Винтовые компрессоры

Винтовые компрессоры - это основной тип холодильных компрессоров, которые используются в интервале холодопроизводительностей от 60-1200кВт, с различными рабочими веществами.
Существенное отличие и, одновременно, преимущество винтовых компрессоров заключается в способности обеспечивать большие отношения давлений рК/рО при высоких значениях эффективного КПД .
Роторы винтового компрессора представляют собой удлиненные косозубые шестерни специального профиля с малым числом винтовых зубьев.

Каждая пара зубьев образует винтовой канал. Число зубьев может быть различным. Исторически сложилось, что ведущий ротор имеет 4 зуба, а ведомый – 6, что записывают как z1=4, z2=6.

В последние годы некоторые заводы-производители винтовых компрессоров перешли на другие соотношения зубьев.

Винтовой компрессор не имеет всасывающих и нагнетательных клапанов, а всасывающие и нагнетательные окна располагаются в торцовых крышках цилиндра. Рабочим объемом компрессора, где происходит сжатие, служат впадины (полости) между зубьями винтов и стенками корпуса.

Передачу вращения от ведущего ротора к ведомому осуществляет сжимаемый пар рабочего вещества. Частота вращения ведущего ротора составляет от 30 до 200 об/с (с-1). Диаметры роторов одинаковые, поэтому угловая частота вращения ведомого ротора меньше, чем ведущего из-за различного числа зубьев.

Роторы имеют специальный профиль зубьев
- симметричный, образуемый дугами окружностей;
- ассимметричный, образованный дугами эллипса.
От профиля зубьев зависит длина линии контакта между роторами, которая отделяет полость сжатия от полости всасывания.

Перетечки рабочего вещества через зазор между роторами пропорциональны длине линии контакта. Ассимметричный профиль зубьев имеет меньшую длину линии контакта, характеризуется наибольшим объемом впадин ротора и, при прочих равных условиях, обеспечивает большую объемную производительность, поэтому в последние годы получил широкое применение.

Роторы конструируют так, что зуб ротора представляет неполный виток вокруг оси вала. Существует конструктивная характеристика – угол закрутки ротора φ.

Это угол, на который повернут торец зуба со стороны нагнетания по отношению к торцу этого же зуба со стороны всасывания (φ <360˚).
Профили зубьев в винтовых компрессорах бывают :
а) ассиметричный (первый винтовой компрессор, А.Лисхольм, 1935 год),
б) симметричный (А.Лисхольм, 1945 год);
в) ассиметричный (фирма "SABROE", Дания, 1967 год);
г) D-профиль (фирма "SABROE", 1982 год)
По числу основных деталей (роторов) компрессор винтовой бывает: одно- , двух- и многороторным.

В холодильных машинах (тепловых насосах) получили применение одно- и двухроторные конструкции.
К числу основных деталей и узлов винтового компрессора также относят опорные и упорные подшипники, поршень для уравновешивания осевых сил (думмис), золотниковый регулятор производительности, уплотнение ведущего вала (сальник).

Как и все холодильные компрессоры, винтовые компрессоры выпускают в сальниковом и бессальниковом исполнении
Рабочие процессы в винтовом компрессоре представляют: всасывание, перенос, сжатие, нагнетание.

Они осуществляются в герметичных полостях, ограниченных впадиной ротора, корпусом и торцовыми крышками. Во впадинах ведущего и ведомого роторов рабочий процесс одинаковый. Рассмотрим последовательно процессы, происходящие с рабочим веществом в винтовом компрессоре.

При вращении винтов на стороне выхода зубьев из зацепления постепенно, начиная от торца всасывания, освобождаются впадины между зубьями. Эти впадины (называемые также полостями) благодаря создаваемому в них разрежению заполняются паром, поступающим через окно всасывания.

К моменту, когда одна из полостей винта полностью освободится от заполнявшего ее зуба (что произойдет у торца нагнетания) и объем полости достигает максимальной величины, она должна пройти окно всасывания и отсоединиться от камеры всасывания. Процесс всасывания пара в рассматриваемой полости на этом заканчивается. Объем пара, ограниченный поверхностями винтов и корпуса, таким образом уже разобщен с камерой нагнетания.

По мере вращения винтов зуб ведомого винта начинает заполнять одну из впадин ведущего винта, уменьшая ее объем; пар сжимается. Затем полость ведущего винта соединяется с соответствующей полостью ведомого, образуя одну общую полость.

Процесс сжатия продолжается до того момента, когда полость подойдет к кромке окна нагнетания. В этот момент внутреннее сжатие пара заканчивается.
Отношение объема рабочей полости в начале процесса сжатия V1 к объему рабочей полости в конце процесса сжатия V2 называется геометрической степенью сжатия винтового компрессора .Эта величина постоянна и является конструктивной характеристикой компрессора.

Рассмотрим индикаторную диаграмму винтового компрессора
Индикаторной диаграммой винтового компрессора называется зависимость давления в рабочей полости от его объема.

К преимуществам винтовых компрессоров относятся: наличие в конструкции компрессора регулятора производительности, обеспечивающего плавное изменение производительности компрессора от 10 до 100% при изменяющихся тепловых нагрузках в объектах охлаждения; высокая эксплуатационная надежность и энергетическая эффективность; работа на любых рабочих веществах и их смесях без изменения конструкции; работа по циклу Ворхиса; полная уравновешенность; отсутствие клапанов; малое количество деталей.
К недостаткам винтового компрессора относят технологическую сложность изготовления и громоздкую систему смазки (для маслозаполненных компрессоров).