1. По сравнению с поршневыми холодильными компрессорами, винтовые холодильные компрессоры обладают рядом преимуществ, таких как высокая скорость вращения, малый вес, небольшой объем, компактные размеры и низкая пульсация на выходе.
2. Винтовой холодильный компрессор не обладает инерционной силой возвратно-поступательного движения, демонстрирует хорошие динамические характеристики, стабильную работу, низкую вибрацию основания и малый фундамент.
3. Винтовой холодильный компрессор имеет простую конструкцию и небольшое количество деталей. В нем отсутствуют изнашиваемые детали, такие как воздушные клапаны и поршневые кольца. Его основные трущиеся части, такие как роторы и подшипники, обладают относительно высокой прочностью и износостойкостью, а условия смазки хорошие, поэтому требуется меньше механической обработки, расход материалов низок, цикл работы длительный, эксплуатация относительно надежна, техническое обслуживание простое, и это способствует автоматизации работы.
4. По сравнению со скоростным компрессором, винтовой компрессор обладает характеристиками принудительной подачи газа, то есть объем вытеснения практически не зависит от давления на выходе, и при малом объеме вытеснения не наблюдается пульсаций. В заданном диапазоне условий КПД остается высоким.
5. Для регулировки используется золотниковый клапан, позволяющий осуществлять бесступенчатую регулировку энергии.
6. Винтовой компрессор не чувствителен к поступающей жидкости и может охлаждаться путем впрыскивания масла, поэтому при одинаковом коэффициенте сжатия температура на выходе значительно ниже, чем у поршневого компрессора, следовательно, коэффициент сжатия в одноступенчатом режиме выше.
7. Отсутствие объема зазора обуславливает высокую объемную эффективность.
Принцип работы и конструкция винтового компрессора:
1. Процесс вдыхания:
Всасывающий патрубок на впускной стороне винтового компрессора должен быть спроектирован таким образом, чтобы камера сжатия могла полностью всасывать воздух, в то время как винтовой воздушный компрессор не имеет группы впускных и выпускных клапанов, и всасываемый воздух регулируется только открытием и закрытием регулирующего клапана. При вращении ротора пространство между зубьями основного и вспомогательного роторов достигает максимального значения, когда оно достигает отверстия на торцевой стенке впускного патрубка. Воздух полностью отводится, и после завершения отвода воздуха зубья находятся в вакуумном состоянии. При повороте к воздухозаборнику наружный воздух всасывается и поступает в зубья основного и вспомогательного роторов вдоль осевого направления. Напоминание о техническом обслуживании винтового воздушного компрессора: Когда воздух полностью заполняет зубья, торцевая поверхность впускной стороны ротора поворачивается в сторону от воздухозаборника корпуса, и воздух между зубьями герметизируется.
2. Процесс закрытия сделки и передачи прав:
При всасывании воздуха через главный и вспомогательный роторы вершины зубьев главного и вспомогательного роторов герметизируются с корпусом, воздух запечатывается в канавках зубьев и больше не выходит наружу, то есть [происходит процесс герметизации]. Два ротора продолжают вращаться, вершины зубьев и канавки зубьев совпадают на всасывающем конце, и сопрягаемые поверхности постепенно перемещаются к вытяжному концу.
3. Процесс сжатия и впрыска топлива:
В процессе транспортировки зацепляющая поверхность постепенно перемещается к выпускному отверстию, то есть канавка между зацепляющей поверхностью и выпускным отверстием постепенно уменьшается, газ в канавке постепенно сжимается, и давление увеличивается, что и представляет собой процесс сжатия. Во время сжатия смазочное масло также распыляется в камеру сжатия из-за разницы давлений и смешивается с воздухом в камере.
4. Процесс выпуска отработавших газов:
Когда зацепляющаяся торцевая поверхность ротора поворачивается и сообщается с выпускным отверстием корпуса (в этот момент давление сжатого газа максимально), начинается отвод сжатого газа до тех пор, пока зацепляющаяся поверхность гребня зуба и канавка зуба не переместятся к выпускному отверстию. В этот момент расстояние между зацепляющимися поверхностями двух роторов и выпускным отверстием корпуса становится равным нулю, то есть процесс выпуска завершен. Одновременно длина канавки зуба между зацепляющимися поверхностями роторов и воздухозаборником корпуса достигает максимальной длины, и процесс впуска возобновляется.
1. Полностью закрытый винтовой компрессор
Корпус выполнен из высококачественного чугуна с низкой пористостью и малой термической деформацией; корпус имеет двухстенную конструкцию с внутренними выхлопными каналами, что обеспечивает высокую прочность и хорошее шумоподавление; внутренние и внешние нагрузки на корпус в основном сбалансированы, исключая риск воздействия высокого давления в открытом или полузакрытом исполнении; корпус представляет собой стальную конструкцию, обладающую высокой прочностью, привлекательным внешним видом и малым весом. Вертикальная конструкция позволяет компрессору занимать небольшую площадь, что выгодно для многоголовочной компоновки чиллера; нижний подшипник погружен в масляный бак, что обеспечивает хорошую смазку; осевая сила ротора снижена на 50% по сравнению с полузакрытым и открытым типом (функция балансировки вала двигателя со стороны выхлопа); отсутствует риск горизонтального выступов двигателя, что обеспечивает высокую надежность; исключается влияние веса винтового ротора, золотникового клапана и ротора двигателя на точность сопряжения, что повышает надежность; удобный процесс сборки. Вертикальная конструкция винтового насоса без масла исключает нехватку масла во время работы или остановки компрессора. Нижний подшипник целиком погружен в масляный бак, а верхний подшипник получает масло под перепадом давления; требования к перепаду давления в системе низкие, и она выполняет функцию защиты подшипника от потери смазки в аварийных ситуациях, предотвращая недостаток смазки подшипника, что способствует запуску агрегата в переходные сезоны.
Недостатки: используется охлаждение выхлопными газами, а двигатель расположен непосредственно у выпускного отверстия, что может легко привести к перегоранию обмотки двигателя; кроме того, при возникновении неисправности ее невозможно своевременно устранить.
2. Полугерметичный винтовой компрессор
Двигатель охлаждается распылением жидкости, рабочая температура двигателя низкая, а срок службы длительный; в открытом компрессоре используется двигатель с воздушным охлаждением, рабочая температура двигателя высокая, что влияет на срок службы двигателя, а условия работы в машинном отделении неблагоприятные; двигатель охлаждается отработавшими газами, рабочая температура двигателя очень высокая, а срок службы двигателя короткий. Как правило, внешний маслоотделитель имеет большой объем, но очень высокую эффективность; встроенный маслоотделитель объединен с компрессором, и его объем невелик, поэтому его эффективность относительно низкая. Эффективность вторичного маслоотделения может достигать 99,999%, что обеспечивает хорошую смазку компрессора в различных условиях эксплуатации.
Однако, плунжерный полугерметичный винтовой компрессор разгоняется за счет зубчатой передачи, скорость вращения высока (около 12 000 об/мин), износ значителен, а надежность низкая.
3. Открытый винтовой компрессор
Преимуществами открытого блока являются:
1) Компрессор отделен от двигателя, что позволяет использовать компрессор в более широком диапазоне режимов работы;
2) Один и тот же компрессор может использоваться с различными хладагентами. Помимо галогенированных углеводородных хладагентов, в качестве хладагента можно использовать и аммиак, при этом необходимо изменить материалы некоторых его частей;
3) Двигатели различной мощности могут быть оснащены в зависимости от типа хладагента и условий эксплуатации.
4) Открытые типы также делятся на одновинтовые и двухвинтовые.
Одновинтовой компрессор состоит из цилиндрического винта и двух симметрично расположенных плоских звездообразных колес, установленных в корпусе. Канавка винта, внутренняя стенка корпуса (цилиндра) и зубья звездообразного колеса образуют замкнутый объем. Мощность передается на вал винта, а звездообразное колесо вращается под действием винта. Газ (рабочая жидкость) поступает в канавку винта из всасывающей камеры и после сжатия выходит через выпускной патрубок и выпускную камеру. Роль звездообразного колеса эквивалентна роли поршня поршневого компрессора. При относительном перемещении зубьев звездообразного колеса в канавке винта замкнутый объем постепенно уменьшается, и газ сжимается.
Принцип работы винтового компрессора и сравнение полностью закрытых, полугерметичных и открытых типов.
Винт одновинтового компрессора имеет 6 винтовых канавок, а звездообразное колесо имеет 11 зубьев, что эквивалентно 6 цилиндрам. Два звездообразных колеса одновременно входят в зацепление с винтовыми канавками. Следовательно, каждый оборот винта эквивалентен работе 12 цилиндров.
Как известно, винтовые компрессоры (включая двухвинтовые и одновинтовые) занимают наибольшую долю среди роторных компрессоров. С точки зрения международного рынка, за 20 лет с 1963 по 1983 год ежегодный темп роста продаж винтовых компрессоров в мире составил 30%. В настоящее время на двухвинтовые компрессоры приходится 80% компрессоров средней мощности в Японии, Европе и США. В сравнении с одновинтовыми и двухвинтовыми компрессорами в одном и том же рабочем диапазоне, двухвинтовые компрессоры занимают более 80% всего рынка винтовых компрессоров благодаря своей передовой технологии и высокой надежности. На винтовые компрессоры приходится менее 20%. Ниже приведено краткое сравнение этих двух типов компрессоров.
1. Структура
В одновинтовом компрессоре шнек и звездообразное колесо представляют собой пару сферических червячных передач, при этом вал шнека и вал звездообразного колеса должны быть расположены вертикально в пространстве; в двухвинтовом компрессоре наружная и наружная части ротора эквивалентны паре зубчатых передач, а валы наружной и внутренней частей ротора расположены параллельно. С точки зрения конструкции, точность взаимодействия шнека и звездообразного колеса в одновинтовом компрессоре трудно гарантировать, поэтому надежность всей машины ниже, чем у двухвинтового.
2. Режим движения
Оба типа компрессоров могут быть напрямую соединены с двигателем или приводиться в движение ременной передачей. При высокой скорости вращения двухвинтового компрессора необходимо увеличить передаточное число редуктора.
3. Метод регулировки холодопроизводительности
Методы регулировки объема воздуха у обоих компрессоров в основном одинаковы: в обоих случаях возможна непрерывная регулировка с помощью золотникового клапана или ступенчатая регулировка плунжера. При использовании золотникового клапана для регулировки двухвинтовому компрессору требуется один золотниковый клапан, а одновинтовому — два, что усложняет конструкцию и снижает надежность.
4. Производственная себестоимость
Одновинтовой компрессор: для винтовых и звездообразных подшипников можно использовать обычные подшипники, а себестоимость их изготовления относительно низкая.
Двухвинтовой компрессор: Из-за относительно большой нагрузки на двухвинтовые роторы требуется использование высокоточных подшипников, а стоимость его изготовления достаточно высока.
5. Надежность
Одновинтовой компрессор: Звездчатое колесо одновинтового компрессора является уязвимой деталью. Помимо высоких требований к материалу звездчатого колеса, его необходимо регулярно заменять.
Двухвинтовой компрессор: В двухвинтовом компрессоре отсутствуют изнашиваемые детали, а время безотказной работы может достигать от 40 000 до 80 000 часов.
6. Сборка и техническое обслуживание
Поскольку вал винта и вал звездообразного колеса одновинтового компрессора должны быть расположены вертикально в пространстве, требования к точности осевого и радиального положения очень высоки, поэтому удобство сборки и обслуживания одновинтового компрессора ниже, чем у двухвинтового.
Основные недостатки открытого блока:
(1) Уплотнение вала легко протекает, что также является предметом частого технического обслуживания пользователями;
(2) Установленный двигатель вращается с высокой скоростью, шум воздушного потока велик, а шум самого компрессора также относительно велик, что влияет на окружающую среду;
(3) Сложные компоненты масляной системы, такие как отдельные маслоотделители и маслоохладители, требуют сборки, а сам агрегат громоздкий и неудобный в использовании и обслуживании.
Четырехвинтовых компрессора с тремя винтами
Уникальная геометрическая структура трехроторного компрессора определяет более низкий уровень утечек по сравнению с двухроторным компрессором; трехроторный винтовой компрессор позволяет значительно снизить нагрузку на подшипники; уменьшение нагрузки на подшипники увеличивает площадь выхлопных газов, тем самым повышая эффективность; снижение утечек в агрегате крайне важно при любых условиях нагрузки, особенно при работе в режиме частичной нагрузки, где это влияние еще больше.
Саморегулирование нагрузки: при изменении параметров системы датчик быстро реагирует, а контроллер выполняет соответствующие вычисления, обеспечивая быстрое и корректное саморегулирование; саморегулирование не ограничивается исполнительными механизмами, направляющими лопатками, электромагнитными и золотниковыми клапанами и может осуществляться напрямую, быстро и надежно.
Дата публикации: 10 февраля 2023 г.
