громоздких систем охлаждения. Благодаря этому можно использовать более компактные компрессорные агрегаты, способные обеспечивать расход воздуха в диапазоне от 50 до 250 кубических футов в минуту при давлении от 100 до 150 фунтов на квадратный дюйм. Ещё одно важное преимущество — масляная плёнка снижает уровень шума примерно на 8–12 децибел, что делает такие машины пригодными даже для эксплуатации в местах с жёсткими требованиями к уровню шума. Кроме того, обслуживание требуется реже, поскольку в конструкции отсутствуют зубчатые передачи синхронизации, а первоначальная стоимость покупки на 30–40 % ниже, чем у безмасляных моделей. Для большинства повседневных промышленных потребностей в сжатом воздухе, где не требуется абсолютная чистота, компрессоры с впрыском масла по-прежнему остаются предпочтительным выбором для бесчисленного количества предприятий в различных отраслях.

Четыре ключевые функции масла в винтовом воздушном компрессоре

Помимо смазки, масло выполняет ещё три жизненно важные функции в винтовых компрессорах:

• Смазка и уплотнение: устранение проскока воздуха для максимизации объёмного КПД
  Масло образует динамическое уплотнение между роторами, снижая утечку воздуха («проскок») до 15 % и поддерживая объёмный КПД на уровне выше 90 %.

• Охлаждение: поглощение ~70 % тепла сжатия — основа термического управления
  Впрыскиваемое масло поглощает большую часть тепловой энергии, выделяемой при сжатии, предотвращая перегрев роторов и обеспечивая стабильную работу в стандартных промышленных диапазонах давления.

• Снижение шума: демпфирование масляной плёнкой снижает акустические выбросы на 8–12 дБ(А)
  Слой масла между вращающимися поверхностями действует как эффективный акустический демпфер, снижая уровень шума при эксплуатации до 70–75 дБ(А) — что значительно ниже предельно допустимых значений OSHA для непрерывного воздействия на рабочем месте.

Эта многофункциональная интеграция позволяет правильно обслуживаемым маслозаполненным винтовым компрессорам достигать более 50 000 часов наработки.

Ключевые компоненты и процесс разделения масла и газа

Воздушный блок, масляный бак и масляный охладитель: интегрированное термическое и потоковое управление

Внутри воздушного блока расположены две сопряжённые роторные пары, которые выполняют основную работу по сжатию. В то же время масляный бак служит резервуаром для смазочного масла в этой герметичной системе. По мере того как масло поступает из бака в воздушный блок, оно обеспечивает надёжное уплотнение и поддерживает оптимальную температуру в процессе эксплуатации. После прохождения через масляный охладитель, где рассеивается около двух третей всей выделяемой теплоты, масло возвращается в воздушный блок при оптимальной вязкости. Тщательный контроль температуры позволяет маслу сохранять требуемую объёмную эффективность даже при длительной работе оборудования без перегрева.

Многоступенчатое разделение: коалесценция, адсорбция и механическая фильтрация для содержания масла в выходящем воздухе менее 3 ppm

Разделение масла и газа после сжатия происходит в несколько последовательных этапов. На первом этапе в сепараторе используется центробежная сила для удаления примерно 95 % крупных капель масла. Оставшиеся мелкие частицы затем проходят через коалесцентные фильтры, которые объединяют их в более крупные капли, способные к стоку. Для улавливания самых мелких частиц применяется адсорбционная среда — как правило, с добавлением активированного угля, — которая задерживает аэрозоли размером менее одного микрона. На всём протяжении процесса также действует механическая фильтрация, предотвращающая попадание в систему твёрдых частиц из потока на входе. При правильной работе всей системы содержание масла в выходящем воздухе обычно остаётся ниже 3 частей на миллион, что обеспечивает более чистый воздух на выходе и лучшую защиту оборудования, расположенного ниже по потоку.

Компрессоры винтовые с фиксированной скоростью и с регулируемой частотой вращения (VSD): особенности управления маслом и влияние на эффективность

Стандартные винтовые компрессоры с фиксированной скоростью вращения поддерживают постоянную частоту вращения двигателя независимо от текущего спроса, регулируя производительность при необходимости с помощью всасывающих клапанов. Простота такой конструкции вполне подходит для базовых применений, однако при частичной нагрузке это приводит к дополнительным затратам. Энергия расходуется неэффективно, поскольку двигатель продолжает вращаться даже тогда, когда объём выполняемой работы невелик. Именно здесь проявляют свои преимущества модели с регулируемой частотой вращения (VSD). Такие компрессоры способны изменять частоту вращения двигателя в зависимости от текущей потребности в сжатом воздухе, что позволяет сократить энергопотребление на 30–50 % на объектах, где нагрузка в течение дня меняется. Не менее важное значение имеет и влияние этого принципа работы на масляные системы. Компрессоры с фиксированной скоростью работают в относительно стабильных тепловых условиях, поэтому масло остаётся прохладным, а фильтры функционируют предсказуемо в большинстве случаев. В свою очередь, компрессоры VSD испытывают значительные колебания температуры и изменяющиеся скорости потока масла при ускорении и замедлении. Это означает, что производителям требуются более эффективные решения для охлаждения и значительно более точные системы фильтрации, чтобы поддерживать вязкость масла в оптимальных пределах при различных скоростях вращения. В противном случае возникают проблемы с смазкой, целостностью уплотнений и чрезмерным уносом масла в поток сжатого воздуха при частых изменениях скорости.

Часто задаваемые вопросы

Каковы три основные функции масла в винтовом воздушном компрессоре?

Масло во винтовом воздушном компрессоре выполняет функцию смазки движущихся частей, образует уплотнение для предотвращения утечки воздуха и поглощает тепло, выделяемое в процессе сжатия.

Почему маслозаполненные винтовые компрессоры предпочтительны в промышленных применениях?

Они предпочтительны благодаря своей экономичности, эффективному поглощению тепла маслом, снижению уровня шума, меньшим затратам на техническое обслуживание и более низкой первоначальной стоимости по сравнению с безмасляными моделями.

Как компрессор с регулируемой частотой вращения (VSD) экономит энергию?

Компрессоры VSD изменяют скорость вращения двигателя в зависимости от потребности, снижая энергопотребление на 30–50 % за счёт исключения избыточной работы двигателя в периоды низкой нагрузки.