Важный принцип работы винтового компрессора

Основными рабочими элементами винтового компрессора являются пара взаимозацепляющихся спиральных роторов — мужского и женского — внутри цилиндра. Оба ротора имеют несколько вогнутых зубьев и вращаются на высоких скоростях в противоположных направлениях во время работы. Зазор между роторами, а также между роторами и внутренней стенкой корпуса составляет всего 5–10 тысячных дюйма (0,05–0,10 миллиметра), что обеспечивает герметичность процесса сжатия газа.

Что касается приводной системы, основной ротор (также известный как мужской или выпуклый ротор) обычно приводится в движение электродвигателем (хотя в некоторых применениях существуют варианты с двигателем внутреннего сгорания). Передача мощности на вторичный ротор (также известный как женский или вогнутый ротор) осуществляется в основном двумя способами: гибкий привод посредством масляной пленки, образованной за счет впрыска масла, или жесткая передача через синхронизирующие шестерни, расположенные на концах обоих роторов. Оба метода привода обеспечивают отсутствие прямого металлического контакта во время работы роторов (в теории), что эффективно снижает износ и повышает эксплуатационную стабильность.

Объём нагнетания (расход) и давление на выходе компрессора в основном определяются конструктивными параметрами ротора: более длинные роторы усиливают способность создания давления в ходе такта сжатия, что приводит к более высокому давлению на выходе; увеличенный диаметр роторов повышает объём газа за каждый цикл впуска, обеспечивая больший объём нагнетания.

Рабочий цикл следует последовательности «всасывание — сжатие — выхлоп», подробно описанной следующим образом: когда полость зуба винтового ротора поворачивается к положению впускного отверстия, её объём постепенно увеличивается. Окружающий газ всасывается за счёт перепада давления и заполняет полость. По мере продолжения вращения ротора заполненная газом полость зуба герметизируется стенкой корпуса, образуя независимую камеру сжатия. В этот момент в камеру под высоким давлением впрыскивается смазочное масло, одновременно выполняющее три функции: уплотнения, охлаждения и смазки. Непрерывное вращение ротора приводит к постоянному уменьшению объёма камеры сжатия, постепенно сжимая масляно-газовую смесь (смесь смазочного масла и газа) внутри камеры, что вызывает постоянное повышение давления. Когда камера сжатия поворачивается до совмещения с выпускным отверстием, высоконапорная масляно-газовая смесь выбрасывается из компрессора под давлением, завершая полный рабочий цикл.

Стабильная работа роторов обеспечивается системой подшипников с пониженным трением: подшипники фиксируются и устанавливаются с помощью торцевых крышек вблизи концов вала. На стороне всасывания, как правило, используются роликовые подшипники, воспринимающие в основном радиальные нагрузки; на стороне нагнетания установлены пара противоположно направленных конических роликовых подшипников. Эти подшипники выполняют двойную функцию: работают как упорные подшипники, компенсируя осевое усилие, возникающее при работе роторов, а также воспринимают радиальные нагрузки. Одновременно они обеспечивают минимальный осевой зазор, необходимый для перемещения роторов, гарантируя точную работу в заданных пределах.

Примечательно, что по мере непрерывного вращения ротора каждая пара зацепляющихся зубьев последовательно повторяет процесс «всасывание—сжатие—выпуск». Рабочие циклы нескольких зубьев синхронизируются и непрерывно чередуются, что позволяет компрессору обеспечивать постоянный и стабильный выход газа.