Изобретателем винтовых компрессоров является шведский ученый А.Лисхольм.
Винтовые компрессоры – это двухроторные компрессоры с внутренним сжатием. Оба ротора этого компрессора имеют форму винта с большим углом подъема (рис. 61) и, как правило, неодинаковое число зубьев у каждого ротора. Ведущий ротор с тремя или четырьмя зубьями совершает от 1 300 до 30 000 об/мин (скорость вращения обратно пропорциональна величине машины). Вал этого ротора имеет или непосредственный привод от турбины или через повышающий редуктор приводится от электродвигателя либо от двигателя внутреннего сгорания. С ведомым ротором, который имеет 4–6 впадин, главный ротор соединен синхронизирующей парой шестерен, которая передает только 5–10% мощности компрессора. Вход газа в ротор и его выход из ротора расположены на противоположных сторонах машины по диагонали. У одноступенчатых винтовых компрессоров хорошие экономические показатели работы машины достигаются при степени повышения давления до 4, у двухступенчатых – до 11. У двухступенчатых винтовых вакуум-насосов достигается вакуум до 97%.
Рис. 61. Винтовой компрессор:
1 – ведущий ротор; 2 – ведомый ротор; 3 – синхронизирующие шестерни; 4 – упорный подшипник;
5 – радиальный подшипник; 6 – масляное уплотнение; 7 – графитовое уплотнение; 8 – вход охлаждающего масла в ротор; 9 – редуктор; 10 – торсионный вал; 11 – подшипник скольжения шестерни; 12 – подшипник качения зубчатого колеса; 13 – масляный насос с двигателем
Винтовые компрессоры соединяют в себе достоинства как объемных компрессоров, так и динамических и почти свободны от их недостатков. Винтовые компрессоры имеют исключительно малый вес, небольшие размеры, и для них требуется небольшой фундамент.
Очень небольшие размеры и малый вес позволяют поставлять собранные агрегаты винтовых компрессоров с минимальными монтажными работами на месте установки. Большим достоинством винтовых компрессоров является возможность нагнетания газа без примесей масла. Так как в винтовых компрессорах с синхронизирующими шестернями между роторами и между роторами и стенкой цилиндра все время имеется небольшой зазор и соприкосновения движущихся частей с неподвижными не происходит, то подача масла в цилиндр не обязательна. Поэтому эти компрессоры хорошо зарекомендовали себя при сжатии газов и паров, разлагающих либо растворяющих масло. При эксплуатации компрессорных станций, оснащенных винтовыми компрессорами, работающими без смазки цилиндра, не возникает опасности вспышки и взрыва масла в трубопроводах или в ресивере.
Возможность эксплуатации винтовых компрессоров без смазки цилиндра делает их пригодными для сжатия горячих газов. Температура всасывания, не угрожающая нормальной работе компрессора, может достигать 100°С, а температура нагнетания – 425°С. С другой стороны, винтовые компрессоры пригодны и для холодильных установок с самыми низкими температурами кипения как вследствие того, что поверхности теплопередачи установок со стороны холодильного агента не покрываются масляной пленкой, так и вследствие отсутствия всасывающих клапанов, что дает возможность работать при очень низких давлениях кипения (до 0,002 Мн/кв.м).
На долговечность эксплуатации винтовых компрессоров не влияет значительное содержание пыли при наличии капельной жидкости в сжатом газе, наоборот – в этих случаях уменьшаются потерн от неплотностей. Винтовые компрессоры по сравнению с центробежными имеют ряд преимуществ: отсутствие помпажной зоны; степень повышения давления газа у винтовых компрессоров практически не зависит от скорости вращения роторов; не требуется специальных высококачественных материалов, применяемых для колес лопаточных машин; винтовые компрессоры имеют высокий КПД и при малой производительности.
В винтовых компрессорах газ не достигает звуковых скоростей, а скорость вращения роторов значительно меньше критической. Трудоемкость изготовления винтовых компрессоров меньше, чем центробежных.
В отличие от компрессоров с возвратно-поступательным движением поршня винтовые компрессоры не имеют клапанов. Газ нагнетается равномерно и поэтому не требуется ресивера для гашения пульсации газа в трубопроводах. Расход масла в винтовых компрессорах незначительный, износа роторов нет и поэтому за длительный период эксплуатации их энергетические показатели не ухудшаются. Во избежание задиров в подшипниках или роторах мри эксплуатации для винтовых машин предусматривается блокировка.
Недостатками винтовых компрессоров являются: невозможность менять степень повышения давления в значительных пределах; высокая скорость вращения, поэтому для малых и средних машин требуется повышающий редуктор между двигателем и компрессором; высокая точность изготовления компрессора и редуктора. Недостатком является также вредный для здоровья шум, издаваемый винтовыми компрессорами, в первую очередь, из-за колебания давлений на всасывании и нагнетании, поэтому эти компрессоры снабжаются мощными глушителями на всасывающем и нагнетательном патрубках. Кроме того, требуется проведение многих других шумоизоляционных работ. Даже при обильном охлаждении у винтовых компрессоров показатель политропы сжатия выше показателя адиабаты главным образом вследствие того, что основными потерями в этих машинах являются потери от неплотности. При перетекании горячего газа и нагреве от горячих стенок температура газа повышается и увеличивается показатель политроны.