Золотниковый клапан винтовой компрессор

Конструкция и принцип действия двухроторного маслозаполненного винтового компрессора

Конструкция двухроторного маслозаполненного винтового компрессора

Компрессор состоит из корпуса (с вертикальным разъемом), передней и задней крышки. Передняя крышка имеет всасывающую полость, всасывающее окно и передний опорный подшипник.

Внутри корпуса имеются цилиндрические расточки, в которых установлены роторы (винты). Роторы вращаются в опорных подшипниках, которые воспринимают только радиальные силы. Осевые силы, действующие на ротор, воспринимаются упорным подшипником. В большинстве конструкций опорные – подшипники-скольжения, а упорные – качения.

Рабочие органы компрессора представляют собой цилиндрические валы на средней, утолщенной части которых нарезаны винтообразные зубья. В двухроторных компрессорах один ротор является ведущим, другой является ведомым (Рисунок 26).

Рисунок 26 – Винты

Ведущий ротор имеет толстые, выпуклые зубья, а ведомый ротор – тонкие вогнутые зубья. Зубья ведущего и ведомого ротора входят во взаимное зацепление. Количество зубьев может быть разным в зависимости от конструкции завода-изготовителя, внутренней степени сжатия и т. д.

Наиболее частое соотношение зубъев: 4:6; 5:7; 7:8; и т.д.

Профиль винтов выполнен таким образом, что при вращении они обкатываются друг по другу. Для предотвращения сдвига ротора по оси при неблагоприятных условиях работы, на ведущем роторе имеется разгрузочный поршень-думмис. При сдвиге ротора масляная система подает масло к поршню и предотвращает сдвиг.

В винтовых компрессорах отсутствуют всасывающий и нагнетательный клапаны. Всасывающее окно расположено в верхней части передней крышки компрессора. Нагнетательное окно расположено в нижней части задней торцевой поверхности корпуса. Таким образом окна расположены как бы диагонально по отношению к ротору.

Особенностью винтового компрессора является возможность плавного регулирования объемной производительности от 100 до10% c помощью золотника. Золотник находится в нижней части корпуса компрессора под винтами. Основная поверхность золотника – цилиндрическая (Рисунок 27).

Рисунок 27 – Золотник

Верхняя часть золотника повторяет профиль внутренней поверхности корпуса. Золотник, перемещаясь параллельно оси роторов, уменьшает или увеличивает объем полости сжатия.

Принцип действия

Рабочий цикл винтового компрессора состоит из четырех процессов: всасывания, перемещения (без изменения внутреннего объема), сжатия и нагнетания (Рисунок 28).

Рисунок 28 – Последовательность работы винтового компрессора

а – всасывание; б – перемещение (без изменения внутреннего объема); в – сжатие; г – нагнетание (выталкивание) газа.

Процесс всасывания начинается в тот момент, когда зуб ведущего ротора выходит из впадины ведомого в плоскости всасывающего окна. При этом образуется парная полость, т.е. объем между зубьями ротора и корпусом. При дальнейшем вращении роторов парная полость увеличивается. Она заполняется паром холодильного агента, т.е. происходит процесс всасывания.

Процесс всасывания заканчивается тогда, когда зубья ведущего и ведомого ротора парной полости проходят перегородку всасывающего окна. При дальнейшем вращении ротора в полости всасывающего окна зуб ведущего ротора входит во впадину ведомого ротора. Объем парной полости уменьшается. В то же время со стороны нагнетательного окна зуб ведущего ротора парной полости продолжает выходить из впадины ведомого ротора и объем парной полости увеличивается. Таким образом, происходит простое перемещение пара от всасывающего окна к нагнетательному окну без изменения внутреннего объема парной полости.

Процесс перемещения заканчивается тогда, когда в полости нагнетательного окна, зуб ведущего ротора полностью выходит из впадины ведомого ротора в полости нагнетательного окна. При дальнейшем вращении ротора происходит уменьшение внутреннего объема парной полости и пар сжимается.

Процесс сжатия заканчивается в тот момент, когда парная полость подходит к кромке нагнетательного окна (Рисунок 29). При этом пар холодильного агента выталкивается через нагнетательное окно в нагнетательную полость компрессора, т.е. происходит процесс нагнетания.

Рисунок 29 – Вид на торец винтов со стороны нагнетания

Wцил –защемленный объем на нагнетании; штриховой линией показана (условно) канавка на корпусе для выхода газа из защемленного объема.

Процесс нагнетания заканчивается тогда, когда объем парной полости будет равен нулю.

Источник

Регулирование винтовых компрессоров

Расширение области применения винтовых компрессоров находится во взаимосвязи с решением вопроса экономичного регулирования. До последнего времени основными способами регулирования производительности были дросселирование на всасывании и байпасирование.

Байпасирование (перепуск сжатого газа через байпасный клапан на всасывание) — способ малоэкономичный по сравнению с другими применяемыми способами регулирования. Компрессор потребляет 100% мощности независимо от режима работы. Способ используется как наиболее простой в компрессорах сухого сжатия.

Читайте также:  Регулировка клапанов мерседес актрос евро 6

Дросселирование на всасывании широко применяется в маслозаполненных компрессорах. Этот способ основан на автоматическом перекрытии дроссельного клапана, расположенного на всасывании, при превышении давления нагнетания, При этом растет внутренняя степень сжатия компрессора, но из-за уменьшения массового расхода затрачиваемая мощность падает. Способ эффективен в диапазоне регулирования производительности 100—70%. При более глубоком регулировании потери мощности значительны (например, при нулевой производительности компрессор потребляет 65—70% от номинальной мощности).

Наиболее экономичен способ регулирования производительности изменением частоты вращения роторов.

Весьма просто регулировать производительность компрессора сухого сжатия изменением частоты вращения в случае турбопривода.

На рис. 6.6,а приведена зависимость производительности и потребляемой мощности компрессора в процентах от их номинальных величин при изменении частоты вращения, из которой видно, что в диапазоне изменения частоты вращения 60—100% производительность и потребляемая мощность изменяются пропорционально.

При создании холодильного винтового маслозаполненного компрессора разработан и внедрен высокоэкономичный золотниковый способ регулирования. Суть его состоит в отключении части объема полостей, участвующих в процессе сжатия, при помощи золотникового устройства (рис. 6.6,б).

Золотник 1 соединен штоком 2 с установленным в направляющем цилиндре 4 поршнем 3. К торцам поршня подведена сжимаемая среда соответственно из камер всасывания и нагнетания для создания усилия, действующего в направлении, обратном нагрузке на золотник.

Цилиндр подключен непосредственно к камере нагнетания, а поршень, шток и золотник имеют каналы для подвода среды из камеры всасывания в полость цилиндра, отделенную поршнем от камеры нагнетания.

Направляющий цилиндр 4 размещен в отдельном корпусе и выполнен съемным. Диаметр соединительного элемента штока меньше диаметра поршня, диаметр золотника может быть равен диаметру соединительного элемента, что позволяет демонтировать золотннк без разбора направляющего цилиндра.

Как правило, в маслозаполненных винтовых компрессорах для регулирования производительности и впрыска масла используется подвижный золотник. Недостаток состоит в том, что при движении золотника отверстия для впрыска перемещаются вдоль камер сжатия. При перемещении золотника в сторону нагнетания зона впрыска укорачивается, что увеличивает протечки газа и уменьшает эффективность сжатия. Уменьшается также количество впрыскиваемого масла, что, в свою очередь, ухудшает смазку винтов.

В тех случаях, когда не удается осуществить привод с переменной частотой вращения, производительность компрессоров сухого сжатия регулируется байпасированием или выпуском части газа в атмосферу (для воздушных компрессоров).

Установившийся режим работы системы «компрессор — сеть» возможен при равенстве давления нагнетания компрессора давлению со стороны сети.

Наиболее целесообразно использование винтового компрессора при работе в сети с постоянным расходом и давлением. При изменении расхода газа в сети поддержание постоянного давления нагнетания сводится к задаче согласования подачи компрессора с расходом сети.

В воздушных маслозаполненных (винтовых компрессорах) широкое распространение полнило регулирование производительности путем изменения эффективной рабочей длины роторов перемещением золотника (рис. 6.6,6). При этом обеспечивается почти пропорциональное изменение потребляемой мощности в процессе регулирования производительности (от 100 до 40%). При более глубоком регулировании производительности затрачиваемая мощность не снижается более чем на 45 % от номинальной, так как возвращаемая часть газа подогревается впрыскиваемым маслом и поверхностями роторов и корпуса и, в свою очередь, повышает начальную температуру газа на всасывании. Поэтому в тех случаях, когда компрессор в течение значительного времени должен работать при неполной нагрузке, применение такого способа регулирования производительности целесообразно, несмотря на некоторое усложнение конструкции компрессора.

В маслозаполненных компрессорах, где производительность регулируется перемещением вдоль винтов подвижного золотника, корпус компрессора изготовляется, как правило, из отливки. Выполнение большого количества каналов для впрыска масла или перемещения газа от золотника очень затруднительно в отливке — требуется особая герметизация корпуса, особенно для холодильных фреоновых компрессоров.

Повсеместный переход на выпуск маслозаполненных компрессоров с асимметричными профилями зубьев вызван не только экономичностью последних, но также необходимостью передачи крутящего момента из-за исключения шестерен связи.

Источник

Компрессорный блог

Блог о компрессорном оборудовании для промышленного применения (винтовые, поршневые и мембранные компрессоры. Системы воздухоподготовки и очистки газов)

Конструкция/устройство винтового компрессора

В данной статье мы расскажем об основных элементах конструкции винтового компрессора и о его устройстве.

В настоящее время производством винтовых компрессоров занимается достаточно большое количество компаний по всему миру. Однако, как автомобиль состоит из кузова, двигателя и трансмиссии, так и винтовой компрессор разных производителей состоит из компонентов, имеющих различия в конструкции, но выполняющих одну и ту же задачу при работе агрегата.

Читайте также:  Клапан отбора мощности хово

Любой винтовой компрессор может быть схематично представлен следующим образом:

Основные элементы винтового компрессора

7 – клапан минимального давления

15 – выход сжатого воздуха

Входной фильтр

На входе винтового компрессора обязательно устанавливается фильтр, задачей которого является предотвращение проникновения в компрессор вместе с засасываемым воздухом пыли и твердых механических частиц.

Он представляет собой, как правило, цилиндрический патрон из гофрированной бумаги и может устанавливаться как открыто, так и в корпусе.

Воздушный фильтр винтового компрессора

Размер ячейки входного фильтра в большинстве случаев составляет 10 мкм, а площадь его поверхности соответствует производительности компрессора.

Всасывающий клапан

Наличие на входе винтового компрессора всасывающего клапана (иногда его еще называют регулятором всасывания) является отличительной особенностью компрессоров данного типа. Закрытие и открытие всасывающего клапана позволяет легко переводить компрессор в режим холостого хода и работы под нагрузкой соответственно.

Запорный элемент всасывающего клапана имеет вид поворотного (заслонки) или поступательно двигающегося диска с уплотнением. Положение запорного элемента изменяется под действием сжатого воздуха, подаваемого во внутренний или внешний пневмоцилиндр из масляного резервуара через управляющий электромагнитный клапан.

Всасывающий клапан винтового компрессора

Всасывающий клапан винтового компрессора

Запуск винтового компрессора всегда происходит при закрытом всасывающем клапане. Но для того, чтобы в масляном резервуаре произошло накопление сжатого воздуха с давлением, достаточным для последующего воздействия на поршень управляющего пневмоцилиндра, всасывающий клапан имеет канал небольшого сечения с обратным клапаном.

Винтовой блок

Основным рабочим элементом компрессора является винтовой блок, в котором собственно и происходит процесс сжатия всасываемого через входной фильтр воздуха.

В корпусе винтового блока расположены два вращающихся ротора – ведущий и ведомый. При их вращении происходит движение воздуха от всасывающей стороны к нагнетающей с одновременным уменьшением объема межроторных полостей, т.е. сжатие.

Принцип сжатия воздуха в винтовом блоке

Зазор между роторами уплотняется находящимся в корпусе винтового блока маслом. Масло также служит для смазывания подшипников и отвода тепла, образующегося при сжатии воздуха.

Также существуют безмасляные винтовые компрессоры классического исполнения (без уплотняющей жидкости) и с водяным впрыском в камеру сжатия вместо масла.

Электродвигатель

Для передачи вращения ведущему ротору винтового блока, как правило, используется обычный трехфазный асинхронный электродвигатель.

Исключение составляют мобильные винтовые компрессоры, в которых в качестве источника вращения используется дизельный двигатель.

Вращение от вала двигателя ведущему ротору винтового блока может передаваться как при помощи клиноременной передачи:

или через муфту с эластичным элементом (так называемый «прямой привод»).

В некоторых случаях применяется шестеренчатый привод (в компрессорах большой производительности).

Нередко бывает необходимо регулировать производительность винтового компрессора, изменяя частоту вращения вала двигателя. В этом случае электропитание двигателя осуществляют при помощи специального устройства – частотного преобразователя.

Применение частотного преобразователя позволяет в широких пределах регулировать производительность винтового компрессора в зависимости от реальной потребности в сжатом воздухе, не прибегая к переводу агрегата в режим холостого хода закрытием всасывающего клапана.

Масляный резервуар

Масляный резервуар играет очень важную роль в работе винтового компрессора:

  • выполняет роль первичного аккумулятора сжатого воздуха;
  • увеличивает объем масляной системы компрессора и, соответственно, количества масла, необходимого для эффективного отвода тепла, образовывающегося при сжатии воздуха;
  • работает, как отделитель основной массы масла от сжатого воздуха, т.к. масло-воздушный поток попадает в резервуар из винтового блока по касательной к его цилиндрической поверхности – как бы «закручивается».

Для того, чтобы выходящий из винтового компрессора сжатый воздух содержал минимальное количество масла, в его конструкции обязательно применяется сепаратор.

Сепаратор может быть внешним (в компрессорах небольшой мощности) и встроенным в масляный резервуар.

Внешний вид встроенного сепаратора:

Сепаратор в разрезе с указанием потока масла и воздуха:

Благодаря наличию в конструкции винтового компрессора сепаратора содержание масла в сжатом воздухе на выходе не превышает 3 мг/м 3 .

Клапан минимального давления (КМД)

Для нормальной циркуляции масла при работе винтового компрессора необходимо, чтобы давление в масляном резервуаре не опускалось ниже определенного минимально необходимого уровня.

Когда в магистрали, на которую работает винтовой компрессор, уже присутствует давление, это условие выполняется. А вот в случае, когда компрессор используется для заполнения пустого воздухосборника, для создания в масляном резервуаре повышенного давления используется клапан минимального давления.

Клапан минимального давления

Клапан минимального давления в разрезе:

Клапан минимального давления в разрезе

Этот клапан открывается при давлении на его входе, превышающем определенное значение, которое задается регулировкой сжатия закрывающей клапан пружины. Типичным для винтовых компрессоров давлением открытия клапана является значение 4÷4,5 бар.

Читайте также:  Резинка сливного клапана унитаза пропускает воду

Более подробно о клапане минимального давления (КМД) вы можете прочитать в статье Конструкция клапана минимального давления (КМД)

В винтовом компрессоре, как и в двигателе автомобиля, существует два круга системы охлаждения – малый и большой.

Сразу после запуска компрессора масло в нем циркулирует по малому кругу, что обеспечивает довольно быстрый рост температуры. Это необходимо, чтобы при сжатии воздуха не происходило выпадение конденсата и смешивание его с маслом, значительно ухудшающее его эксплуатационные свойства.

После достижения определенного значения температуры масла термостат открывается, направляя поток циркуляции по большому кругу – через охлаждаемый вентилятором радиатор.

Как правило, открытие термостата начинается при температуре масла +55°С и полностью завершается при температуре +70°С.

Масляный фильтр

В процессе работы винтового компрессора в масле могут присутствовать механические примеси – продукты износа движущихся частей и частицы пыли, размер которых меньше размера ячейки входного фильтра. Для очистки масла от этих примесей в циркуляционный контур компрессора включается масляный фильтр.

Масляный фильтр в разрезе

Воздушный радиатор / Масляный радиатор / Вентилятор

Для охлаждения сжимаемого винтовым компрессором воздуха его пропускают через радиатор, который обдувается вентилятором. Температура сжатого воздуха на выходе компрессора, как правило, превышает температуру окружающей среды не более, чем на 20÷30 °С.

Для охлаждения циркулирующего в компрессоре масла служит масляный радиатор. Обычно воздушный и масляный радиаторы объединены в единый блок и обдуваются одним вентилятором (двумя в компрессорах большой мощности).

Обычно вентилятор приводится в действие отдельным электродвигателем.

В небольших компрессорах зачастую для обдува радиаторов используется вентилятор, входящий в состав приводного двигателя.

Вентилятор охлаждения на двигателе

Обратный клапан / Сетчатый фильтр

Масло, отделяемое от сжатого воздуха в сепараторе, требуется вернуть в циркуляционный контур компрессора. Для этого используется специальная масловозвратная линия, имеющая в своем составе обратный клапан и сетчатый фильтр.

Для того, чтобы процесс возврата масла можно было наблюдать в реальном времени (это необходимо в диагностических целях), некоторые детали масловозвратной линии выполняются прозрачными.

Выход сжатого воздуха

На выходной патрубок винтового компрессора необходимо установить запорный кран, позволяющий отключить компрессор от магистрали сжатого воздуха на время проведения технического обслуживания или ремонта.

Также для соединения выхода компрессора с магистралью рекомендуется использовать гибкое соединение (металлорукав) для устранения влияния температурных и вибрационных деформаций трубопровода на соединение.

Шаровый кран и металлорукав

Прокомментировать эту статью или задать вопросы вы можете в форме ниже . Мы ответим в течение 1-2 рабочих дней.

Константин Широких & Сергей Борисюк

2 комментария

Решил воспользоваться неожиданной для меня возможностью получить ответ на адрес моей почты на основе Вашей статьи «Конструкция/устройство винтовых компрессоров».

1) Клапан минимального давления. «Типичным для винтовых компрессоров давлением открытия клапана является значение 4-4.5 бар».

Не означает ли это, что закрывающая клапан пружина при рабочем ходе компрессора постоянно отбирает у него давление 4-4.5 бар и, соответственно, 24-27% электроэнергии теряется? (если ее затраты 6% на 1 бар, как принято считать?).

Если это так, то, например, при рабочем давлении компрессора 7.5 бар, в сеть сжатый воздух попадает после клапана с давлением 7,5-4,5=3,0 бар?.

Теперь по существу вопроса…

Что значит «в сеть сжатый воздух попадает с давлением 7,5-4,5=3,0 бар?»?

Клапан минимального давления (КМД) необходим для того, чтобы давление в масляном резервуаре не опускалось ниже необходимого для нормальной циркуляции масла значения и не зависело от давления в сети.

А давление в сети может быть и «нулевым» — представьте, что выход компрессора просто открыт в атмосферу. При этом давление в масляном резервуаре все равно будет 4-4,5 бар. И компрессор будет «выдувать» в эту атмосферу ровно столько воздуха, сколько «засасывает».

Теперь представьте, что компрессор начинает заполнять систему (ресивер) определенного объема. Масляный резервуар наполняется воздухом очень быстро — его объем очень мал по сравнению с ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ компрессора. КМД открывается и воздух начинает проходить в ресивер, давление в котором плавно растет «ОТ НУЛЯ».

Как только давление в ресивере СРАВНИВАЕТСЯ с давлением открытия КМД, давления в масляном резервуаре и ресивере начинают РАСТИ СИНХРОННО!

5 бар в масляном резервуаре — 5 бар в ресивере. 6 бар в масляном резервуаре — 6 бар в ресивере. И так далее.

Источник

Оцените статью
Авто помощник
Adblock
detector