Поршневой И Винтовой Компрессор: Преимущество И Недостатки

В данной статье мы рассмотрим поршневые и винтовые компрессоры, которые применяются на СТО, в автосервисах и  на небольших предприятиях.

План

1 Назначение поршневого компрессора.

1.1 Типы поршневых компрессоров.

1.2 Основные технические характеристики поршневых компрессоров.

1.3 Принцип работы поршневого компрессора.

2 Назначение винтового компрессора.

2.1 Типы винтовых компрессоров.

2.2 Основные технические характеристики винтовых компрессоров.

2.3 Принцип работы винтового компрессора.

2.4 Обслуживание винтового компрессора.

2.5  Основное применение винтовых компрессоров.

3 Преимущество и недостатки поршневых и винтовых компрессоров.

4 Основные правила выбор компрессора.

1. Назначение поршневого компрессора.

Назначение поршневого компрессора - снабжение сжатым воздухом пневматических машин и механизмов во всех отраслях промышленности. Поршневые компрессоры являются оборудованием специального назначения и широко используются во многих отраслях. Основной задачей компрессора является сжатие воздуха. Сжатый воздух от компрессора, может быть использован как источник энергии для исполнительных механизмов, так и для проведения каких либо технологических работ, связанных с применением сжатого воздуха.

1.1 Типы поршневых компрессоров.

Поршневые компрессора подразделяются на следующие типы:
Компрессоры безмасляные.

   Этот вид компрессоров используется в системах, где необходима подача чистого воздуха без содержания масляной эмульсии (например, медицинские компрессоры). Безмасляные компрессоры выпускаются с двигателем мощностью 1,1 кВт, а также с ресиверами различного объема. У данного типа компрессора есть свои особенности: небольшие по размеру, незначительное обслуживание, а их транспортировка и перемещение может осуществляться в любом положении.

Масляные компрессоры  с прямым приводом.

   Эти компрессоры снабжены двигателем с мощностью около 1,1-1,8 кВт и могут вмещать до 100 л воздуха в ресивер. По сравнению с безмасленными насосами, ресурс их намного больше. Кроме того, безмасленные компрессоры требуют специального технического обслуживания. Минус этих компрессоров в том, что воздух, выходящий из них, содержит масляную эмульсию, что требует дополнительной установки фильтра. Масляные компрессоры прямого привода имеют широкую область применения: их используют при изготовлении мебели, в автосервисе, а также при ремонте и фасадных работах.

Масляные компрессоры, снабженные ременным приводом

Мощность двигателя этих компрессоров приблизительно составляет 1,5-15 кВт. Вместимость ресивера может изменяться от 25 до 900 л. Ременной привод позволяет уменьшить частоту вращения двигателя при той же производительности. Эти компрессоры оснащены двумя поршнями различной величины (первый поршень предварительно сжимает воздух, второй - обрабатывает его до нужного давления). Данные компрессора используются в случаях, когда потребляется большое количество воздуха. Усиленная система охлаждения помогает избежать перегревания и износа двигателя, что позволяет использовать его в постоянном режиме. 
Так же компрессоры подразделяются на одно - , двух- и трех поршневые.

1.2 Основные технические характеристики поршневых компрессоров.

К основным  техническим параметром поршневого компрессора относится производительность на выходе - это "чистая производительность". Не путать производительность на вход, то есть количество воздуха втянутого в двигатель компрессора. Отличаются они существенно, порядком 20 - 30%. Производительность двигателя на вход всегда выше, чем «чистая производительность». Этим показателем иногда и оперируют, а на деле получается иная картина. Измеряется производительность в «литр/мин», или «метр кубический/час». Наиболее приемлемый показатель для автосервиса и шиномонтажа - это «л/мин». Пневматический гайковерт автомобильный потребляет приблизительно 150 - 300 л/мин - все зависит от производительности самого гайковерта, а вот например грузовой гайковерт потребляет уже за 1000 л/мин. 

Следующий не маловажный параметр - это объём ресивера. То ли он будет у вас 50 литров и по сути компрессор будет работать на износ, практически не поддерживая давление. Но если будет емкость ресивера больше, то компрессор уже будет работать кратковременно, что конечно увеличит его ресурс. Но и с другой стороны не стоит покупать компрессор с ресивером 100 л для накачки шин автомобиля, достаточно взять 10 - 25л.

Параметр давления. Нормальное давление компрессора 8 атмосфер, но некоторые установки (например генератор азота для накачки шин) работают при 10 атм.  Для этого берут либо компрессор с повышенным давлением, либо можно выжать из существующего, путем подкручивания воздушного редуктора и клапана сброса давления.

Питания сети -  на это тоже стоит обратить внимание, так как не все точки шиномонтажа и австосервисы могут себе позволить напряжения 380 вольт. Порой даже 220 не стабильно (решение этой проблемы мы рассматривать не будем).
По всем этим параметрам можно ориентироваться для выбора компрессора. Развитие на месте не стоит, поэтому рекомендуем берите с запасом.

1.3 Принцип работы поршневого компрессора.

Когда поршень опускается, в цилиндре образуется свободное пространство, и в результате перепада давления открывается впускной клапан, через который воздух всасывается в камеру сжатия.

Затем, когда поршень проходит точку поворота, соответствующую наибольшему объему камеры сжатия, впускной клапан закрывается, и давление воздуха начинает возрастать.

По мере сокращения объема камеры сжатия давление воздуха увеличивается.
Когда давление в камере достигает заданных параметров, открывается нагнетательный клапан, и сжатый воздух покидает камеру сжатия.
Для обеспечения наибольшего коэффициента полезного действия при сжатии между скользящим поршнем и неподвижным цилиндром требуется эффективное уплотнение. Несмотря на то, что безмасляные поршневые компрессоры имеются в продаже, гораздо чаще можно встретить смазываемые (маслонаполненные) агрегаты. Подача смазочного материала в цилиндр уменьшает износ поршня и стенок цилиндра, но сопровождается нежелательным явлением подмешивания и переноса масла потоком сжатого воздуха. Таким образом, если компрессор используется в процессе, не допускающем наличия в воздухе смазочных материалов, то на линии подачи сжатого воздуха приходится устанавливать маслоотделитель для удаления масла из воздушного потока. Но так как мы рассматриваем в основном применение компрессоров в СТО, то здесь наоборот, устанавливают лубрикаторы для создания маслянистой среды для работы: гайковерта, шиномонтажного стенда, пневмогидравлического насоса.

2 Назначение винтового компрессора.

Винтовые компрессоры (или винтовые воздушные компрессоры) - компрессоры, в которых сжатие среды достигается при помощи двух сцепленных между собой роторов с винтовыми зубьями. Винтовые компрессоры относятся к классу ротационных машин объемного принципа действия. Подача сжатого воздуха от компрессора, может быть использован как источник энергии для исполнительных механизмов, так и для проведения каких либо технологических процессов, связанных с применением сжатого воздуха. 
В настоящее время винтовые компрессоры получили наибольшее распространение на различных типах производства благодаря своим преимуществам. Применение винтового компрессора на производстве позволяет существенно снизить затраты на выработку сжатого воздуха, что повышает рентабельность всего производства. 

2.1 Основные технические характеристики винтовых компрессоров.
К основным  техническим параметром винтового компрессора является производительность на выходе – это чистая производительность. Не путать производительностью на входе. Отличаются они существенно, порядком 20 – 30%. Производительность компрессора на входе всегда выше, чем «чистая производительность». Эти показатели иногда и озвучивают, а на деле получается иная картина. Измеряется производительность в «литр/мин», или «метр кубический/мин». Наиболее приемлемый показатель для автосервиса и шиномонтажа – это «л/мин». Пневматический гайковерт автомобильный потребляет приблизительно 150 – 300 л/мин – все зависит от производительности самого гайковерта, а вот например грузовой гайковерт потребляет уже за 1000 л/мин. 
Следующий не маловажный параметр это объём ресивера. Но учитывая, что у винтовых компрессоров производительность всегда высокая, поэтому ресивер особо не отличаются разняться  от 200 до 500л, бывают и больше, но мы их не рассматриваем.
Параметр давления. Нормальное давление компрессора 8 атмосфер, но некоторые установки (например генератор азота для накачки шин) работают при 10 атм.  Для этого берут либо компрессор по эту установку, либо можно выжать из существующего, путем подкручивания воздушного редуктора и клапана сброса давления.
Питания сети -  на это тоже стоит обратить внимание, так как не все точки шиномонтажа и австосервисы могут себе позволить напряжения 380 вольт. Парой даже 220 не стабильно (решение этой проблемы мы рассматривать не будем).
По всем этим параметрам можно ориентироваться для выбора компрессора. Развитие на месте не стоит, поэтому рекомендуем всегда берите с запасом.

2.2 Принцип работы винтового компрессора.

 
Рисунок 1 - Схема работы компрессора

Рассмотрим наиболее распространенный вариант компоновки, представленный на рисунке.
Воздух через всасывающий клапан (2) и воздушный фильтр (1) поступает в винтовую пару (3), которая является "сердцем" компрессора. Здесь он смешивается с маслом, циркулирующим по замкнутому контуру, и образовавшаяся воздушно-масляная смесь нагнетается с помощью винтового блока в пневмосистему. Разделение масла и воздуха происходит в сепараторе (8,9). Очищенный от масла воздух через охлаждающий радиатор (13) поступает на выход компрессора, а масло возвращается в винтовую пару. В зависимости от температуры оно проходит либо по малому кругу, либо по большому, через масляный радиатор (12). Регулировка осуществляется с помощью термостата (11). Винтовая пара приводится в движение электродвигателем (6), а автоматическое включение и выключение компрессора осуществляется с помощью реле давления (16). 
А теперь более подробно остановимся на составных частях компрессора, их назначении и устройстве. 
Основой винтового компрессора является винтовая группа.
Рабочий элемент винтовой группы - это винтовая пара, состоящая из двух взаимносцепленных "червячных" роторов. Обычно, ведущий ротор выполнен как винт с четырехзаходной резьбой (витками), а ведомый с шестью (рис. 1).
Такое передаточное число считается оптимальным и сделано для того, чтобы уменьшить нагрузку на
ведущий винт. Объем сжатия образуется между витками винтовой группы и корпусом (выделено жирной линией). Полный рабочий цикл сжатия осуществляется за один оборот ведущего винта. Из всего сказанного следует, что данная конструкция может работать только при условии очень точного прецизионного исполнения всех частей рабочего элемента (корпуса и двух взаимно подогнанных роторов). 
Такое устройство принципиально отличается от поршневого компрессора, для которого характерно возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре, приводящее к повышенному нагреву и возникновению сильных вибраций. Именно поэтому использование промышленных поршневых компрессоров требует закладки массивного фундамента для компенсации вибраций и применения водяного охлаждения, то есть организации системы оборотного водоснабжения с громоздкими градирнями. 
Особо следует остановиться на роли масла в винтовом компрессоре, которое выполняет сразу несколько функций:
- создание масляной пленки и обеспечение
зазора между роторами винтовой группы;
- транспортировка воздуха;
- смазка подшипников рабочего элемента;
- отвод тепла.

Для обеспечения температурного режима, масло, циркулирующее в компрессоре, прокачивается через охлаждающий радиатор (12). Дело в том, что при очень высоких температурах, выше 110°С, оно теряет свою плотность, а это грозит заклиниванием роторов винтовой пары. В то же время, при низких температурах масло обладает излишней вязкостью, а, кроме того, холодная воздушно-масляная смесь может привести к образованию конденсата, что ухудшает качество воздуха на выходе компрессора. Для того чтобы температура масла как можно быстрее достигла рабочего значения, используется термостат (11). То есть, существует малый круг циркуляции масла, когда оно, минуя радиатор, возвращается в систему. По мере нагрева, включается большой круг циркуляции через радиатор. Открытие термостата наступает при достижении температуры масла около 70°С.

Воздушно-масляный радиатор (12,13) является двухсекционным, комбинированным. Кроме охлаждения масла он служит и для охлаждения воздуха. Благодаря этому разница между температурой окружающей среды и температурой воздуха на выходе компрессора не превышает 7°С. Это позволяет обеспечить дальнейшую эффективную работу осушителя и всей системы подготовки воздуха. 
Радиатор охлаждается проходящим через него потоком воздуха, который нагнетается внутрь компрессора вентилятором (14), установленным на валу электродвигателя (6). Все панели компрессора во время работы должны быть обязательно закрыты, именно так задается максимально эффективное направление движения воздуха, обеспечивающего отбор тепла, вырабатываемого во время сжатия. Возможно вторичное использование нагретого воздуха, например, для обогрева помещений в зимнее время. 
Из сказанного выше следует, что винтовая пара может работать только при условии, если она постоянно находится в воздушно-масляной смеси. 

Возникающая при этом проблема отделения воздуха от масла решается с помощью следующих элементов 
- маслосборный ресивер (8);
- маслоотделительный фильтр (9);
- устройство возврата масла.

Система отделения масла имеет три ступени очистки, что обеспечивает ее максимальную эффективность. В результате остаточное содержание масла в сжатом воздухе не превышает 3 мг/куб. м. На первом этапе отделение происходит за счет центробежных сил и силы тяжести. Воздушно-масляная смесь поступает из винтовой группы по соединительному шлангу в ресивер маслоотделителя (8). Ударяясь о стенки сосуда, более тяжелые частицы масла под воздействием силы тяжести и центробежных сил опускаются на дно. Для второй ступени механической очистки используется разделительная перегородка, расположенная в средине ресивера выше входного отверстия. Воздушно-масляная смесь, поднимаясь, проходит через отверстия в перегородке, на которой так же оседают частицы масла. Оконечным элементом внутренней очистки является фильтр маслоотделителя (9), представляющий собой обычный керамический фильтрующий элемент. Масло, которое задерживается фильтром, скапливается в специальном углублении и возвращается в винтовой блок через соединительную трубку. 
Маслосборный ресивер (8) снабжен предохранительным клапаном (10), который защищает его от превышения давления. 
Очистка масла от загрязнения осуществляется с помощью масляного фильтра (7). Он предотвращает попадание твердых частиц на рабочие поверхности винтов и подшипников. 

Как мы видим, ничего сложного в устройстве винтового компрессора нет. Вместе с тем его конструкция отличается надежностью и рассчитана на длительную бесперебойную работу. Безусловно, надежность и срок службы компрессора зависит от многих факторов: соблюдения условий эксплуатации, своевременного выполнения регламентных работ по техобслуживанию, а, главное, от качества всех компонентов и, в первую очередь, винтового блока, который является самым прецизионным и дорогостоящим элементом системы.

2.3 Обслуживание винтового компрессора.
Обслуживание винтовых компрессоров разных марок в принципе одинакова. В среднем замена масла и масляного фильтра (а также воздушного фильтра) производится каждые 2000-4000 часов (некоторые производители увеличивают этот срок до 8000 часов при условии использования на компрессорах их фирменного масла). Обслуживание лучше проводить не реже одного раза в год, даже при меньшей наработке. 
Замена сепаратора осуществляется, как правило, через одну замену масла. 
Замена ремней на компрессорах с ременным приводом - не чаще одного раза в 12 000 часов, примерно с такой же периодичностью необходимо обслуживать клапаны всасывания и минимального давления. 
Подшипники на винтовом блоке меняются в интервале от 25 000 до 60 000 часов, в зависимости от производителя ступени. 
Смазка подшипников электродвигателя - в соответствии с конструкцией двигателя и рекомендациями производителя, от 1000 часов. Некоторые двигатели не требуют периодической смазки. 
Также на компрессоре при проведении каждого ТО контролируется ряд параметров, таких как натяжение ремней, всасывающего клапана, производится протяжка резьбовых соединений и электросхемы. 
Чистота радиаторов охлаждение, состояние и уровень масла контролируется постоянно.
Своевременное и грамотное выполнение всех данных мероприятий гарантирует долгую и бес проблемную жизнь Вашему компрессорному оборудованию. В принципе, большинство операций по обслуживанию не требуют высокой квалификации персонала и может производиться своими силами, однако проведение более сложных работ, чем замена масла и фильтров, лучше доверить опытным специалистам.

3. Преимущество и недостатки поршневых и винтовых компрессоров.

Винтовые компрессоры не смогли создать конкуренцию поршневым, так как технология их создания была очень сложной. Поршневые установки не только славятся низкой ценой, по сравнению с другими видами воздухоочистителей. Но и легки в своем выпуске. А еще надо сказать, что они долго служат после ремонта. Сервисное обслуживание необходимо проводить постоянно, каждые 500 рабочих часов. Это помогает увеличению их работоспособности. Необходимость стабильного сервисного ремонта - это единственный минус поршневых установок. Из сказанного выше следует, что поршневые компрессоры, которые применяются на заводах не должны быть в одном экземпляре. Их должно быть два. При нормальной эксплуатации один компрессор будет резервным или находиться на техническом ремонте, а второй, конечно, выполнять свои функции.

Поршневые компрессорные установки намного эффективнее, чем другие типы компрессоров. Они намного дешевле и имеют большую производительность, поэтому:
1.Промышленные поршневые установки экономичнее, чем винтовые компрессоры. Так как они могут работать в повторно-кратковременном режиме и при сильных разницах потребления сжатого воздуха.
2.Если применять компрессоры в помещениях, где изменяется часто температурный интервал, в установках для расфасовки цемента или же на угольных базах, то следует отдать предпочтение поршневым компрессорным станциям. Потому что для других видов компрессоров эти условия не способствуют их работоспособности, а наоборот сокращают ее.
3.Основным отличием поршневых компрессорных установок от винтовых компрессоров является их сравнительно небольшая продуктивность. Поршневые станции имеют способность постоянно поддерживать на одном уровне низкую производительность. Основным при покупке компрессора является то, что на этом все денежные вложения не заканчиваются. Они будут продолжаться и увеличиваться на протяжении всего срока работы данного компрессора. 
Преимущества винтовых компрессоров:
1.    возможность круглосуточной непрерывной работы;
2.    высокая надежность;
3.    низкие эксплуатационные издержки;
4.    простота установки и эксплуатации;
5.    низкий уровень шума;
6.    возможность применения автоматического управления;
7.    высокий уровень энергосбережения;
8.    высокая чистота сжатого воздуха на выходе.

Из сказанного выше следует, что компрессоры, которые применяются на СТО, заводах не должны быть в одном экземпляре. Их должно быть два. При нормальной эксплуатации один компрессор будет резервным или находиться на техническом ремонте, а второй, конечно, выполнять свои функции. Учитываю, все плюсы и минусы поршневого и винтового компрессора, можно сделать вывод: что вид, тип и модель компрессора выбирается только по месту применения. И от того, как вы сумеете выбрать, зависит как долго проработает ваш компрессор.

4. Основные правила выбор компрессора.

Мы  предлагаем сокращенную программу выбора компрессора. Очевидно, что для этого необходимо подсчитать объем потребления сжатого воздуха цехом, мастерской, предприятием и т. д. в целом. Для этого, в соответствии с предполагаемым количеством рабочих мест, оснащенных пневматикой, следует просуммировать объемы потребления каждого (согласно паспортным данным оборудования), что даст величину Q. В скобках заметим, что эта величина может быть уменьшена с учетом коэффициента загрузки оборудования. Мы говорим "может быть" потому, что подбор компрессора по паспортной производительности обычно приводит к ошибке. Причина ее состоит в том, что в каталогах многих фирм-производителей компрессоров под производительностью понимается максимальное потребление воздуха на входе компрессора, а не на его выходе. Для получения реальной производительности на выходе компрессора (которая обычно ниже) необходимо в большинстве случаев учесть кпд и конструктивные особенности оборудования.
Поэтому расчет рекомендуется производить по формуле:
A = Q*b/h, где:
Q - суммарный объем потребляемого воздуха;
b - коэффициент, который учитывает конструктивные особенности (и, как следствие, надежность) различных групп компрессоров;
h - КПД компрессора.
Справочные значения b и h для работы в диапазоне рабочих давлений 6-8 бар приведены в таблице:

Конструкция компрессора     b    h
Полупрофессиональный      1,7    0,55
Профессиональный            1,5    0,65
особо нагруженный            1,3    0,75
Роторный                          1    1
Следующим шагом является выбор ресивера. Известно, что увеличение объема ресивера сглаживает пульсации и делает систему более гибкой к нагрузкам. Его объем рекомендуем выбрать в диапазоне:
V = ((1/2) / (1/8))*A
Имея расчетные величины производительности A и объема ресивера V, можно выбирать компрессор. При этом, анализируя величины b и h в формуле, подсказывают, что полупрофессиональный компрессор должен иметь производительность и ресивер в 3 раза больше, чем оборудование более высокого класса. Отсюда и выбор по цене.
Кроме выбора компрессора и ресивера необходимо обратить внимание на правильный подбор других элементов пневмосистемы: оборудование первичной подготовки воздуха, пневмолинию и пневморазъемы, устройства вторичной подготовки воздуха и оборудование, потребляющее сжатый воздух.
Оборудование первичной подготовки воздуха включает осушители, охладители, фильтры, конденсатоотводчики, влагомаслосепараторы и т. д.