ротор винтового компрессора

Если честно, многие до сих пор считают, что главное в винтовом компрессоре — это двигатель или система управления. А на самом деле ротор винтового компрессора — это сердце всей системы. Помню, как на одном из заводов в Перми столкнулись с ситуацией, когда компрессор начал вибрировать через 200 часов работы. Все грешили на подшипники, а оказалось — дисбаланс в паре роторов из-за микротрещины в чугунной отливке.

Почему материал ротора — это не просто 'чугун'

Когда видишь в спецификации 'высокопрочный чугун', кажется, что это стандартная формулировка. Но на практике разница между обычным серым чугуном и ЧШГ (чугуном с шаровидным графитом) колоссальная. Например, для роторов винтовых компрессоров с высокими оборотами мы всегда настаиваем на ЧШГ марки ВЧ 50-60. Особенно если речь идет о длительной работе под нагрузкой.

Кстати, у АО Шаньси Боин Литье как раз есть интересные наработки по литью роторов из высокопрочного чугуна. На их сайте https://www.byzz.ru можно найти технические спецификации, которые близки к реальным производственным требованиям. Не реклама, а констатация — их отливки для промышленных роботов показывают хорошую стабильность геометрии, что критично для роторных пар.

Однажды пришлось заменять ротор на компрессоре Atlas Copco GA-37. Изначально стоял чугунный ротор от европейского производителя, но поставили экспериментальный от китайского литейщика. Через три месяца появился люфт — материал 'поплыл' под термической нагрузкой. Вывод: не всякий ЧШГ одинаково хорош для винтовых пар.

Геометрия профиля — где кроются главные проблемы

Многие технические специалисты зациклены на шумоизоляции компрессора, а на самом деле шум часто возникает из-за отклонений в профиле зубьев. Особенно в зоне зацепления. Стандартные допуски в 0,02 мм — это хорошо для паспорта, но на практике даже 0,05 мм могут вызвать вибрацию на высоких оборотах.

Запомнился случай на нефтебазе под Омском. Компрессор Kaeser работал с перебоями. При разборке обнаружили, что профиль ведущего ротора винтового компрессора имел неравномерный износ. Причина — микросколы на кромках зубьев из-за некачественной механической обработки после литья.

Интересно, что некоторые производители сейчас экспериментируют с асимметричными профилями. Теоретически это должно повысить КПД, но на практике такие роторы чаще выходят из строя при перегрузках. Классическая симметричная форма всё же надежнее, проверено.

Термическая обработка — то, что нельзя увидеть глазом

Здесь часто возникают разночтения между технологами и механиками. Отпуск, нормализация, закалка — если процесс нарушен, ротор может работать год, а может — неделю. Особенно критичен режим охлаждения после термической обработки.

На нашем опыте был печальный пример с партией роторов для компрессоров Remeza. После 800 моточасов появились микротрещины в зоне ступицы. Металлографический анализ показал неравномерность структуры из-за слишком быстрого охлаждения.

Кстати, у АО Шаньси Боин Литье в описании технологических процессов упоминается контроль температуры на всех этапах. Это важный момент, потому что многие литейщики экономят именно на контроле термических режимов.

Балансировка — не то, чем кажется

Принято считать, что динамическая балансировка решает все проблемы. Но на высоких оборотах (выше 6000 об/мин) даже идеально сбалансированный ротор винтового компрессора может вызывать вибрации. Дело в неравномерности плотности материала — это бич чугунных отливок.

Однажды на компрессоре Ingersoll Rand пришлось делать дополнительную балансировку прямо на месте. Статическая балансировка была в норме, но при рабочих оборотах возникала вибрация. Оказалось — ликвация графита в чугуне.

Сейчас некоторые производители переходят на стальные роторы, но для большинства применений качественный чугун всё же предпочтительнее — лучше демпфирование вибраций.

Монтаж и эксплуатация — где теория расходится с практикой

В технической литературе пишут про точность посадки подшипников, но редко упоминают про тепловые зазоры. А ведь при нагреве чугунный ротор расширяется иначе, чем стальной вал. Это особенно критично для компрессоров с переменной частотой вращения.

Помню, как на хлебозаводе в Казани постоянно выходили из строя компрессоры после планового ремонта. Оказалось, механики при сборке не учитывали разницу коэффициентов расширения материалов. Ставили подшипники с натягом, как для стальных валов.

Кстати, в автомобильных отливках от АО Шаньси Боин Литье эта проблема решена за счет специальных припусков на механическую обработку. Жаль, что не все производители компрессорных роторов учитывают такие нюансы.

Перспективы и альтернативы

Сейчас много говорят о композитных материалах, но для серийных винтовых компрессоров это пока экзотика. Чугунные роторы остаются оптимальным решением по совокупности характеристик — прочность, демпфирование, стоимость.

Интересно, что некоторые европейские производители экспериментируют с керамическими покрытиями рабочих поверхностей роторов. Но это удорожает конструкцию в 2-3 раза, а реальный выигрыш в ресурсе не всегда очевиден.

Если говорить о трендах, то главное — не материал, а контроль качества на всех этапах. От химического состава чугуна до финишной обработки. Как показывает практика, даже самая совершенная конструкция ротора винтового компрессора не будет работать долго, если нарушена технология изготовления.