Сжатие газа — это процесс потребления внешней энергии для достижения газом потенциальной энергии, создающей давление. Компрессор является источником сжатого газа. Поэтому основные характеристики винтового воздушного компрессора неразрывно связаны с четырьмя параметрами: давлением, расходом, мощностью и удельной мощностью.
Основные характеристики винтового воздушного компрессора – давление в компрессорной части.
Получение потенциальной энергии сжатого воздуха за счет давления является важнейшей функцией воздушных компрессоров, и винтовые воздушные компрессоры не являются исключением. Главный двигатель винтовых воздушных компрессоров повышает давление воздуха, потребляя внешнюю энергию. Чем выше давление, тем больше энергии потребляется и тем выше требования к главному двигателю. Обычно воздушные компрессоры делятся на четыре категории в зависимости от выходного давления:
Низкое давление: 0,2–1,0 МПа
Среднее давление: 1,0–10 МПа
Высокое давление: 10–100 МПа
Сверхвысокое давление: выше 100 МПа
Винтовые воздушные компрессоры обычно имеют выходное давление 0,2–4,0 МПа, что означает, что в этом диапазоне их производительность, практичность и экономичность выше. Это определяется конструкцией и режимом работы компрессорной части, а также является сегментом давления с наибольшим рыночным спросом.
Давление сжатого воздуха, создаваемое воздушным компрессором, в основном измеряется коэффициентом давления, который представляет собой отношение выходного давления Pd к давлению всасывания Ps. Чем выше коэффициент, тем выше выходное давление.
ε=Pd/Ps Формула (6)
Для главного двигателя винтового воздушного компрессора существуют внутреннее и внешнее степени сжатия.
Коэффициент внутреннего давления: отношение давления в межзубном объеме главного двигателя к давлению всасывания, которое определяется положением и формой всасывающего и выпускного отверстий;
Коэффициент внешнего давления: отношение давления в выхлопной трубе к давлению на всасывании. Давление на всасывании и нагнетании, необходимые для рабочих условий или технологического процесса.
Когда степень сжатия внутренних давлений ≠ степени сжатия внешних давлений, главный двигатель будет потреблять больше мощности; когда степень сжатия внутренних давлений равна степени сжатия внешних давлений, главный двигатель работает в оптимальном режиме.
В случае главного двигателя винтового воздушного компрессора, при одинаковых параметрах главного двигателя, температуры окружающей среды, давления всасывания, частоты вращения главного двигателя и других факторах, чем выше выходное давление, тем выше потребление электроэнергии.
Основные характеристики работы воздушного компрессора винтового типа – расход воздуха.
Расход обычно состоит из массового и объемного расхода. В отраслевых спецификациях и стандартах для систем воздушных компрессоров в качестве метода измерения расхода обычно используется объемный расход, который в нашей стране также называется номинальным расходом на выходе: при требуемом давлении на выходе объем газа, выходящего из воздушного компрессора за единицу времени, переводится в состояние на входе, то есть значение объема давления всасывания на входном патрубке первой ступени, а также температуры и влажности на входе. Единица измерения — м³/мин. Объемный расход делится на фактический объемный расход и стандартный объемный расход.
Обычно в образцах, комплектациях и паспортных табличках оборудования используется стандартный объемный расход. В зависимости от отрасли, региона и области применения, стандартный объемный расход на рынке сжатого воздуха имеет два определения в зависимости от различий в стандартных условиях (температура, давление и компоненты):
Стандартное состояние: давление P = 101,325 кПа; стандартная температура T = 0 ℃; относительная влажность 0%. Часто встречается в документации по промышленным газам, химической промышленности или тендерам, обозначается как «стандартный квадрат», обычно с использованием формулы «VN» и единицы измерения Нм³/мин.
Стандартные условия: давление P = 101,325 кПа; стандартная температура T = 20℃; относительная влажность 0%. Обычно используются в стандартах отрасли сжатого воздуха и называются «стандартными условиями работы». Обычно обозначается символом «V», а единица измерения — м³/мин.
Обычно в нашей отрасли производства воздушных компрессоров используется второй вариант стандартного объемного расхода. Пересчет объемного расхода в обоих состояниях можно рассчитать по формуле:
V(м3/мин)=1,0732VN(Нм3/мин) Формула (7)
Для главного двигателя винтового воздушного компрессора при тех же условиях, чем больше межосевое расстояние ротора, тем больше его объемный расход; чем выше частота вращения главного двигателя, тем больше его объемный расход.
V объемный расход = qv объем сжатия главного двигателя × n скорость вращения головки цилиндра Формула (8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 Формула (9)
Где Z1 — количество зубьев ротора; n — скорость вращения ротора; λ — соотношение сторон ротора; D — внешний диаметр ротора.
Поэтому в целях экономии мы обычно сокращаем количество типов главных двигателей и можем регулировать объем выхлопных газов воздушного компрессора, определяя частоту вращения главного двигателя в соответствии с рыночным спросом.
Однако частота вращения главного двигателя винтового компрессора не может быть бесконечно высокой, обычно она составляет от 800 до 10 000 об/мин. Поэтому производители главных двигателей винтовых компрессоров разрабатывают двигатели с различными диапазонами объемного расхода, чтобы удовлетворить требованиям винтового компрессора к расходу.
Расчет удельной мощности и характеристик воздушного блока винтового воздушного компрессора.
Мощность, потребляемая валом на единицу времени при объемном расходе воздуха в компрессорном блоке. Единица измерения удельной мощности: кВт/(м³/мин).
Формула расчета выглядит следующим образом:
SER воздушный блок = Pd воздушный блок/qv Формула (10)
Пневматический блок Pd – привод вала пневматического блока;
qv – объемный расход воздуха в единицу времени
Его удельная мощность составляет:
Воздушная часть SER = 117/23,1 = 5,065 (кВт/(м3/мин))
Чем меньше удельная мощность компрессорного блока винтового воздушного компрессора, тем ниже его энергопотребление и тем лучше его производительность. При постоянном расходе, чем выше выходное давление, тем больше мощность вала компрессорного блока, и, следовательно, тем больше его удельная мощность.
Каждый винтовой компрессор имеет оптимальное значение удельной мощности, которое зависит от скорости вращения главного двигателя. При слишком низкой скорости вращения главного двигателя увеличивается утечка, уменьшается объем газа, и значение удельной мощности возрастает; при слишком высокой скорости вращения главного двигателя увеличивается трение, возрастает мощность на валу, и значение удельной мощности возрастает. Но должна существовать оптимальная скорость, при которой значение удельной мощности минимально. Именно поэтому не всегда верно утверждать, что чем больше главный двигатель, тем он энергоэффективнее.
При проектировании винтовых компрессоров и компрессоров с регулируемой частотой вращения необходимо обеспечивать высокое качество, одновременно учитывая экономичность, стандартизацию и модульность основного двигателя. Поэтому для проектирования и разработки винтовых компрессоров с различными давлениями и расходами мы будем использовать кривую удельной мощности основного двигателя.
Дата публикации: 17 июля 2024 г.
