Винтовые и поршневые компрессоры. Сравнение в графиках

Винтовые и поршневые компрессоры являются наиболее востребованными среди компрессоров объемного типа. Сегодня достаточно распространены различные сравнения винтовых и поршневых компрессоров. Авторы часто стремятся показать преимущества винтовых машин, убедить клиента в неэффективности решений с поршневыми машинами. По каким параметрам следует сравнить винтовой и поршневой компрессор и можно ли сравнивать два конструктивно различных компрессора между собой вообще? 

Винтовые компрессоры ограничены по конечному давлению: 1,5 МПа – при одной ступени сжатия и 2,5 МПа – при двух ступенях сжатия. Это обусловлено тем, что в отличие от поршня, на винт невозможно установить уплотнительные (компрессионные) кольца, которые бы свели к минимуму утечки из зоны нагнетания в зону всасывания. Поэтому чем выше давление, тем больше утечек в винтовом компрессоре. При высоком давлении это приводит к тому, что подаваемый объем воздуха становится соизмерим с объемом утечек. Кроме того, увеличение давления приводит к увеличению прогиба винтов. Увеличение их диаметра для исключения прогиба после 2,5 МПа уже нецелесообразно, т.к. это увеличит площадь зазоров и повысит утечки. Это же явление ограничивает и степень сжатия ступени винтового компрессора. Максимальной можно считать степень 16, в то время, как у поршневых компрессоров – 80. 

Большинство винтовых маслозаполненных компрессоров одноступенчатые, т.к. от них не требуется развивают давление до 1,3 МПа. Для получения давления до 2,5 МПа применяется конструкция с двумя ступенями. Безмасляные винтовые компрессоры, как правило, имеют 2 ступени уже при 1,0…1,5 МПа, т.к. температурные условия, в которых находится винтовая пара, более суровые, чем у маслозаполненных, и требуют промежуточного охлаждения сжатого воздуха.  

Винтовые компрессоры позволяют получать значительно большую производительность, чем поршневые, при соизмеримой мощности на валу. Чтобы сохранить мощность приводных двигателей поршневых компрессоров в разумных пределах, производители вынуждены жертвовать их производительностью. Для винтовых компрессоров наоборот: т.к. их конечное давление ограничено, есть возможность увеличить производительность. Также немаловажно, что поршневые компрессоры имеют значительно большую пульсацию давления и подачи. Поэтому если создать поршневой компрессор, подающий 80 м3/мин при давлении 40 МПа, то он представит собой не только сверхмощную, но и взрывоопасную машину.

Уверенное вытеснение винтовыми компрессорами поршневых из областей применения с давлением до 1,6 МПа обусловлено их значительным преимуществом по уровню шума и вибрации. В среднем, мощный промышленный винтовой компрессор имеет уровень шума около 80 дБ, гаражный – около 65…70 дБ (сравним с работой стиральной машины), в то время, как даже у небольшого поршневого компрессора уровень шума находится на уровне 90…100 дБ, что не позволяет находится вблизи него без средств защиты слуха. Это объясняется особенностью конструкции. Винтовой компрессор имеет всего две детали, вращающиеся вокруг своей оси. Их легко динамически сбалансировать. Поршневой компрессор, в отличие от винтового, имеет множество несбалансированных элементов: коленчатый вал с поршнями, совершающими возвратно-поступательное движение, впускные и выпускные клапаны. Движение этих элементов приводит к знакопеременной нагрузке на опоры и корпус, порождающей вибрацию и шум. 

Винтовые компрессоры практически полностью заняли только сферу низкого давления до 1,6 МПа. При более высоком конечном давлении альтернативы поршневым компрессорам практически не существует. Таким образом, сравнение винтового и поршневого компрессора с целью продемонстрировать преимущества не имеет смысла: при низком давлении однозначно эффективнее винтовой, при среднем и высоком – поршневой.