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②热力效率较高。
功率消耗较其它型式压缩机低。
③对介质及排气量的适应性强。
可用于较大的排气量范围,且排气量受排气压力变化的影响较小。
(2)主要缺点:
①气体含油量大。
若对气体量要求较高时,压缩后气体的净化任务繁重。
②惯量大,转速低。
因受往复运动惯性力的限制,转速不能过高,故所能达到的最大排量较小。
③压力波动大。
由于气体压缩过程间断进行,排气不连续,气体压力有波动,故在排出口一般设有稳压装置。
④易损件较多,维修工作量大,一般需要有备机。
2、螺杆压缩机的特点
①平稳。
机器能平稳地、无振动地运转,实现高的工作转速。
②转速高。
高转速可使同样生产能力的机器结构容积小和重量轻。
一台螺杆压缩机的重量,约为同功率的活塞式压缩机重量的1/7~1/13。
③结构简单,运转可靠。
螺杆压缩机零部件少,没有易出故障的气阀或密封件,因而运转可靠,维护量小。
④调节性能良好。
螺杆压缩机可在多方面顺应工况的要求,作为调节措施有:
吸气节流调节、启-停控制调节、变频调速调节等。
⑤排气压力平稳。
①效率低。
螺杆压缩机发展到今天,虽有许多改进,但由于其内部密封性不好和高的气流速度,螺杆压缩机的等温效率,比同等功率的活塞压缩机低。
②转子制造复杂。
基于高的转速和很小的间隙,螺杆压缩机转子必须高精度加工,为此所需的工具和机床价格十分昂贵。
③压力范围小。
因为受到转子刚度以及轴承生存的年限等方面的限制,螺杆压缩机只能合用于中,低压规模,排气压力一般不能超过3.0Mpa。
四、基本概念
1、压力
压缩机行业中所指的压力指的是压强。
(1)表压与绝压
①用压力表测得的压力为表压,是以大气压力为零点测得的压力。
②以绝对真空为零点的压力我们称为绝压。
表压与绝压的关系:
表压+大气压=绝压
通常在压缩机铭牌上给出的排气压力为表压。
(2)工作压力
螺杆空压机吸、排气压力指的是整个空压机的吸、排气压力,一般说空压机的工作压力指的是排气压力,在某些场合,压缩机的排气压力也称“背压”。
(3)空压机常用的压力单位换算
1bar(巴)=0.1MPa
1atm(标准大气压)=0.1013MPa
1kgf/cm2(工程公斤力)=0.981bar=0.0981Mpa
1MPa=145psi
psi:
磅/平方英寸,常用在欧美等英语区国家的产品参数上。
通常在空压机行业说的“公斤”是指“bar”。
2、排气量
排气量通常指容积流量,单位为m³
/min。
通俗的讲在所要求的排气压力下,空压机单位时间内排出的气体折算到进气状态的体积。
如果转速没有变化,压力变化理论上不影响排气量,因为我们一般所说的排气量是指进气流量,所以是没有变化的。
3、气体含油量
单位体积的压缩空气中所含的油(包括油滴、悬浮粒子、油蒸气)的质量,单位是PPM,其中压缩空气体积单位为m³
,含油质量单位为mg,即1PPM=1mg/m³
。
一般喷油螺杆空压机的排气含油量为5PPM以下。
4、工况
压缩机运行所在的进、排气压力和进气温度状态参数称为压缩机的“工况”,压缩机铭牌上所标的参数工况称为“额定工况”,偏离“额定工况”运行则称为“变工况”。
5、直联和皮带联结
直联即直接联结,在空压机行业是指用联轴器直接将电机轴和空压机机头联结起来;
皮带联结是指用皮带将电机轴和空压机机头联结起来。
6、加载/卸载
空压机的工作状态,一般是指空压机有完整的吸、排气过程为加载状态,反之为卸载状态。
7、冷却方式
分为风冷/水冷。
双螺杆空压机
一、空压机构成及工作过程
1、机头的结构和工作原理
(1)结构
双螺杆压缩机,主要由阴、阳螺杆、气缸、轴承、密封组件等组成。
阴螺杆、阳螺杆在“∞”字形气缸中平行地配置,并按一定传动比反向旋转而又相互啮合。
通常,在节圆外具有凸齿的螺杆称为阳螺杆;
在节圆内具有凹齿的螺杆称为阴螺杆。
一般阳螺杆与发动机相连,并由此输入动力,由阳螺杆带动阴螺杆转动,在壳体与两端盖间形成齿间容积对,壳体上呈对角线布置有吸、排气孔口。
(2)工作原理
阳螺杆由发动机带动旋转时,阴螺杆在同步齿轮带动下或相互啮合作反向同步旋转。
阴、阳螺杆共轭齿形的相互填塞,使封闭在壳体与两端盖间的齿间容积大小发生周期性变化,并借助于壳体上呈对角线布置的吸、排气孔口,完成对气体的吸入、压缩与排出。
螺杆式压缩机属于容积式压缩机械,其运转过程从吸气过程开始,然后气体在密封的齿间容积中进行压缩,最后进入排气过程。
1)吸气过程
开始时气体经吸气孔口分别进入阴螺杆、阳螺杆的齿间容积,随着螺杆的回转,这两个齿间容积各自不断扩大。
当这两个容积达到最大值时,齿间容积与吸气孔口断开,吸气过程结束。
需要指出的是,此时阴螺杆、阳螺杆的齿间容积彼此并没有连通。
2)压缩过程
螺杆继续回转。
在阴螺杆、阳螺杆齿间容积彼此连通之前,阳螺杆齿间容积中的气体受阴螺杆齿的进入先行压缩。
经某一转角后,阴螺杆、阳螺杆齿间容积连通,通常将此连通的阴螺杆、阳螺杆呈“V”字形的齿间容积称作齿间容积对,齿间容积对,因齿的互相挤入,其容积值逐渐减小,实现气体的压缩过程,直到该齿间容积对与排气孔口相连通时为止。
3)排气过程
在齿间容积对与排气孔口连通后,排气过程开始。
由于螺杆回转时容积的不断缩小,将压缩后具有一定压力的气体送至排气管。
此过程一直延续到该容积对达最小值时为止。
随着螺杆的继续回转,上述过程重复循环进行。
螺杆压缩机中所指定的一个齿间容积对的工作过程。
阴螺杆、阳螺杆转向互相迎合一侧的气体受压缩,这一侧面称为高压区;
相反,螺杆转向彼此背离的一侧面,齿间容积在扩大并处在吸气阶段,称为低压区。
这两个区域被阴螺杆、阳螺杆齿面间的接触线分隔开。
可以近似地认为:
两螺杆轴线所在平面是高、低压力区的分界面。
设开始吸气时阳螺杆转角为00,当转至1800时容积达最大值,吸气过程结束;
然后开始压缩,容积逐渐缩小,气体压力升高;
当该容积与排气孔口相通后,排出气体。
当阳螺杆旋转3600时完成一个循环。
说明一点,空压机是禁止反转的。
2、空压机工作流程
1.空气过滤器2.进气容调阀(进气卸荷阀)3.螺杆主机4.油气桶(油气分离器)5.二次回油管6.油气分离器7.最小压力阀8.油冷却器9.气水分离器10.温控阀(断油阀)11.油过滤器12.气冷却器就(后冷却器)
A.空气流程
空气通过空气过滤器及开着的进气容调阀进入主机的进气口,随着阳、阴转子的旋转,吸入的空气被压缩。
在压缩过程中油喷入压缩腔,随着转子的不断旋转增加了油气混合气的压力,混合气通过主机的排气口进入油气分离器,进行油、气分离,分离下来的油盛于分离器的底部。
通过分离器滤芯的压缩空气经最小压力阀流到后冷却器,压缩空气经后冷却器的冷却后,再经气水分离器将水蒸气滤掉,然后输送到用户用气管网。
B.油流程
油在系统中的流动是通过存在于油/气分离器与空气端注油口之间的压差获得的。
当压缩机启动运行时,油在气压差的作用下流出油气分离器,冷油经油过滤器后喷入主机的进气端。
压缩机经数分钟的运转后,油温升高,一旦油温达到一定温度,温控阀打开,油经温控阀进入油冷却器,再经油过滤器过滤后喷入空气端压缩腔及各用油点,起到冷却、密封、润滑的作用。
3、储气罐
(1)构成
储气罐上必须安装有安全阀(当储气罐内的压力超过允许限度,可将压缩空气排出)、压力表(显示储气罐内的压力)、压力开关(用储气罐内的压力来控制电动机,它被调节到一个最高压力,达到这个压力就停止电动机,也被调节另一个最低压力,储气罐内压力跌到这个压力就重新启动电动机)、单向阀(让压缩空气从压缩机进入气罐,当压缩机关闭时,阻止压缩空气反方向流动)、最低处应设有排水阀(排掉凝结在储气罐内所有的水)。
(2)作用
①使压缩空气供气平稳,减少压力脉动。
②作为压缩空气瞬间消耗需要的储存补充之用。
③储存一定量的压缩空气,停电时可使系统继续维持一定时间。
④可降低空压机的启动-停止频率,其功能相当于增大了空压机的功率。
⑤利用储气罐的大表面积散热使压缩空气中的一部分水蒸气凝结为水。
二、空压机铭牌
V-0.12/8:
V:
捷豹空压机;
0.12:
排气量为0.12m³
/min;
8:
排气压力为8bar,即0.8MPa。
常见空压机制造商:
阿特拉斯、英格索兰、复盛、捷豹、伯格等。
三、空压机变频改造
1、为什么要变频改造
矿用空压机的使用关键在于排气量的调节。
常用调节措施有:
(1)启-停控制方式
启-停控制方式是通过自带的微控系统对空压机进行加载-空载-卸载-加载的循环控制方式。
①由于启动多采用星-三角启动,这使得空压机在启动时会有较大的启动电流,加载和卸载时对设备机械冲击较大;
不仅会引起电源电压波动,也会使压缩气源产生较大的波动;
同时这种运行方式还会加速设备的磨损,降低设备的使用年限。
②由于一般空气压缩机的拖动电机本身不能调速,因此就不能直接使用压力或流量的变动来实现降速调节输出功率的匹配,电机不允许频繁启动,导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行,电能浪费巨大。
(2)变频调速方式
①能够使电机实现软起软停,减小启动冲击,延长设备使用年限;
②由于电机运行频率可变,实现了空压机根据用气量的大小自动调节电机转速,减少了电机频繁的加载和卸载,使得供气系统气压维持恒定,同时较大幅度减小电动机的运行功率,实现节能。
2、变频改造原则
根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求,空压机变频改造后系统应满足以下要求:
(1)电机变频运行状态保持储气罐出口压力稳定,压力波动范围小。
(2)系统应具有变频和工频两套控制回路。
(3)在用电气量小的情况下,变频器处在低频运行时,应保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围。
(4)根据生产工艺要求,供气压力可调,保证恒压变流供气方式。
3、空压机节能方法
(1)变频调速方式
变频调速方式是采用降低空压机电机转速来降低轴功率输出的。
改造之前,空压机的压力达到设定最高压力时,会自动卸载;
低于最低压力时会自动加载,以此循环反复运行。
改造之后,空压机并不加载卸载,而是维持气网需压力的同时,通过降低转速来降低压缩机时的产气量。
相比之下这里有两个地方可以节能:
①减少压缩机从卸载状态到加载状态这一过程带来的电能消耗。
②电机的运转频率降低至工频以下,使电机轴的输出功率减少。
(2)集中控制方式
集中控制方式是根据用气情况自动控制空压机的运行台数,这无疑就节约了用电。
而改造之前,空压机开启的台数是固定的。
4、变频器的优点
(1)安全可靠
变频器对系统有过压、欠压、过流、过载、短路、缺相、过热等多项保护功能。
①过压保护。
电机快速减速时,会出现负载带动电机旋转的现象,这时会引起电路电压过高,当超过允许值时,变频器将电源切断,以防过压。
②欠压保护。
当电源电压降低时,会造成电动机的输出之间不足和过热,变频器会对电压进行检测,当低压持续一定时间后,停止运转。
③过流保护。
由于负载突变、输出侧短路等原因出现过大的电流峰值,可能会超出主电路换流器件的允许值,这时变频器会采取保护措施限制电流值,直到关断主电路换流器件,使系统停止工作。
④过载保护。
变频器采用电流控制环,随时跟踪检测电机电流的变化状况,通过增加过载电流的设定和反时限控制模式,实现了过载保护功能,使电机过载时,关断晶闸管并发出报警信号。
⑤短路保护。
当输出端发生短路而引起过流时,变频器将切断电路,停止工作。
⑥缺相保护。
变频器随时检测三相线电流的变化,一旦发生断流,立即作出缺相保护反应。
⑦过热保护。
通过热继电器检测晶闸管散热器的温度,一旦散热器温度超过允许值后自动关断电路,并发出报警信号。
(2)节能
节能的前提条件是:
第一,大功率的风机及泵类负载;
第二,装置本身具有节电功能;
第三,长期连续运行。
这是体现节电效果的3个条件。
应用变频调速,可以大大提高电动机转速的控制精度,使电动机在最节能的转速下运行。
以风机水泵为例,根据流体力学相似原理,轴功率与转速的三次方成正比,当所需风量减少,风机转速降低时,其功率按转速的三次方下降。
因此,精确调速的节电效果非常可观。
变频器除通过调速节能外,还可以通过补偿功率因数节能和软启动节能。
①补偿功率因数节能
无功功率不但增加线损和设备的发热,更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低,大量的无功电能消耗在线路当中,设备使用效率低下,浪费严重。
使用变频装置后,由于变频器内部滤波电容的作用,从而减少了无功损耗,增加了电网的有功功率。
②软启动节能
电机硬启动对电网造成严重的冲击,而且还会对电网容量要求过高,启动时产生的大电流和振动对挡板或阀门的损害极大,对设备、管路的使用寿命极为不利。
使用变频装置后,利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,延长了设备和阀门的使用寿命,节省了设备的维护费用。
(3)精确控制
由于变频调速具有调速范围广,调速精度高及动态响应好等优点,在许多需要精确速度控制的应用中,变频器正在发挥着提升工艺质量和生产效率的显著作用。
(4)电机使用寿命延长
用变频调速装置后,可对电机实现软启动,启动时电流不超过电机额定电流的1.2倍,对电网和电机无任何冲击,电机使用寿命延长。
在整个运行范围内,电机可保证运行平稳,损耗减小,温升正常。
(5)对其他设备的保护
采用变频调节后,由于通过调节电机转速实现节能,在负荷率较低时,电机、风机转速也降低,主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻,设备运行寿命延长,同时维护工作量降低,维护周期可加长,检修费用下降,并且变频改造后风门开度可达100%,运行中不承受压力,可显著减少风门的维护量。
变频器运行中,只需定期对变频器除尘,不用停机,保证了生产的连续性。
随着生产的需要,调节风机的转速,进而调节风机风量,既满足生产工艺的要求,工作强度又大大降低。
(6)网侧功率因数提高
电机直接由工频驱动时,满载时功率因数为0.85左右,实际运行功率因数远低于0.8。
采用变频调速系统后,电源侧的功率因数可提高到0.9以上,无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率,满足电网要求,可进一步节约上游设备的运行费用。
(7)适应电网电压波动能力强
电压工作范围宽,电网电压在-15%~+10%之间波动时,系统可正常运行。
(8)操作简单方便
可通过计算机远程给定风量或压力等参数,实现智能调节。
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