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双螺杆空压机主机基本知识全解析<二>

  【jdb电子游戏平台网站 网】接上期——

  二、螺杆jdb电子游戏平台网站 主机热力学

  有一门学科与jdb电子游戏平台网站 紧密相关,那就是热力学。热力学理论比螺杆jdb电子游戏平台网站 的出现早了100多年,热力学的历史可以追溯到1650年。1824年卡诺发表了著作《论火的动力》,奠定了现代热力学。螺杆jdb电子游戏平台网站 直到1934年才出现。jdb电子游戏平台网站 有三个过程与热力学息息相关:等温压缩、绝热压缩和多变压缩。

  等温压缩:就是在压缩过程中工质的温度保持恒定不变;

  绝热压缩:就是在压缩过程中工质不与外界发生热交换;

  多变压缩:就是介于等温压缩和绝热压缩之间,更反映现实情况的压缩过程。

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  2.1等温压缩

  在压缩过程中,气体的温度保持不变时,压力随体积的变化关系。

  主机轴功率计算:

  Pt=1.667 Ps Qv ln(Pd/Ps)公式(1)

  Pt-jdb电子游戏平台网站 主机的等温压缩功率(kW)

  Ps-jdb电子游戏平台网站 的吸气压力(bar)

  Pd-jdb电子游戏平台网站 的排气压力(bar)

  Qv-jdb电子游戏平台网站 的容积流量(m3/min)

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  密闭容器中的定量气体,在恒温下,气体的压强和体积成反比关系。

  气体状态方程:

  PV=nRT→P1V1=P2V2=常数公式(2)

  这是一个理想过程,在工程计算中只能无限接近。

  2.2绝热压缩

  在气体压缩或者膨胀时熵保持不变,与周围没有热交换。

  主机轴功率计算:

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11.JPG公式(3)

  Pad-jdb电子游戏平台网站 主机的等熵绝热功率(kW)

  Ps-jdb电子游戏平台网站 的吸气压力(bar)

  Pd-jdb电子游戏平台网站 的排气压力(bar)

  Qv-jdb电子游戏平台网站 的实际容积流量(m3/min)

  k-被压缩气体的等熵指数

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  气体状态方程:

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  公式(4)

  p=绝对压力(Pa)

  V=容积(m3)

  T=绝对温度(K)

  κ=Cp/Cv=绝热指数,空气1.4

  2.3多变压缩

  等温压缩是与外界发生完全热交换的压缩,绝热压缩是与外界没有任何热交换的压缩。而实际上,所有jdb电子游戏平台网站 均处于两种极端之间,即多变压缩。

  轴功率计算:

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  公式(5)

  Pd-jdb电子游戏平台网站 主机的多变压缩功率(kW)

  Ps-jdb电子游戏平台网站 的吸气压力(bar)

  Pd-jdb电子游戏平台网站 的排气压力(bar)

  Qv-jdb电子游戏平台网站 的实际容积流量(m3/min)

  m-被压缩气体的多变指数

  2.4三种压缩轴功率比较

  举例1

  已知:Qv=45.4545(m3/min),Ps=0.1(MPa),Pd=0.8(MPa),单级压缩Ts=20℃。Td=75℃;二级压缩参数:Ts1=20℃,Td1=Ts1+55=75℃;Ts2=Td1-8=67℃,Td2=Ts1+55=75℃

  等温压缩:m=1(空气,Td=20℃);

  绝热压缩:m=1.4(空气,单级Td=260℃);

  多变压缩:单级压缩m=1.09,2级压缩m1=1.2;m2=1.02

  计算结果如图23

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  在多变压缩过程中,二级压缩相对于单级压缩理论上能省功3.78%,见图24。得益于:二级压缩压比小于单级压缩,容积效率高。接触线泄露和余隙容积(泄露三角区和封闭容积)占比变小;二段压缩的第二段压缩多变指数接近等温压缩。

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  2.5螺杆jdb电子游戏平台网站 主机在不同压力下需要润滑油最低温度

  由于喷油螺杆空压机中的润滑油有等作用,因此,润滑油失效对于主机来说是致命的伤害。由于空气中含有水蒸汽,水蒸汽在一定的压力下存在不同的压力露点温度,当气和油混合后,温度低于压力露点时,就会有液体水析出,使得润滑油乳化失效。因此,不同压力下,螺杆空压机的油温不能低于图26的压力露点。

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  三、螺杆jdb电子游戏平台网站 主机性能

  3.1螺杆空压机主机基本性能

  压缩气体是通过消耗外部能量使气体获得压力势能的过程,jdb电子游戏平台网站 正是压缩气体的缔造者。因此,螺杆空压机主机基本性能离不开这四个方面:压力、流量、功率和比功率。见图27。  3.1.1螺杆空压机主机基本性能-压力

  获取压缩空气的压力势能是空压机最基本的性能,螺杆空压机也不例外。螺杆空压机主机通过消耗外部能源来提高空气的压力,压力越高,消耗能量越多,同时对主机要求也越高。通常我们把空压机按输出压力分为四类:

  低压:0.2~1.0MPa

  中压:1.0~10MPa

  高压:10~100MPa

  超高压:100MPa以上

  螺杆空压机通常输出压力在0.2~4.0MPa,也就是说在此区间其性能、可行性和经济性较好。这是由于jdb电子游戏平台网站 主机结构和工作方式决定的,同时也是市场需求最多的压力段。见图28,气体压力坐标显示。

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  空压机提供压缩空气压力主要提供压比来衡量,就是输出压力Pd与吸气压力Ps的比值,比值越高,输出压力越高。

  ε=Pd/Ps公式(6)

  对于螺杆空压机主机而言,有内压比和外压比。

  内压比:主机齿间容积内的压力与吸气压力之比,吸、排气口的位置与形状决定;

  外压比:排气管内的压力与吸气压力之比。运行工况或工艺流程所需要的吸、排气压力。

  当内压力比≠外压力比时,主机都会多耗功;当内压力比=外压力比时,主机才是最佳状态。

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  对于螺杆空压机主机来说,当主机、环境温度、吸气压力、主机转数等因素相同的情况下,输出压力越高,功耗越高。见图30。

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  3.1.2螺杆空压机主机基本性能-流量

  流量通常由质量流量和容积流量,在空压系统行业规范和标准中,我们通常采用容积流量作为流量计量方式,在我国又被称为排气量或铭牌流量:在所要求的排气压力下,空压机单位时间内排出的气体容积,折算到进气状态,也即第一级进气接管处的吸气压力与吸气温度和湿度时的容积值。单位为m3/min。容积流量分实际容积流量和标准容积流量。

  通常的样本、选型、机器铭牌都是用标准容积流量。标准容积流量在压缩空气市场需求由于行业、地域及用途,根据标准状态(温度,压力及组份)的差异有两种定义:

  标准状态为压力P=101.325KPa;标准温度T=0℃;相对湿度为0%。通常在工业气体,化工行业或投标标书中经常遇到,简称“标方”,通常算式符号为“VN”,单位为Nm3/min。

  标准状态为压力P=101.325KPa;标准温度T=20℃;相对湿度为0%。通常在压缩空气行业的标准中应用,称为“标准工况”,通常算式符号为“V”,单位为m3/min。

  通常我们空压机行业采用的标准容积流量是后一种,两个状态下的容积流量换算可以通过公式:

  V(m3/min)=1.0732VN(Nm3/min)公式(7)

  对于螺杆空压机主机来说,在其他条件相同的情况下,转子中心距越大,其容积流量越大;主机转数越高,其容积流量越大。

  V容积流量=qv主机压缩容积×n机头转数公式(8)

  qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3公式(9)

  式中Z1——阳转子的齿数;n——阳转子的转速;λ——转子长径比;D——阳转子的外径。

  因此,我们通常为了经济性,减少主机种类,可以通过确定主机转数来调节空压机的排气量以满足市场需求。

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  但是,螺杆空压机主机的转数不可能无限高,通常在800~10000rpm之间,见图31。所以,螺杆主机厂开发出不同容积流量段范围的主机来满足螺杆空压机对流量的要求。见图32。

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  根据产生压缩空气容积流量不同,空压机通常可以分为:

  微型jdb电子游戏平台网站 <1m3/min;

  小型jdb电子游戏平台网站 1~10 m3/min;

  中型jdb电子游戏平台网站 >10~&lt;100 m3/min;

  大型jdb电子游戏平台网站 ≥100 m3/min

  螺杆空压机主机适用于单机在1~100 m3/min最具有可靠性和经济性,也是空压机市场主要机型。见图28横坐标指示。

  3.1.3螺杆空压机主机基本性能-功率

  我们从图33的jdb电子游戏平台网站 示功图可以看出jdb电子游戏平台网站 工作过程做功过程:

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  1-2-3-4曲线围成的面积就是jdb电子游戏平台网站 的耗功。从图面积大小我们可以看出:等温压缩最省功,绝热压缩最耗功。

  W等温<W多变<W绝热

  前面第二章介绍过了等温压缩主机功率计算(见公式1)和绝热压缩主机功率计算(见公式2),压力越高,主机耗功越高;容积流量越大,主机耗功越高,见图34。

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  3.1.4螺杆空压机主机比功率及计算

  在空压机主机在工作时单位时间的容积流量所消耗的轴功率。比功率的单位为:kW/(m3/min)。

  其计算公式如下:

  SER主机=Pd主机/qv公式(10)

  Pd主机——主机轴功率;

  qv——主机单位时间容积流量

  如图35,某主机性能参数在规定工况下,排气压力在0.7MPa时轴功率和气量(见方框)。

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  其比功率值为:

  SER主机=117/23.1=5.065(kW/(m3/min))

  螺杆空压机主机的比功率值越小,其能耗越低,主机性能越好。在流量不变的情况下,输出压力越高,主机轴功率越大,因此其比功率值越大,见图36。

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  每一款螺杆空压机主机都有最佳比功率值,这与主机的转数有关。当主机转数过低时泄漏增加,气量减少而导致比功率值变高;当主机转数过高时摩擦力增加,轴功率增加而导致比功率值变高,见37。但一定有一个最佳转数使得比功率值为最低。这就是为什么说,主机越大越节能是不一定正确的缘由。

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  图38中的红色曲线就是某螺杆主机可以选用气量与可接受比功率值的主机转数范围,也是我们在设计变频空压机挑选主机及转数的依据。

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  我们在设计螺杆空压机及变频空压机时,在保证品质的同时,也要考虑主机的经济性、标准化和模块化。因此,我们会利用主机比功率值曲线来设计开发不同压力及流量的螺杆空压机,见图39。

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  3.2螺杆空压机主机喷油量及计算

  在市场上,大多数螺杆空压机需要润滑油的参与,因为润滑油在螺杆空压机工作的时候必不可少,有七大功能:润滑、密封、冷却、保护、减震、降噪、清洁。

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  特别是冷却功效,就是我们在螺杆空压机工作的时候时常要关注空压机控制器显示中的油温不能高也不能过低。

  为什么主机排气油温不能过高?通常我们设定在105℃时候报警,110℃时候跳机?一个原因是螺杆空压机润滑油在高于120℃时候其性能和功效会大打折扣,同时,冷却主机也是一为了避免主机绝热压缩带来功耗过大,二是为了避免主机过热影响寿命。

  为什么主机排气油温不能过低呢?这就是我们在第二章中“2.5螺杆jdb电子游戏平台网站 主机在不同压力下需要润滑油最低温度”提到的,油温过低会带来空气中水蒸汽液化,从而引起润滑油的乳化和失效。

  通常我们在设计螺杆空压机时,油温控制在:

  风冷螺杆空压机:T油=T环境+15℃公式(11)

  水冷螺杆空压机:T油=T环境+8℃公式(12)

  螺杆空压机喷油量的计算也是设计工程师必备的工作,在给定排气温度后,螺杆jdb电子游戏平台网站 的喷油量可由jdb电子游戏平台网站 的热平衡式决定。由能量守恒定律,得jdb电子游戏平台网站 的热平衡式为:

  p=qmgcpg(Td-Tsg)+qmocpo(Td-Tso)公式(13)

  式中P——jdb电子游戏平台网站 轴功率;

  qmg——气体质量流量;

  qmo——喷油质量流量;

  cpg——气体的比定压热容;

  cpo——油的比定压热容;

  Tsg——气体的进气温度;

  Tso——喷油温度;

  现在,每个主机供应商都会提供每一个压力段下,润滑油的喷油量。大大减轻了螺杆空压机设计工程师的负担。见图41蓝框。

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  注:本文未完待续,更多精彩内容见下期!

  作者简介

  梁柳生,高级工程师,1990开始从事空压机行业工作;有在国企、合资及外企工作经历,其中22年在AC集团工作。先后从事过空压机及后处理设备的产品设计、产品工艺、生产管理、产品质量跟踪服务等及全国销售总监并有在欧洲学习和工作的经历。2017年创办上善气体工作室,专业从事压缩空气系统研究,行业精益生产管理及销售的培训工作

  国家标准JBT10526-2005《一般用冷冻式压缩空气干燥器》第一起草人

  全国jdb电子游戏平台网站 标准化技术委员会委员

标签: 双螺杆空压机基本知识  

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