Какой компрессор лучше выбрать: винтовой или роторно-пластинчатый?

Вы здесь

Главная » Техподдержка » Выбор компрессора: винтовой или роторно-пластинчатый?

     Роторно-пластинчатые компрессоры, так же как, и винтовые, и поршневые, относятся к компрессорным установкам объёмного типа сжатия. Это означает, что процесс сжатия воздуха происходит за счёт изменения (уменьшения) объема рабочей зоны.

     Наиболее наглядным примером объёмного сжатия, является поршневой компрессор, у которого сжатие происходит в полости цилиндров - между корпусом и возвратно-поступательно движущимся поршнем.

При движении поршня вниз из крайней (верхней, на рисунке) “мертвой” точки, в полости между поршнем и поверхностью цилиндра создается разряжение - нагнетательный клапан закрывается, а всасывающий - открывается. Поршень максимально отходит от торца цилиндра, объём полости максимальный, идет процесс всасывания.   При движении поршня вверх из нижней  “мертвой” точки, объём полости между поршнем и поверхностью цилиндра уменьшается, воздух начинает сжиматься и всасывающий клапан закрывается. При дальнейшем уменьшении объёма и достижении расчётного давления нагнетательный клапан открывается - начинается процесс нагнетания, вплоть до верхней “мёртвой” точки. Затем цикл повторяется. 

 

Упрощённо, процесс объёмного сжатия можно описать так: воздух входит в полость сжатия, имеющую максимальный объём;  затем полость сжатия отсекается от всаса и начинает уменьшаться за счёт конструкции камеры сжатия;  при достижении минимального объёма (и соответственно максимального давления воздуха)  полость сжатия соединяется с нагнетанием.

 

      В винтовом компрессоре сжатие происходит в винтовом канале ограниченном внутренними торцевыми и радиальными поверхностями корпуса компрессорного блока и поверхностями ведущего и ведомого роторов, вращающихся с высокой скоростью.

Зуб ведущего ротора входит в полость канала ведомого ротора и отсекает канал от всасывающей полости винтовой камеры. Заканчивается процесс всасывания воздуха.

Дальнейшее синхронизированное движение роторов уменьшает отсеченный объем до момента совмещения полости канала с нагнетательной полостью винтовой камеры. В этот момент начинается нагнетание. Цикличность определяется количеством зубьев ведущего ротора и процесс почти непрерывный – пульсация потока минимальная.

 

     В роторно-пластинчатом компрессоре воздух сжимается в полости, ограниченной торцевыми и радиальной поверхностями корпуса, пластинами и поверхностью вращающегося ротора.   Ось цилиндрического ротора, в продольных каналах которого перемещаются пластины, смещена относительно оси цилиндрической поверхности корпуса.   При вращении ротора пластины, под действием центробежной силы, выдвигаются из каналов, и прижимаются к цилиндрической поверхности корпуса.

При движении пластины по зоне всасывания в корпусе, происходит заполнение полости всасывания между поверхностями корпуса, ротора и ближайшей парой пластин.

Как только пластина выходит из зоны всасывания воздуха, полость всасывания отсекается. При дальнейшем вращении, за счет эксцентричного расположения оси ротора к оси корпуса, объем отсеченной полость постоянно уменьшается. Идет процесс сжатия воздуха. При этом пластины, ограничивающие зоны сжатия, постепенно утапливаются обратно в каналы ротора. Как только пластина входит в полость зоны нагнетания на корпусе, происходит истечение сжатого воздуха из максимально уменьшенного отсеченного объема. Идет процесс нагнетания. Цикличность определяется количеством пластин и, поскольку их гарантированно больше, чем зубьев у ведущего вала винтового блока, то процесс почти непрерывный – пульсация потока почти отсутствует.

 

     Если поршневой компрессор существенно отличается от роторных компрессоров, то винтовые и роторно-пластинчатые компрессоры состоят из похожих основных конструктивных элементов:

  1. Фильтр входящего воздуха;
  2. Автоматический впускной клапан масла;
  3. Масляный резервуар;
  4. Компрессорный блок;
  5. Фильтр масла;
  6. Ротор компрессорного блока;
  7. Пластины компрессорного блока;
  8. Фильтровальный элемент сепаратора;
  9. Охладители воздуха/масла;
  10. Водосепаратор (сборник конденсата) и Конденсатоотводчик.

 

Но если основные конструктивные элементы роторно-пластинчатых и винтовых компрессоров идентичны, то в чём их отличие?

 

Отличие заключается в конструкции «сердца компрессора» - компрессорном блоке,  где и происходит сжатие воздуха.

 

      Уже более полувека, как Ing. Enea Mattei S.p.A. - одна из старейших Итальянских компрессорных фирм, начала производство ротационных пластинчатых компрессоров. Она была одним из первых предприятий в мире, кто начал внедрение этой технологии сжатия в серийное производство воздушных общепромышленных компрессоров. В настоящее время Маттей является крупнейшим производителем компрессоров такого типа, определяя развитие этого перспективного направления в мировом компрессоростроении.

На первых моделях роторно-пластинчатых компрессоров основным недостатком был значительный износ и поломка пластин, участвующих в процессе сжатия, и мировое сообщество сосредоточило внимание на винтовых компрессорах, показавшихся в то время более перспективными.  Однако, компания Mattei, одна из немногих, продолжала совершенствовать конструкцию, устраняя недостатки, и очень скоро пользователи во многих странах оценили уникальные достоинства этой техники.

Так в чём же достоинство пластинчатой технологии?

Сравним конструкцию двух объемных камер сжатия: винтовой и пластинчатой, с впрыском смазочно-охлаждающей жидкости (далее – масло).

 

№

п.п.

ВИНТОВАЯ

КАМЕРА СЖАТИЯ

ПЛАСТИНЧАТАЯ

КАМЕРА СЖАТИЯ

1

Два ротора сложного спираль­ного профиля:     один - с впади­нами, второй - с выступами.  Размещены внутри корпуса с двумя сопряженными цилиндрическими поло­стями для роторов.

Один ротор, цилиндрической формы, с продольными прорезями, в которые вставлены плоские пластины. Ротор эксцентрично размещён в корпусе с одной цилиндрической полостью.

2

Каждый из роторов опирается с обеих сторон на подшипники качения. Поскольку процесс сжатия воздуха происходит вдоль осей роторов, то, для компенсации основных осевых сил, ведущий ротор имеет специальные упорные подшипники. С учётом высоких скоростей вращения роторов, все подшипники сильно нагружены.

Ротор опирается с обеих сторон на подшипники. Но подшипники типовые и менее нагружены, поскольку:

- процесс сжатия воздуха происходит поперёк оси ротора, и осевые силы отсутствуют;

- скорость вращения ротора значительно меньше скорости вращения винтов винтового компрессора.

3

Количество впадин и выступов роторов, их профиль, угол закручивания винта и т.п., является уникальной разработкой конкретного Производителя. С учётом высоких давлений и температур процесса сжатия, а так же неободимости обеспечения минимальных зазоров, требования к материалу роторов, к обеспечению их геометрии и к качеству их поверхности - очень высокие.

В условиях эксплуатации выполнить качественный ремонт камеры сжатия (за исключением замены подшипников) практически не возможно.

Ротор и внутренняя поверхность корпуса имеют геометрически простые цилиндрические формы. И, как и пластины, возможна их механическая обработка с использованием типового станочного парка (шлифовальные, токарные и фрезерные станки).

За счёт использования простых операций металлообработки обеспечивается высокое качество поверхностей при минимальных затратах.

4

За счёт сложной конструкции винтовых роторов, значительных осевых усилий на них, наличия тепловых расширений при различных режимах работы компрессорного блока, внутри винтовой камеры сжатия неизбежны перепуски воздуха из зон высокого давления в зоны низкого давления:

В пластинчатом ротационном компрессоре осевые нагрузки отсутствуют. Ротор свободен в своем движении вдоль продольной оси. Компенсация тепловых расширений, равенство зазоров с обоих торцов и эффективная герметизация зазоров обеспечивается масляной пленкой. Масло подается под давлением через отверстия в торцах статора:

Для уплотнения радиальных зазоров между пластинами и корпусом в зону нагнетания также впрыскивается масло:

5

Скорость вращения приводного двигателя винтового компрессора ~1500 об/мин., а скорость вращения ведущего ротора типовой винтовой камеры сжатия ~2800 об/мин (при давлении 7~8 бар(и)).

Передача крутящего момента от электропривода к валу винтового блока только через повышающую обороты передачу: -клиноременную передачу, - шестеренчатый мультипликатор. Это дополнительные потери, усложнение конструкции, удорожание обслуживания.

Скорость вращения ~1500 об/мин, одинаковая и у приводного двигателя компрессора, и у ротора роторно-пластинчатой камеры сжатия. А у сверхэкономичной модели MAXIMA, скорость вращения ротора - 1000 об/мин (!)

Передача крутящего момента от электропривода к валу пластинчатого блока только через прямую передачу – гибкую пальцевую муфту. Нет потерь на передачу вращения, надежная и простая конструкция, минимальные затраты на обслуживание.

6

Высокие скорости вращения роторов винтовой камеры определяют высокий шум от винтового компрессора. В том числе и для снижения уровня шума до допустимых величин, винтовые компрессоры поставляются только в шумоизолирующих корпусах. Тем не менее, уровень шума остаётся высоким:  70~75 дБ(А) - у небольших компрессоров и до 85 дБ(А) - у наиболее производительных компрессоров.

Тихоходные пластинчатые камеры сжатия позволяют использовать модели роторно-пластинчатых компрессоров без шумоизолирующего корпуса, но имеющих уровень шума не более 75, 80, 85 дБ(А), и с шумоизолирующем корпусом - до 75 дБ(А) у производительных компрессоров и менее 67~65 дБ(А) у небольших компрессоров.

 

Резюме:

     Более 30 лет назад, компания Mattei, в отличие от многих Изготовителей, не остановилась в разработке технологии сжатия пластинчатой камерой, и не переключилась на винтовой тип компрессорного блока. Компания Mattei решала проблемы конструкции, устраняла недостатки и, добилась успеха !   Современные модели роторно-пластинчатых компрессоров Mattei по экономичности, надёжности и ремонтопригодности превосходят самые лучшие модели винтовых компрессоров.

     Уникальное сочетание физических и конструктивных достоинств пластинчатых камер сжатия, отличные технологические решения применённые компанией Mattei в своих роторно-пластинчатых компрессорах и их превосходная эксплуатационная доступность в работе и обслуживании, делает роторно-пластинчатые компрессоры всё более привлекательными для самых разных Потребителей.

     Поскольку более 80% совокупных затрат на компрессор составляет оплата его электропотребления, экономичности компрессоров в последние годы уделяется повышенное внимание. В этих условиях экономичность роторно-пластинчатых компрессоров является дополнительным весомым доводом в пользу их использования. Более того, сверхэкономичная серия компрессоров MAXIMA уникальна по своему минимальному удельному электропотреблению даже в сравнении с двуступенчатыми моделями лучших винтовых компрессоров.