空壓機的分類及特點

2014年02月22日

空壓機的分類及特點

三種基本類型的空壓機包括:

     
往復式
     
回轉式
     
離心式

以上三種類型的空壓機可進一步劃分為:
     
     
裸機和整機
     
風冷和水冷
     
噴油和無油

讓我們簡單地討論以下這三種類型的空壓機:
                         
                   
   往復式空壓機


    尺寸為0.7MPa(G) --范圍的0.72Kw 0.028M3/min  932 Kw176.4M3/min
往復式空壓機是變容式壓縮機。這種壓縮機將封閉在一個密閉空間內的空氣逐次壓縮(縮小其體積)從而提高其氣壓。往復式空壓機以汽缸內的一個活塞作為壓縮位移的原件來完成以上的壓縮過程。
當壓縮過程僅靠活塞的一側來完成時,該往復式稱為單作用空壓機,如果靠活塞的二頭來完成時稱為雙作用。往復式空壓機在每一個氣缸上有許多彈簧式閥門,只有當閥門兩側的壓差達到一定值后閥門才會打開。

    
當氣缸內的壓力略低于進氣壓力時,進氣閥門打開,當氣缸內的壓力略高于排氣壓力時排氣閥門打開。

    
如果壓縮過程由一個汽缸或一組單級的汽缸完成時,該空壓機稱為單級空壓機。許多實際使用工況要超過單級空壓機的能力。壓縮比大小(排氣/進氣壓力)會引起排氣溫度過熱或其他設計上的問題。

    
許多功率超過75Kw的往復式空壓機被設計為多級機組,壓縮過程由雙級或多級組成,級級之間一般有冷卻功能以降低進入下一級的氣溫。
往復式空壓機有噴油和無油兩種,具有壓力和氣量的廣泛選擇余地。


 
                     
 回轉式空氣壓縮機

     0.85M3/min -- 85M3/min
回轉式空壓機是變容式壓縮機,最普通的回轉式空壓機是單級噴油螺桿式空壓機,這種壓縮機在機腔內有兩個轉子,通過轉子來壓縮空氣,內部沒有閥門。這種空壓機一般為油冷(冷卻介質是空氣或水),這種油起到了密封的作用。

  
由于冷卻在空壓機內部進行,因此部件不會有很高的溫度,因此,回轉式空壓機是連續工作制可設計成風冷或水冷機組。

    
由于結構簡單易損件少,回旋式螺桿空壓機很容易維護,操作,并具有安裝靈活的特點。回轉式空壓機可安裝在任何能支撐重量的地面。
兩級噴油回轉式螺桿空壓機在主機部件里帶有兩對轉子,壓縮過程由第一級和第二級串接壓縮完成。兩級回轉式空壓機具有結構簡單和靈活性以及高效率的特點,兩級回轉式螺桿式空壓機可是風冷和水冷以及全封裝式。

    
無油回轉式螺桿空壓機使用特別設計的主機無需噴油就可進行壓縮,從而產生無油壓縮空氣。無油回旋螺桿式空壓機有風冷和水冷兩種,并具有和噴油一樣的靈活性。如你所看到的,回轉式螺桿空壓機有風冷、水冷、噴油、無油、單級和兩級、在壓力、氣量、結構上有廣泛的適用性。
 
                    
  離心式空氣壓縮機

     11.2M3/min -- 420M3/min
離心式空壓機是一動力型空壓機,他通過旋轉的渦輪完成能量的轉換,轉子通過改變空氣的動能和壓力來實現以上的轉換。由靜止的擴壓器降低空氣的流速來實現動能向壓力的變換。

離心式空壓機是無油空壓機,運動齒輪的潤滑油由軸密封和空氣隔離。

離心式是連續工況式壓縮機,移動件很少,特別適用于大氣量無油的要求。

離心式空壓機是水冷式的,典型機組包括后冷卻器和所有的控制裝置。

用氣量的確定

    
確定一個新廠的壓縮空氣要求的傳統方法是將所有用氣設備的用氣量(m3/min)加起來,再考慮增加一個安全、泄漏和發展系數。

    
在一個現有工廠里,你只要作一些簡單的測試便可知道壓縮空氣供給量是否足夠。如不能,則可估算出還需增加多少。

     
一般工業上空氣壓縮機的輸出壓力為0.69MPa(G),而送到設備使用點的壓力至少0.62MPa。這說明我們所用的典型空氣壓縮機有0.69MPa(G)的卸載壓力和0.62MPa(G)的筒體加載壓力或叫系統壓力。有了這些數字(或某一系統的卸載和加載值)我們便可確定。

  
如果筒體壓力低于名義加載點(0.62MPa(G))或沒有逐漸上升到卸載壓力(0.69MPa(G)),就可能需要更多的空氣。當然始終要檢查,確信沒有大的泄漏,并且壓縮機的卸載和控制系統都運行正常。

    
如果壓縮機必須以高于0.69MPa(G)的壓力工作才能提供0.62MPa(G)的系統壓力,就要檢查分配系統的管道尺寸也許太小,或是阻塞點對于用氣量還需增加多少氣量,系統漏氣產生什么影響以及如何確定儲氣罐的尺寸以滿足間歇的用氣量峰值要求。

一、測試法——檢查現有空氣壓縮機氣量

     
定時泵氣試驗是一種比較容易精確的檢查現有空氣壓縮機氣量或輸出的方法,這將有助于判斷壓縮空氣的短缺不是由于機器的磨損或故障所造成的。
下面是進行定時泵氣試驗的程序:
A
.儲氣罐容積,立方米
B
.壓縮機儲氣罐之間管道的容積立方米
C
.(AB)總容積,立方米
D
.壓縮機全載運行
E
.關閉儲氣罐與工廠空氣系統之間的氣閥
F
.儲氣罐放氣,將壓力降至0.48MPa(G)
G
.很快關閉放氣閥
H
.儲氣罐泵氣至0.69MPa(G)所需要的時間,秒
現在你已有了確定現有壓縮機實際氣量所需要的數據,公式是:
                V
P2-P160
      C=---------------------------
                   
TPA

式中,
C=
壓縮機氣量,m3/min
V=
儲氣罐和管道容積,m3 C項)
P2=
最終卸載壓力,MPa(A)H項+PA
P1=
最初壓力,MPa(A) F項+PA
PA=
大氣壓力,MPa(A)(海平面上為0.1MPa
T= 
時間, s

     
如果試驗數據的計算結果與你廠空氣壓縮機的額定氣量接近,你可以較為肯定,你廠空氣系統的負荷太高,從而需要增加供氣量。

  
二、估算法

V=V
現有設備用氣量+V后處理設備用氣量+V泄漏量+V儲備量

    
三、確定所需的增加壓縮空氣

根據將系統壓力提高到所需要壓力的空氣量,就能確定需要增加的壓縮空氣供氣量,
                                P2
    
需要的m3/min=現有的m3/min---------
                                P1
式中,需要的m3/min=需要的壓縮空氣供氣量
現有的m3/min=現有的壓縮空氣供氣量
P2=
需要的系統壓力,MPa(A)
P1=
現有的系統壓力,MPa(A)
需增加的m3/min=需要的m3/min-現有的m3/min
     
結果就告訴你為滿足現有的用氣需求所要增加多少氣量。建議增加足夠的氣量以便不僅滿足目前的用氣要求,還把將來的需求和泄漏因素考慮進去。

    
四、系統漏氣的影響

     
供氣量不足經常是由于或肯定是由于系統的泄漏,空氣系統漏氣是損失動力的一個連續根源,所以最好應當使其盡量少一些。幾個相當于1/4英寸小孔的小漏點,在0.69MPa壓力下可能漏掉多至2.8M3的壓縮空氣,這等于你損失一臺18.75Kw的空氣壓縮機的氣量,以電力每度0.4元,每年運行8000小時(三班制)計算,這些漏掉的空氣使你白白損失60000元。
大多數工廠都會提供維護人員和零件來筑漏。損壞的工具。閥、填料、接頭、滴管和軟管應及時檢查和修理。
  
工廠整個系統的泄漏可通過在不供氣情況下測定系統壓力(在儲氣筒體上側)0.69MPa(G)降到0.62MPa(G)所需要的時間來診斷。利用泵氣試驗我們就可以算出整個系統的泄漏量:
                           V
P2-P160
     
泄漏量m3/min=------------------------------
                             90
PA
如漏氣率超過整個系統氣量的百分之五,就必須筑漏。

  
五、選擇壓縮機的規格

    
你一旦確定工廠用氣的氣量(m3/min)和壓力(MPa(G))要求,便可選擇空氣壓縮機的規格。在選擇時你可能要考慮的因素包括:
  
目前的用氣量是多少?工廠擴建后的用氣量要求是多少?一般來說,用氣量的年增長率為10%。是否考慮將來要用特殊的制造工藝和工具?

    
干燥機

干燥機是用于干燥空氣的裝置。用我們的術語,就是用其干燥壓縮空氣。離開后冷卻器的空氣通常是完全飽和的,就是說任何降溫都會產生冷凝水。

冷凍式干燥機是通過降低壓縮空氣的溫度,析去水分,然后將空氣再加熱到接近原來的溫度。

吸附再生式干燥機是使空氣通過含有化學物質的過濾器以析出水分。這種裝置比冷凍式裝置更能吸附水氣。

 

溫度
1、溫度

    
溫度是指衡量某一物質在某一時間能量水平的方法。(或更簡單的說,某一事物有多少熱或多少冷)。
溫度范圍是根據水的冰點和沸點。在攝氏溫度計上,水的冰點為零度,沸點為100度。在華氏溫度計上,水的冰點為32度,沸點為212度。
從華氏轉換成攝氏:華氏=1.8攝氏+32 攝氏=5/9(華氏-32

2、絕對溫度

    
這是用絕對零度作為基點來解釋的溫度。
基點零度為華氏零下459.67度或攝氏零下273.15
絕對零度是指從物質上除去所有的熱量時所存在的溫度或從理論上某一容積的氣體縮到零時所存在的溫度。

3、冷卻溫度差

    
冷卻溫度差是確定冷卻器的效率的術語。因為冷卻器不可能達到100%的效率,我們只能用冷卻溫差衡量冷卻器的效率。
    
冷卻溫度差是進入冷卻器的冷水或冷空氣溫度和壓縮空氣冷卻后的溫度之差。

4、中間冷卻器

     
中間冷卻器是用于冷卻多級壓縮機中的級與級之間的壓縮空氣或氣體使溫度降低的器件。中間冷卻器通過降低進入下一級壓縮空氣溫度達到降低壓縮功率以有助于增加效率。


                    露點和相對濕度

1、露點和相對濕度

     
就象晚上溫度下降會產生露水一樣,壓縮空氣系統內的溫度下降也會產生水氣。露點就是當濕空氣在水蒸氣分壓力不變的情況下冷卻至飽和的溫度。
    
這是為什么呢含有水分的空氣只能容納一定量的水分。如果通過壓力或冷卻使體積縮小,就沒有足夠的空氣來容納所有的水分,因此多于的水分析出成為冷凝水。
    
離開后冷卻器的空氣通常是完全飽和的。分離器內的冷凝水就顯示了這一點,因此空氣溫度有任何的降低,就會產生冷凝水。
    
設定的濕度可認為是濕空氣所含水蒸氣的重量,即:水蒸氣重量和干燥空氣重量之比。

 

相對濕度ψ
       χ-
濕度               Ps
ψ= ----------------- = -----------
     χ0-
飽和絕對濕度     Pb
 
Ps=0, ψ=0時,稱為干空氣;
   Ps=Pb, ψ=1
時,稱為飽和空氣。

絕對濕度——1M3濕空氣所含水蒸氣的重量。
         Gs—
水蒸氣重量
χ=  ----------------------
         V—
濕空氣體積

           
水蒸氣重量
含濕量= ---------------------
           
干空氣重量

2、飽和空氣

    
當沒有再多的水氣能容納在空氣中時,就產生了空氣的飽和,任何加壓或降溫均會導致冷凝水的析出。

3、水氣分離器

    
水氣分離器是用于收集和除去在冷卻過程中從空氣或氣體中冷凝出來水的器件。
    
儲氣罐是用于儲存壓縮機排放出來的壓縮空氣和氣體的容器。儲氣筒有利于消除空壓機排氣管路中的脈沖,并在需求量大于壓縮機的能力時,可起儲存和補充提供壓縮空氣的作用。
 
4、干燥機

    
干燥機是用于干燥空氣的裝置。用我們的術語,就是用其干燥的壓縮空氣。離開后冷卻器的空氣通常是完全飽和的,就是說任何降溫都會產生冷凝水。冷凍式干燥機是通過降低壓縮空氣的溫度,析去水分,然后將空氣再加熱到接近原來的溫度。
  
再生式干燥機是使空氣通過含有化學物質(鋁膠、硅膠、分子篩)吸附的干燥器,通過以無熱、加熱再生析出水分。這種裝置比冷凍式裝置更能吸附水氣,干燥露點-40℃以下。


                        狀態及氣量

1、標準狀態

     
標準狀態的定義是:空氣吸入壓力為0.1MPa,溫度為15.6℃(國內行業定義是0℃)的狀態下提供給用戶系統的空氣的容積。如果需要用標準狀態,來反映考慮實際的操作條件,諸如海拔高度、溫度和相對濕度則將應實際吸入狀態轉換成標準狀態。

2、常態空氣

     
規定壓力為0.1MPa、溫度為20℃、相對濕度為36%狀態下的空氣為常態空氣。常態空氣與標準空氣不同在于溫度并含有水分。當空氣中有水氣,一旦把水氣分離掉,氣量將有所降低。

3、吸入狀態

    
壓縮機廠家標稱:排氣量/分鐘(m3/min),實際是壓縮機進口狀態下吸入的空氣量(標準狀態下)

4、海拔高度

     
按海平面垂直向上衡量,海拔只不過是指海平面以上的高度。海拔在壓縮機工程方面占有重要因素,因為在海拔高度越高,空氣變得越稀薄,絕對壓力變得越低。既然在海拔上的空氣比較稀薄,那么電動機的冷卻效果就比較差,這使得標準電動機只能局限在一定的海拔高度內運行。EP200 標準機組的最大容許運行海拔高度為2286米。

5、影響排氣量的因素:

PjTj、海拔高度、nV余、泄漏等。

6、海拔高度對壓縮機的影響:

   1)、海拔越高,空氣越稀薄,絕壓越低,壓比越高,Nd越大;
   
2)、海拔越高,冷卻效果越差,電機溫升越大;
   
3)、海拔越高,空氣越稀薄,柴油機的油氣比越大,N越小。

7、容積流量

    
容積流量是指在單位時間內壓縮機吸入標準狀態下空氣的流量。用單位:M3/min (立方米/)表示。標方用N M3/min表示。
1CFM=0.02832 M3/min, 
或者 1 M3/min=35.311CFM,
S--
標準狀態,A--實際狀態

8、余隙容積

     
余隙容積是指正排量容積式(往復或螺桿)壓縮機沖程終端留下的容積,此容積的壓縮空氣經膨脹后返回到吸入口,并對容積系數產生巨大的影響。

9、負載系數

     
負載系數是指某一段時間內壓縮機的平均輸出與壓縮機的最大額定輸出之比。不明智的做法就是賣給用戶的壓縮機,正好滿足用戶的最大的需求,增加一個或幾個工具或有泄漏會導致工廠的壓力下降。為了避免這種情況,英格索蘭多年來一直建議采用負載系數:取用戶系統所需氣量的極大值,并除以0.90.8的負載系數。(或任何用戶認為是個安全系數)
    
這種綜合氣量選擇能顧及未預計到的空氣需量的增加。無需額外的資本的投入,就可做一些小型的擴建。

10
、氣量測試
   
1)、往復式壓縮機氣缸容積
    壓縮機氣缸的容積是指活塞移動的容積減去活塞桿占有的體積。通常是用每分鐘立方米來表示。多級壓縮機的容積只是第一級壓縮的容積,因為逐一通過所有級的氣體都來源于第一級。
   
2)、測試
   
低壓噴嘴測試是一種精確衡量壓縮機所提供空氣的方法。這一方法得到壓縮空氣和氣體學會的認可,還為ASME能源測試代號委員會所接受。ASME PTC-9中有關采用低壓噴嘴測
試往復式壓縮機的描述。ASME PTC-10中有有關采用低壓噴嘴測試動力式壓縮機的描述。

 

來源:肇慶市建信電子機械工程有限公司
肇慶市建信電子機械工程有限公司
韓建文
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