Сжатый газ, полученный в винтовых компрессорах, работающих без подачи масла в цилиндр, не загрязнен маслом, что является в ряде случаев исключительно ценным. С другой стороны, винтовые компрессоры, работающие без подачи масла в цилиндр, имеют большие потери из-за внутренних перетеканий газа, вследствие чего они применяются до степени повышения давления в одной ступени 4. Условный показатель политропы сжатия у этих машин выше показателя адиабаты.
Потери от неплотности особенно отрицательно влияют на работу винтовых вакуум-насосов. Фирма Ингерсол-Ранд (США) при остаточном давлении ниже 465 мм рт. ст. впрыскивает в цилиндр воду в количестве до 12 л на 100 мг всасываемого газа. Благодаря впрыску воды уменьшаются перетечки и повышается производительность и достигается более глубокий вакуум. Остаточное давление, достигаемое в одноступенчатых винтовых вакуум-насосах, равно 200 мм рт. ст., в двухступенчатых – 100 мм рт. ст. При неглубоком вакууме нет необходимости во впрыске воды. Перетечки можно еще более значительно сократить впрыском в рабочее пространство цилиндра вместо воды масла. Поскольку при этом допускается соприкосновение обоих роторов, отпадает необходимость в синхронизирующих шестернях, производство которых, учитывая необходимую высокую точность изготовления, стоит довольно дорого. Увеличение подачи масла выше количества, необходимого для уплотнения и смазки, дает возможность эффективно отводить тепло сжатия от газа. Внутреннее охлаждение маслом и хорошее уплотнение ротора делают экономически целесообразной эксплуатацию компрессоров с впрыском масла при степени повышения давления до 9 (в отдельных случаях даже до 17) в одной ступени.
Компрессоры с внутренним охлаждением впрыском масла проще по конструкции, так как в ряде случаев становится возможным применение одноступенчатой машины взамен двухступенчатой, работающей без впрыска масла. При этом, очевидно, отпадает вторая ступень и промежуточный холодильник. Обильная смазка ротора делает возможным непосредственное соприкосновение зубьев, при этом необходимость в синхронизирующих шестернях отпадает. Эта конструкция, наряду с уменьшением числа наиболее точных деталей (роторы, их подшипники и уплотнения), с другой стороны, требует установки за компрессором маслоотделителя и тонкого фильтра для удаления масла из сжатого газа (рис. 80). Помимо этого, для охлаждения циркулирующего масла требуется масляный холодильник, который устанавливается между маслоотделителем и компрессором. При наличии масла в цилиндре компрессора при высоких скоростях вращения возникают значительные гидравлические потери, которые могут быть больше потерь от перетекания у машин, работающих без подачи масла в цилиндр. С учетом гидравлических потерь окружная скорость ротора компрессора, охлаждаемого маслом, не превышает 30–40 м/сек. Невысокие скорости вращения ротора вследствие такой окружной скорости дают возможность во многих случаях непосредственно соединить двигатель и компрессор и исключить редуктор. Это снижает стоимость изготовления, улучшает надежность компрессорного агрегата и сокращает сроки производства. Низкие скорости вращения вала позволяют использовать подшипники качения. Применение подшипников качения уменьшает трудоемкость изготовления компрессора и сокращает длину вала ротора, что крайне желательно для уменьшения прогиба ротора при нагрузке.
Рис. 80. Схема циркуляции масла в одноступенчатом винтовом компрессоре с внутренним охлаждением со степенью повышения давления 9 и с воздушным охлаждением:
1 – компрессор; 2 – маслоотделитель и сборник масла; 3 – ресивер с фильтром на линии сжатого воздуха;
4 – регулятор скорости вращения, действующий от сжатого воздуха; 5 н 6 – масляные насосы; 7 – масляный холодильник, охлаждаемый воздухом; 8 – масляный фильтр
Относительно невысокие обороты винтовых компрессоров с впрыском масла приводят к уменьшению шума машины.
При охлаждении сжатого газа непосредственно за компрессором (что обеспечивает лучшее отделение масла) газ не должен охлаждаться ниже точки росы, так как сконденсированная влага снижала бы качество масла.
Наиболее выгодным местом распыливания масла (что необходимо для получения большой поверхности соприкосновения масла и газа) является начало соединения обоих пространств между зубьями роторов.
Экономически целесообразно применять компрессоры, работающие без смазки цилиндра при производительностях по всасыванию 3000–36000 куб.м/ч.
Для компрессоров с внутренним охлаждением маслом нижняя граница производительности 200 куб.м/ч, верхняя – 1000–1500 куб.м/ч.
Винтовые компрессоры с внутренним охлаждением применяются в первую очередь в передвижных компрессорных установках, где необходимо иметь агрегат большой производительности, приемлемых габаритов и допустимого веса. Обычный привод передвижных установок – двигатель дизеля наиболее выгоден для винтовых компрессоров с внутренним охлаждением, поскольку допускает регулирование производительности изменением скорости вращения. Такое регулирование не вызывает опасности столь низкого охлаждения машины и масла, которое могло бы привести к конденсации влаги из сжимаемого газа. Невысокая температура воздуха, нагнетаемого этими установками с внутренним охлаждением, увеличивает в значительной степени долговечность шлангов, которыми пневматические инструменты подсоединяются к компрессорной установке.
Винтовые компрессоры с внутренним охлаждением впрыском масла имеют небольшие размеры, что позволяет разместить эти машины непосредственно на картере двигателя. Это упрощает монтаж.
При правильном выборе масла для внутреннего охлаждения замену масла можно проводить через 3500 часов эксплуатации компрессора.