Конструктивные особенности маслосмазываемых компрессоров: сравнительный анализ работы винтовой пары в агрегатах Kaeser и Atlas Copco

Узнайте больше о работе масляных компрессоров на примере моделей от разных брендов.

1Конструктивные особенности винтового блока в маслосмазываемых агрегатах

С появлением в 30-х годах прошлого века первых винтовых компрессоров, в сфере производства сжатого воздуха произошла настоящая «революция». Тогда на смену громоздким и шумным агрегатам динамического типа пришли компактные, легкие и более эффективные компрессоры с винтовым воздушным нагнетателем.

Главным узлом маслосмазываемого винтового агрегата, который непосредственно влияет на мощность, скорость и срок эксплуатации, является винтовая пара.

Стандартное внутреннее устройство винтовой пары выглядит следующим образом:

Основными элементами винтовой пары являются ведущий ротор, установленный на валу, и – ведомый ротор. Ведомый ротор имеет впадины, в которые во время вращения заходят выпуклые элементы ведущего ротора, тем самым осуществляя принудительное движение ведомого ротора. Количество борозд винтов у ведомого ротора различается на единицу от числа выпуклых элементов ведущего ротора. Как правило, это соотношения следующие: 5/6, 6/7, 7/8 и т. д., где цифры указывают количество заходов первичного и вторичного винтов. Плавный ход и вращение винтовой пары обеспечивают подшипники. Винтовая пара расположена в прочном разъемном корпусе из чугуна и стали.

Конструкция винтовых маслосмазываемых компрессоров является неизменной вот уже много десятков лет. Единственными отличиями, которые могут встречаться у компрессоров разных брендов, является размерность компонентов и сочетание винтовой пары с другими узлами агрегата. Такие взаимодействия производители прорабатывают и улучшают, а затем патентуют и используют при изготовлении новых серий компрессорных агрегатов.

2Сравнение конструктивных особенностей винтовой пары в маслосмазываемых винтовых компрессорах Kaeser и Atlas Copco

Рассмотрим на примере конструктивные особенности винтовой пары маслосмазываемых компрессоров брендов Kaeser и Atlas Copco group.

Таблица 1

Разберем,

3Как повышенные габариты роторов увеличивают осевые нагрузки на подшипники

Известно, что в процессе работы в винтовом блоке возникают газовые, осевые и радиальные силы, дающие различной степени нагрузки на роторы, и тем самым влияющие на работу агрегата и срок его эксплуатации. Воздействие этих сил на разные участки винтовой пары наглядно изображено на рисунке:

На рисунке видно, что осевые силы возникают вдоль роторов и направлены непосредственно на подшипники. Газовые силы оказывают влияние на винты, а радиальные нагрузки распределяются поперек роторов и направлены на стенки корпуса.

На данном рисунке видно, что разница в размерах винтов Kaeser и Атлас Копко (схемы 5/6 и 4/6, соответственно) составляет 15%. Соответственно, осевые нагрузки, которые испытывают эти два компрессора, различны. В частности, подшипники винтовой пары Kaeser испытывают повышенные осевые нагрузки ввиду увеличенных размеров, возникающего повышенного давления. Взаимосвязь повышенных размеров и увеличенных нагрузок хорошо видна на схеме.

На примере двух компрессоров это выглядит следующим образом:

Винтовой компрессор Атлас Копко, в котором соотношение винтов 4 к 6, а сами размеры винтов – компактные, испытывает меньшие осевые нагрузки, соответственно работает стабильно и эффективно:

Тогда как при повышенных размерах винтов винтовая пара Kaeser испытывает значительные нагрузки, из-за чего со временем увеличиваются зазоры между винтами, подшипники чаще выходят из строя и оборудование требует преждевременного ремонта:

Выводы: используя схему винтового блока 4/6 и уменьшенные габариты винтов, производителю Atlas Copco удалось решить ряд специфических проблем, присущих винтовым компрессорам. А именно:

1. Исключить некачественный осевой монтаж и положение рабочих винтов;
2. Снизить износ шестерен зубчатой пары, которая соединяет между собой роторы;
3. Минимизировать рабочие зазоры между рабочими винтами;
4. Минимизировать зазоры в радиальных и упорных подшипниках скольжения, в которых вращаются рабочие винты.
5. Снизить осевую нагрузку на подшипники.

Таким образом, срок службы компрессора Атлас Копко увеличивается, и сокращаются расходы на ремонт и электроэнергию.

Следующий вопрос, требующий рассмотрения:

4Из-за чего возникают повышенные осевые нагрузки в винтовых компрессорах?

Повышенные осевые нагрузки в маслосмазываемых винтовых аппаратах возникают за счет:

1. Увеличения габаритов винтовой пары.
2. Из-за разницы давления, которое возникает между стороной впуска и стороной выпуска:

Компании AtlasCopcogroup удалось решить проблему повышенных осевых нагрузок на подшипники за счет:

1. Компенсации осевой нагрузки при использовании схемы в винтах 4/6.
2. Использования более компактных габаритов винтовой пары, чем у других производителей
3. Применения зубчатой передачи. Это позволяет снизить нагрузку на подшипники и на 40% повысить надежность агрегата:

Поэтому компрессоры Атлас Копко выдерживают высокую скорость вращения винта и стабильно работают длительное время.

5Как скорость подшипников влияет на работоспособность винтовой пары?

На стабильную работу винтовой пары большое значение оказывает скорость вращения подшипников, а именно - окружная скорость элемента подшипника (его периферийная скорость):

Если окружная скорость элемента подшипника увеличивается, то срок эксплуатации данного элемента значительно сокращается.

Поэтому:

• Меньший подшипник = меньшая окружная скорость элемента подшипника = увеличение срока эксплуатации
• Для одного конкретного подшипника более высокая частота вращения = более высокая окружная скорость элемента

Компания AtlasCopco в конструкции винтовой пары маслосмазываемых компрессоров использует подшипники намного меньшего размера, чем у конкурентов. Поэтому компрессорные аппараты Атлас Копко:

1. Работают на более высоких оборотах, чем компрессоры с большими подшипниками.
2. Испытывают меньшую нагрузку, ввиду сокращения потерь от трения.
3. Работают с наибольшей эффективностью, чем аппараты конкурентов, так как подшипники работают на меньших оборотах, чем их максимальные допустимые значения

Заключение:

• В маслосмазываемых винтовых компрессорах Atlas Copco используются винтовые элементы, предназначенные для широкого диапазона скоростей (в том числе, для использования с частотным приводом).
• Маслосмазываемые винтовые компрессоры Atlas Copco имеют более долгий срок эксплуатации, чем аналогичное оборудование других брендов, за счет снижения осевых нагрузок на подшипники, уменьшения габаритов винтовой пары и подшипников, использования схемы винтовой пары 4/6.
• Скорость работы винтовой пары компрессоров Atlas Copco составляет в среднем 3000 об/мин, что превышает скорость в аналогичных аппаратах конкурентов.
• Подшипники с меньшими габаритами приводят к более низкой скорости элементов подшипника; это позволяет увеличить срок службы подшипников даже при более высоких оборотах.
• Винтовые элементы Atlas Copco обладают самой высокой энергоэффективностью для своих габаритов.

Если вам у вас остались вопросы по работе масляных винтовых компрессоров или нужна консультация по выбору винтового агрегата, свяжитесь с нашим менеджером одним из способов:

• По телефону: 8 800 555 95 28 (звонок бесплатный)
• По электронной почте: to@novatecs.ru
• Заполнив заявку в нашем онлайн-чате.