Подробное объяснение принципов работы основных систем винтовых воздушных компрессоров. 

(1) В процессе впуска

по мере вращения ротора, один зуб мужского ротора непрерывно выходит из одного паза зуба женского ротора, постепенно расширяя межзубной объем и соединяясь с впускным отверстием. Газ поступает в межзубной объем через впускное отверстие до тех пор, пока межзубной объем не достигнет своего максимального значения, после чего он отсоединяется от впускного отверстия. Затем межзубной объем герметизируется совместным действием зуба и внутренней оболочки, завершая процесс впуска. Стоит отметить, что в это время межзубные объемы мужского и женского роторов не соединены друг с другом.

(2) В процессе сжатия

ротор продолжает вращаться. До соединения межзубных объемов мужского и женского роторов газ в межзубном объеме мужского ротора сначала сжимается за счет проникновения зубьев женского ротора. После достижения определенного угла межзубные объемы мужского и женского роторов соединяются, образуя V-образную пару межзубных объемов (основной объем). По мере того, как два зубца ротора сжимаются друг с другом, основной объем постепенно выталкивается, а объем постепенно уменьшается, реализуя процесс сжатия газа. Процесс сжатия продолжается до тех пор, пока основной объем не соединится с выпускным отверстием.

(3) Во время процесса выпуска

По мере вращения ротора объем основного узла непрерывно уменьшается, направляя сжатый газ в выпускную трубу. Этот процесс продолжается до тех пор, пока объем не достигнет своего минимума.
При непрерывном вращении ротора вышеупомянутые процессы впуска, сжатия и выпуска циклически повторяются, при этом каждый основной узел работает по очереди, составляя рабочий цикл винтового холодильного компрессора.
Из анализа вышеописанного процесса видно, что когда два ротора вращаются в сторону, где они соприкасаются, то есть в сторону, где выпуклые и вогнутые зубья встречаются и зацепляются друг с другом, газ сжимается и образует более высокое давление, которое называется зоной высокого давления; наоборот, когда винт вращается в сторону, где они расходятся, то есть в сторону, где выпуклые и вогнутые зубья расходятся, объем между зубьями расширяется и образует более низкое давление, которое называется зоной низкого давления. Эти две области разделены линией контакта между корпусом и роторами, а осевую плоскость двух роторов можно приблизительно рассматривать как границу раздела зон высокого и низкого давления. Кроме того, спиральный канал, образованный линией зацепления между мужским и женским роторами, заставляет газ в основном объеме агрегата двигаться по спирали от впускного конца к выпускному концу при сжатии.

Винтовые компрессоры, как разновидность роторных компрессоров, конструктивно обладают характеристиками центробежных компрессоров, но по принципу работы относятся к категории объемных компрессоров.

Недостатки:

1. Для механической обработки пространственно-криволинейных поверхностей винтовых роторов требуется высокая точность;

2. Вследствие невозможности линий зацепления роторов обеспечить эффективное межступенчатое уплотнение — а также ограничений, обусловленных такими факторами, как жесткость роторов, — винтовые компрессоры в настоящее время не способны создавать сверхвысокое конечное давление нагнетания;

3. Периодический высокоскоростной поток рабочей среды через всасывающие и нагнетательные окна, в сочетании с утечками через зазоры, приводит к возникновению значительного шума при работе компрессора; следовательно, требуются меры по снижению шума и звукоизоляции;

4. В силу вышеупомянутых характеристик винтовые компрессоры, как правило, применяются в следующих условиях эксплуатации:

1. При не слишком высоких объемных расходах рабочей среды;

2. В случаях, когда требуется стабильная и продолжительная работа оборудования;

3. При относительно низком давлении нагнетания.

Корпус:

Состоящий из основной части (цилиндра), передней (всасывающей) и задней (нагнетательной) торцевых крышек, корпус представляет собой главный конструктивный элемент компрессора. Основная часть корпуса служит центральным узлом, объединяющим все остальные компоненты; она обеспечивает точные посадочные места для этих деталей, гарантируя корректное зацепление ведущего и ведомого роторов внутри цилиндра и их надежную работу. Профиль поперечного сечения основной части корпуса имеет форму знака бесконечности (∞), что в точности соответствует наружным цилиндрическим поверхностям двух зацепляющихся роторов, позволяя им плотно и точно размещаться внутри корпуса. На внутренней стенке основной части корпуса расположены радиальные всасывающие окна, спроектированные таким образом, чтобы согласовываться с углами поворота ротора, обеспечивая тем самым плавный и эффективный процесс всасывания рабочей среды по мере вращения роторов.

Передняя и задняя торцевые крышки представляют собой уплотнительные элементы, расположенные на переднем и заднем торцах основной части корпуса. Помимо обеспечения торцевого уплотнения основной части корпуса, их более важная функция заключается в создании точных посадочных мест для ведущего и ведомого роторов, а также для подшипников, на которых они опираются.

Роторы:

Это основные компоненты, ответственные за осуществление процесса сжатия с переменным объемом; они состоят из ведущего (мужского) и ведомого (женского) роторов. Профили зубьев роторов обрабатываются на высокоточных специализированных станках с использованием специального режущего инструмента, что делает их одними из наиболее ответственных деталей компрессора. Геометрия профиля ротора, как правило, описывается односторонней асимметричной кривой типа «циклоида-дуга окружности». С точки зрения конструкции, ведущий (мужской) и ведомый (женский) роторы могут быть скомпонованы двумя основными способами:

1. Ведущий ротор напрямую соединен с электродвигателем, выполняя функцию *приводного ротора* (драйвера); он передает крутящий момент и, посредством зацепления, приводит во вращение ведомый ротор (собственно *ведомый элемент*).

2. Ведущий и ведомый роторы передают крутящий момент опосредованно: каждый из роторов зацепляется через собственную ведомую шестерню с общей ведущей шестерней, приводимой в движение электродвигателем. Подшипники:

Подшипники — это компоненты, которые обеспечивают опору для ведущего и ведомого роторов, гарантируя их высокоскоростное вращение. Как правило, со стороны электродвигателя для обеспечения структурной поддержки используется роликовый подшипник. Кроме того, в процессе вращения и сжатия газа роторы создают осевое усилие; для компенсации этой осевой нагрузки на противоположном конце роторов устанавливается роликовый подшипник с косым контактом. Этот подшипник служит одновременно для противодействия осевым силам, возникающим при вращении, и для восприятия радиальных нагрузок.

Подавляющее большинство винтовых компрессоров используют систему смазки с впрыском масла. Смазочное масло смешивается с рабочей средой перед ее поступлением в компрессор, где оно обеспечивает смазку и герметизацию рабочих элементов по мере прохождения через них рабочей среды. Преимущества данного метода заключаются в следующем:

1) Снижение температуры на выходе из компрессора.

2) Минимизация утечек рабочей среды и повышение эффективности герметизации.

3) Улучшение условий смазки компонентов, что продлевает срок их службы.

4) Обеспечение акустического поглощения и демпфирования, что эффективно снижает уровень шума.

5) Вымывание механических примесей, что уменьшает износ деталей. Однако из-за значительного объема впрыскиваемого масла требуется установка специализированной системы смазки; кроме того, на выходе из компрессора необходим маслоотделитель. Эти требования увеличивают как габариты установки, так и общую сложность конструкции агрегата. Более того, данный метод неприемлем для работы с такими рабочими средами, загрязнение которых строго запрещено. Следовательно, некоторые винтовые компрессоры спроектированы для работы с внутренней смазкой, не требующей использования масла (без масляного впрыска).

Компрессоры, использующие безмасляную смазку, предъявляют жесткие требования к величине зазора в зацеплении между ведущим и ведомым роторами, к жесткости и массе самих роторов, а также к общей точности изготовления всего агрегата.

Система привода:

Соединение между основным блоком и электродвигателем — жесткое

Тип передачи — зубчатая (редукторная)