Технология работы одновинтового блока сжатия воздушного компрессора

Технология работы одновинтового блока сжатия воздушного компрессора

Одновинтовой компрессор представляет собой роторный объемный компрессор, который включает в себя главный винт и два затворных ротора. Сжатие газа осуществляется за счет зацепления затворных роторов с винтовыми канавками в главном винте. Электродвигатель передает вращательное движение через приводной вал к главному ротору компрессора, который, в свою очередь, вращает два зацепленных затворных ротора.

Процессы одновинтового компрессора

Процесс всасывания

Процесс сжатия

Процесс разгрузки

Процесс всасывания

По мере расширения канавки до максимального размера, воздух (газ) поступает в открытые канавки.

Начало процесса сжатия

Воздух (газ) задерживается в канавке под давлением всасывания.

Начало процесса разгрузки

Воздух (газ) в канавке находится под давлением на выходе. Главный винт совпадает с выпускным отверстием и проталкивает газ в выпускную камеру.

Процесс сжатия

По мере уменьшения объема канавки давление возрастает.

Окончание разгрузки

Весь воздух вытесняется. Объем канавки уменьшается до нуля.

Конец процесса сжатия

Воздух сжимается до минимального объема и максимального давления.

Описание процессов

Цикл сжатия начинается после того, как всасываемый газ заполняет верхнюю и нижнюю канавки главного винта на всасывающем конце корпуса. Поскольку винтовой компрессор имеет затвор(ы), процесс сжатия происходит одновременно на противоположных сторонах винта: сверху и снизу. Вращаясь, главный винт приводит в движение затвор(ы). Зацепление затвора с канавкой винта захватывает всасываемый газ и начинает процесс сжатия. По мере вращения винта зацепление затвора продолжается, уменьшая начальный объем канавки и увеличивая давление в ней. И снова это происходит одновременно на противоположных сторонах винта.

Наконец, по мере вращения главного винта до завершения цикла сжатия, канавка выравнивается с отверстием в корпусе на нагнетательном конце. Газ и любая жидкость в канавке радиально выводятся через отверстие в нагнетательную камеру.

Поскольку в главном винте шесть канавок, процесс сжатия происходит одновременно шесть раз в двух местах за один оборот винта. Работа при 3600 об/мин обеспечивает 21 600 одновременных ходов сжатия в минуту в верхней и нижней канавках и относительно плавный поток нагнетательного газа.

Сбалансированная нагрузка

Одним из преимуществ одновинтового компрессора является отсутствие результирующих радиальных или осевых сил, действующих на главный винт или компоненты приводного вала из-за работы сжатия. Поскольку процесс сжатия происходит симметрично и одновременно на противоположных сторонах винта, силы, возникающие из-за сжатия, компенсируются.

Единственные вертикальные нагрузки на подшипники главного винта обусловлены силой тяжести. Поскольку нагнетательный конец винта соединен с всасывающим патрубком, давление всасываемого газа действует на оба конца винта, что приводит к сбалансированным осевым нагрузкам.

Одновинтовой компрессор обладает существенным конструктивным преимуществом – снижением нагрузки во время процесса сжатия. Это происходит из-за того, что площадь зубьев затвора уменьшается по мере того, как давление газа в канавке приближается к давлению на выходе. Когда затвор впервые входит в зацепление с главным винтом, начинается процесс сжатия. По мере продолжения вращения площадь зубьев затвора, подверженная воздействию давления газа, увеличивается. Результирующая сила создает осевые нагрузки на узел затвора. Примерно на середине хода, или когда радиальная ось затвора перпендикулярна оси вращения главного винта, максимальная площадь затвора подвергается воздействию давления газа.

По мере продолжения цикла сжатия давление внутри канавки увеличивается, но площадь затвора, подверженная воздействию давления на выходе, продолжает уменьшаться. Меньшие нагрузки, передаваемые на компоненты и подшипники, приводят к повышению надежности. В конце хода площадь затвора уменьшается до нуля, поскольку он отсоединяется от главного винта.

Еще одна конструктивная особенность одновинтового компрессора, повышающая надежность, заключается в том, что нагрузки на узлы затвора четко определены и изолированы от основного винта. Поскольку узлы затвора независимы и не мешают остальной части корпуса основного винта, подшипники могут быть рассчитаны для максимальной надежности.

Герметизация во время сжатия

Герметизация достигается за счет сочетания прецизионных рабочих зазоров и впрыскиваемой жидкости (охлаждающей жидкости/смазки), которая просачивается и таким образом герметизирует зазоры во время процесса сжатия. В одновинтовом компрессоре эта жидкость также должна иметь достаточную вязкость для смазки подшипников. Жидкость всасывается в канавку во время процесса всасывания, а также впрыскивается в канавку сжатия во время процесса сжатия, чтобы максимизировать герметизацию рабочих зазоров.

Из-за вращения винта центробежная сила проталкивает впрыскиваемую жидкость в окружной зазор, объем которого находится между винтом и корпусом. Это минимизирует утечку, описываемую как каскадная утечка. Каскадное просачивание определяется как утечка из канавки высокого давления за пределы разделительной поверхности, отделяющей канавки, в последующую канавку низкого давления. Еще одна неотъемлемая особенность конструкции с одним винтом заключается в том, что площадь поверхности на выступах вблизи выходного конца канавки больше, чем вблизи середины канавки. Эта особенность также минимизирует утечку из области самого высокого давления в канавке.

Другая область, где утечка минимизируется, находится между концом канавки высокого давления и объемом за винтом, который находится под давлением всасывания. Этот потенциальный путь утечки герметизируется с помощью бесконтактного гидродинамического уплотнения, известного как вискозащитное уплотнение, обратное уплотнение или лабиринтное уплотнение.

Одновинтовые компрессоры обеспечивают более длительный срок службы, более высокую надежность и лучшую энергоэффективность, чем двухвинтовые компрессоры, и имеют меньше движущихся частей, чем поршневые компрессоры. Ключ к надежности одновинтового компрессора заключается в его сбалансированной конструкции. Конструкция балансировочного механизма обеспечивает сверхнизкие нагрузки на подшипники со значительными отклонениями.