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          空氣壓縮機特性及合理選型探討

            【壓縮機網前言

            面對市場上各式各樣不同功效的壓縮機,很多用戶在選型方面無法有一個確切的認知,多數時候是因為對不同壓縮機的功效和性能不能完全了解,而導致無法合理選型,無法選擇可靠、高效、節能的壓縮機型,本文即對此進行分析和解讀。

            空壓機常見分類及機型特性

            根據用戶的具體情況和實際工藝要求,需選用適合生產需要的空氣壓縮機,既不宜貪大求洋盲目選擇優質高價的機型而多花費不必要的支出,也不能為了節省開支而一味選取故障頻發的劣質機型充數,畢竟空氣壓縮機是工業生產中的重要動力設備。現將常用的幾種壓縮機型的優缺點和其適用范圍做一個簡單的介紹,希望能為用戶在選擇壓縮機的時候有所參考。

            螺桿式空氣壓縮機

            螺桿壓縮機是回轉容積式壓縮機的一種,在其中有兩個帶有螺旋型齒輪的轉子相互嚙合,從而將氣體壓縮并排出。

            螺桿空氣壓縮機又分為單螺桿和雙螺桿;按壓縮過程中是否有潤滑油參與分為噴油和無油螺桿空壓機,無油壓縮機又分為干式和噴水兩種。螺桿空壓機總的來說結構簡單,易損件少,排氣溫度低,壓比大,尤其不怕氣體中帶液、帶塵壓縮,噴油螺桿式壓縮機的出現,使動力工藝和制冷用的螺桿式壓縮機(包括螺桿式空壓機、螺桿式制冷機等)在國內外得到了飛速的發展。

            工作原理:螺桿式空氣壓縮機是利用陰陽螺桿轉子的相互嚙合使齒間容積不斷減小、氣體的壓力不斷提高,從而連續地產生壓縮空氣。螺桿式空氣壓縮機也屬于容積式壓縮機,但由于螺桿機型的工作原理,決定了相對于活塞式空氣壓縮機而言,螺桿式空氣壓縮機供氣穩定,一般不需要配備儲氣罐

            主要優點:1、可靠性高:螺桿空壓機零部件少,易損件少,因而它運轉可靠,壽命長。2、操作維護方便:操作人員不必經過長時間的專業培訓,可實現無人值守運轉,操作相對簡單,可按需要排氣量供氣。3、動力平衡性好:螺桿空壓機沒有不平衡慣性力,機器可以平穩地高速工作,可實現無基礎運轉,特別適合用做移動式壓縮機,體積小,重量輕,占地面積少。4、適應性強:螺桿空壓機具有強制輸氣的特點,排氣量幾乎不受排氣壓力的影響,運轉平穩、振動小,排氣穩定,在寬廣的范圍內能保持較高的效率。5、多相混輸:螺桿空壓機的轉子齒面間實際上留有間隙,因而能耐液體沖擊,可壓送含液氣體、含粉塵氣體、易聚合氣體等。6、單位排氣量體積小,節省占地面積。雖說螺桿壓縮機具有以上優點,但是要保持螺桿壓縮機組工作運行正常,安全可靠,工作壽命長,還必須制定詳細的維護計劃。最好執行定人操作、定期維護、定期檢查保養,使壓縮機保持清潔、無油、無污垢。只有全面的掌握維護常識和熟悉故障的解決方法,才能保證壓縮機的平穩運行。

            主要缺點:1、由于其具有較強的平衡性,能高速運轉,因此功耗相對高。2、長期運轉后螺桿間隙會變大,定期修復或更換費用較大。

            應用范圍:螺桿壓縮機具有可靠性高、維護方便、適應性強等獨特的優點,隨著對其研究的不斷深化和設計技術的持續提高,螺桿壓縮機的性能將會得到進一步的改善,其應用領域越來越廣泛。除傳統的應用場合外,螺桿壓縮機在燃料、電池等新領域的應用將迅速擴大。同時,由于螺桿式壓縮機工作可靠性的不斷提高,使之在一定范圍內已逐漸替代往復式壓縮機,并占據了離心式壓縮機的部分市場。

            發展趨勢:在石化領域,目前國內離心壓縮機在高技術和特殊產品等方面還不能完全滿足國內的需要,在技術水平、質量、成套性等方面與國外還有一些差距。但隨著我國石化生產規模的不斷擴大,離心壓縮機在大型化方面不斷攻克新的課題,國內在設計制造這些大型氣體壓縮機已經有了校成熟的經驗。同時,由于受到單螺桿壓縮機的挑戰,部分雙螺桿空氣壓縮機市場被單螺桿壓縮機擠占,但國內雙螺桿工藝壓縮機仍將是一個發展方向。

            離心式空氣壓縮機

            離心式壓縮機是一種動力式壓縮機,在其中有一個或多個旋轉葉輪(葉片通常在側面)使氣體加速,主氣流是徑向的。動力式壓縮機又分為噴射式和透平式壓縮機,離心式壓縮機就屬于透平式壓縮機組。在離心式壓縮機中,高速旋轉的葉輪給予氣體的離心力作用,以及在擴壓通道中給予氣體的擴壓作用,使氣體壓力得到提高。

            工作原理:離心式空氣壓縮機是由葉輪帶動氣體做高速旋轉,使氣體產生離心力,由于氣體在葉輪里的擴壓流動,從而使氣體通過葉輪后的流速和壓力得到提高,連續地生產出壓縮空氣。離心式空氣壓縮機屬于速度式壓縮機,在用氣負荷穩定時離心式空氣壓縮機工作穩定、可靠。

            主要優點:1、流量大、功率大、利于節能。透平機械流經葉輪的介質,一直是連續不斷的,氣缸的容積較大,葉輪能夠高速旋轉,故透平機械的排氣流量和發生的功率可大大增加。所以離心壓縮機排氣均勻,氣流無脈沖。2、結構緊湊、密封效果好、泄露現象少,因尺寸小,故而機組占地面積及重量都比同一氣量的活塞式壓縮機小得多。3、運轉平穩,操作可靠,因此它的運轉率高,有平坦的性能曲線,操作范圍較廣,維護費用及人員少。4、離心式壓縮機的壓縮過程可以做到絕對無油,機內不需要潤滑,這對許多領域的生產是很重要的。5、易損件少、運轉周期長,運動零件少而簡單,且制造精度低,所以其制造費用相對低且可靠性高,易于實現自動化和大型化。

            主要缺點:1、離心式壓縮機目前還不適用于氣量太小及壓比過高的場合。2、離心式壓縮機的穩定工況區較窄,其氣量調節雖較方便,但經濟性較差。氣流速度大,流道內的零部件有較大的摩擦損失。3、離心式壓縮機的效率一般仍低于活塞式壓縮機。操作的適應性差,氣體的性質對操作性能有較大影響。在機組開車、停車、運行中,負荷變化大。4、離心式壓縮機轉速較高,有可能產生機械振動,在運行特性方面,會有喘振現象,對機器的危害極大。5、操作相對復雜,齒輪箱噪聲大,設備技術含量高,維護費用較大。

            應用范圍:近些年,化學工業和大型化工廠的陸續建立,使得離心式壓縮機成為了壓縮和輸送化工生產中各種氣體的關鍵機器,占有極其重要的地位。隨著氣體動力學研究的發展,使離心壓縮機的效率不斷提高,又由于高壓密封,小流量窄葉輪的加工,多油楔軸承等技術關鍵的研制成功,解決了離心壓縮機向高壓力,寬流量范圍發展的一系列問題,使離心式壓縮機的應用范圍大為擴展,以致在很多場合可取代往復壓縮機,而大大地擴大了應用范圍。有些化工基礎原料,如丙烯、乙烯、丁二烯、苯等可加工成塑料、纖維、橡膠等重要化工產品,在生產這種基礎原料的石油化工廠中,離心式壓縮機也占有重要地位,是關鍵設備之一。除此之外,其它如石油精煉,制冷等行業中,離心式壓縮機也是極為關鍵的設備。

            發展趨勢:目前離心式壓縮機可用來壓縮和輸送化工生產中的各種氣體,并且它的排氣壓力比早期有了很大的提高,其最小氣量也有所降低,這就相應的擴大了離心式壓縮機的應用范圍。離心式壓縮機需要向大容量發展,以滿足我國石化生產規模不斷擴大的要求,同時隨著新技術的發展、新型氣體密封、磁力軸承和無潤滑聯軸器的出現,離心壓縮機的發展趨勢主要表現為:不斷開發高壓和小流量產品;進一步研究三元流動理論,將其應用到葉輪和葉片擴壓器等元件的設計中,以期達到高效機組;低噪聲化,采用噪聲防護以改善操作環境。尤其是隨著化工和石油化工生產的發展,生產規模不斷地增大,離心式壓縮機憑借其優越的性能,在諸多工業領域的應用將愈來愈為廣泛,發展趨勢良好。

            活塞式壓縮機

            活塞式壓縮機是一種最常見的容積式壓縮機,它由曲柄連桿機構將驅動機的旋轉運動變為活塞的往復運動。活塞與氣缸共同組成壓縮機工作腔,依靠活塞在氣缸內的往復運動,并借助進、排氣的自動開閉,使氣體周期性地進入氣缸工作腔,進行壓縮和排出。活塞式壓縮機主要由三大部分組成;運動機構(曲軸、軸承、連桿、十字頭、皮帶輪或聯軸器等)、工作機構(氣缸、活塞、氣等)與機身。此外還有3個輔助系統:即潤滑系統、冷卻系統及調節系統。運動機構是一種曲柄連桿機構,把曲軸的旋轉運動變為十字頭的往復運動。機身用來支承和安裝整個運動機構和工作機構。工作機構是實現壓縮機工作原理的主要部件。

            工作原理:在氣壓傳動中,通常采用容積型活塞式空氣壓縮機。活塞式空氣壓縮機是利用曲軸帶動活塞的往復運動使氣缸腔內的氣體受到壓縮而不斷地產生壓縮空氣。活塞式空氣壓縮機屬于容積式壓縮機,該機型受工作原理、特性所限,為了供氣穩定,一般活塞式空氣壓縮機都配備有儲氣罐

            主要優點:1、適用壓力范圍廣。因依靠容積變化的原理工作,因而不論其流量大小,都能達到很高的工作壓力。目前已制成低、中、高、超高壓各種壓縮機,其中工業上超高壓壓縮機的工作壓力可達350MPa(3500kgf/cm2)。2、設備價格低、初投資少、操作方便、使用壽命長。3、因壓縮過程屬封閉過程,所以熱效率較高。4、適應性強,排氣量范圍廣,且受排氣壓力變化的影響較小,當介質重度改變時,其容積排量和排氣壓力的變化也較小。

            主要缺點:1、慣性力大,轉速不能太高,故而機器較笨重,大排量時尤甚。2、結構復雜,易損件多,維修工作量大、維護費用相對較高。3、排氣不連續,氣流壓力脈動,易產生氣柱振動。4、運行時振動和噪聲較大,設備安裝基礎要求高。由于活塞式機械僅能間斷地進氣、排氣,氣缸容積較小,活塞往復運動的速度不能太快,因而活塞機械的排氣量和發出的功率要受到很大的限制。

            適用范圍:活塞式壓縮機屬于一種往復式壓縮機,壓力等級屬于中壓、高壓、超高壓等級,適合壓力較高場合適用,流量為中、小流量范圍主要適用于中、小排量,壓力較高場合。

            發展趨勢:活塞式壓縮機是傳統領域應用最廣泛的壓縮機,但是隨著其它回轉壓縮機等產品的崛起,其在很多領域,比如制冷的市場正逐步縮小。國內石化領域的重點乙烯建設工程以及近年來在煤炭領域的大力整頓,都將帶動活塞式壓縮機技術及其行業的發展。活塞式壓縮機主要是向大容量、高壓力、低噪聲、高效率、高可靠性等方向發展;不斷開發變工況條件下運行的新型氣閥,提高氣閥壽命;在產品設計上,應用熱力學、動力學理論,通過綜合模擬預測壓縮機在實際工況下的性能;強化壓縮機的機電一體化,采用計算自動控制,實現優化節能運行和聯機運行。為發揚優點,克服缺點,在結構參數上趨向高轉速、短行程,使結構緊湊。同時延長氣閥、密封元件等易損件的壽命,以提高運轉率。隨著優化設計理論和計算機技術的發展,為合理選取設計參數,提高效益開創了新的前景。

            滑片式壓縮機

            滑片式壓縮機屬于回轉式壓縮機的一種,其軸向滑片在同圓柱缸體偏心的轉子上作徑向滑動,截留于滑片之間的空氣被壓縮后排出。回轉壓縮機中有兩種情況:一種是滑片裝在缸體上的槽內,因滑片不隨轉子做旋轉運動,稱之為固定滑(葉)片壓縮機,即滾動活塞壓縮機;另一種是滑片裝在轉子的槽內,隨轉子做旋轉運動,稱之為旋轉滑(葉)片壓縮機,簡稱滑片或旋葉、旋片壓縮機。

            工作原理:滑片壓縮機主要由機體(即氣缸)轉子即滑片等三部分組成。轉子外表面與氣缸內表呈圓形,轉子偏心的安裝在氣缸內,使二者相切,在氣缸內壁與轉子外表面間形成一個月牙形空間。轉子上開有若干滑片槽,每個槽中裝有自由滑動的滑片,轉子旋轉時,滑片受離心力的作用從槽中甩出,其端部緊貼在氣缸內表面上,把月牙形的空間分割成若干扇形小室,稱之為基元。隨著轉子的連續轉動,基元容積從小到大周而復始在變化。

            主要優點:1、結構簡單、零部件少,加工與裝配容易實現,維修方便。2、運轉平穩、噪聲低、振動小、啟動沖擊小。3、結構緊湊、體積小、重量輕,便于狹窄空間安裝。4、輸氣量大、流量均勻、脈動性小,無需安裝大型儲氣器。

            主要缺點:1、滑片與轉子、氣缸間機械磨擦較嚴重,磨損和能量損失較大。2、由于磨損較大,因此使用壽命和效率較低。

            應用范圍:滑片式壓縮機主要作為空氣壓縮機使用,排氣量一般在0.3~40m3/min,市場占有率較低。按其之間的不同潤滑方式可分為滴油、噴油、無油三類。滑片壓縮機被廣泛的應用于各種壓縮空氣裝置、小型制冷空調裝置和汽車空調系統中。在化學工業和食品工業中,無油機器可用來輸送或加壓各種氣體,還可作為固體顆粒物料輸送的氣源。滑片機械還可作為真空使用。

            發展趨勢:旋葉式壓縮機是滑片式壓縮機的一種改型結構,由于它的起動性能較好、壓縮過程力矩變化亦不大,目前主要用于微型轎車和一些排量較小的工具車的空調系統。高速下的動力特性是這種壓縮機的主要技術研究方向。

            空壓機選型原則及注意事項

            對于市場上常見的幾種壓縮機,在選型時,需要做到以下幾點:

            1、需要“以需定型”。結合客戶的需要,找到最佳的運行經濟性,將來擴大規模均需要作出大量的決策。決策的基礎是壓縮空氣的用途或使用流程,著眼點計算空氣需求量,儲備量和將來擴展的余地,而壓力是一決定因素,對能耗有很大影響,不同的壓力范圍用不同的壓縮機有時可能是經濟性。

            2、需要注意工作壓力的計算。壓縮空氣的設備決定了必需的工作壓力取決于壓縮機,設備、管路,最高的工作壓力決定必需的裝置壓力,而耗氣地點用減壓閥來滿足設備需求,在極端情況下,配一臺單獨空壓機很不經濟。工作壓力:最終用戶+末級過濾+管路系統+塵粒過濾+干燥機+壓縮機。調節幅度壓力越高,耗電愈大,須考慮配管尺寸大小及長度所造成的壓力降。列出各種機種之使用壓力,如使用壓力相差太多,則需購置不同壓力之空壓機,不可降低壓力使用,以增加費用支出。

            3、空氣需用量計算。壓縮空氣是將電能轉化為空氣勢能,并借助壓縮空氣的膨脹對外做功的一種清潔的動力,但是它對電能的消耗也是非常大的。一般說來,將1m3的空氣壓縮至0.7MPa所需消耗的電能約為7kW。據統計,空壓站對電能的消耗約占整個企業電能總消耗的20%。這意味著節約壓縮空氣并合理利用壓縮空氣將為您帶來新的利潤空間!空氣需用量:將全部工具+機器設備+相關流程空氣消耗量+泄漏+磨損+未來用氣+使用系數(采用標準值20%)。

            4、壓縮機的數量與規格的確定。根據所需的靈活程度+控制系統+能量的效率(1)、選用一臺大機還是選用多臺小機?生產中停機事件的費用,電力的利用率,載(荷)的變化情況,壓縮空氣系統的成本,可利用樓面的空間。由于費用的原因,一個裝置中只用一臺壓縮機供應全部空氣,那么這個系統可以準備一個移動式壓縮機的快速接口供使用時相接,可以用一臺舊的空壓機作為不昂貴的備用動力提供儲備氣源。(2)、穩定性(一直非常重要的問題);(3)、能耗支出①管路泄漏;②用氣需求每時每刻不斷的波動(這是最易被忽視的,也最為嚴重)③單機的輸出效率(選擇最好范圍的輸出效率機型)(4)、零配件的通用化多臺110kW機型的優化組合可能是40-160m3/min,用氣范圍的最好選擇。(5)、運行分析應在一個星期內觀察,測量能量回收有90%以上回收。工作壓力在某段時間內,經常下降控制系統可以參照生產的改變作出修改,改進空壓機的使用另一因素是檢查是否漏氣。注意耗能比值,以求省電:實際排氣量/實耗馬達功率,值越大越耗電。

            5、管路過濾器的選型通常情況下只需根據空氣壓縮機的流量,選擇處理量等于或略大于空氣壓縮機流量的過濾器即可。管路過濾器有不同的精度,對精度的選擇,取決于企業對空氣品質的要求,當然,特殊情況也可以通過增加活性碳過濾器來進行處理。

            6、儲氣罐的選型通常簡便的方法是空壓機出氣量(m3/min為單位)的15-30%。若是想加以計算,則可以通過相關公式。多數公式中V=空氣桶體積;Q=空壓機空量(m3/min);8=常數(一般用于7bar時);△P=壓差(bar,通常至少設定于0.6-1bar)另外,在選型時,還要針對客戶需要,確定工作壓力,既可滿足了客戶需要,又可節省投入成本。

            結論

            隨著我國經濟的發展,我國的壓縮機設計制造技術也有了突飛猛進的發展,在某些方面的技術水平也已經達到國際先進水平,但在一些方面與國際先進水平還存在一定差距。希望壓縮機用戶在選型上能夠切合實際,結合企業需求,選擇經濟、可靠、高效、環保的壓縮機,避免因選型錯誤導致的機器維修、成本加大等問題的出現。

          標簽: 空氣壓縮機選型特性  

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