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公司新聞

空氣壓縮機的選擇(二)

空氣壓縮機的選擇(二)


工作原理
往復式壓縮機
這種壓縮機通過減小容納氣體空間的容積來達到壓縮氣體的目的。圖2.1顯示了采用橫臥式氣缸的活塞式壓縮機的截面圖。
當活塞在氣缸內移動時,連續發生吸氣、壓縮氣體和排氣的過程。這種理想過程就如圖2.2所示,它假設經過吸氣閥和排氣閥時無壓降產生,吸氣和排氣均為恒壓過程,并且在排氣結束時,氣缸內無殘留氣體。
圖2.3顯示的是具有一定余隙的壓縮機的p-V圖。它與圖2.2的主要差異體現在,當排氣過程結束時,有一些氣體殘留在氣缸內,在吸氣沖程的起始階段,這些氣體逐漸膨脹,阻止新氣體進入系統,直至氣缸內的壓力變得稍低于吸氣管內的壓力。容納這些氣體的空間被稱為余隙。它的存在無可避免,因為活塞頭與氣缸之間需要留有一定的間隙,還因為放置閥門也需要一定的空間。
壓縮機的容積效率(ηv)取決于余隙容積(V c)與活塞排量(V d)之比(c),壓力之比(P2/P1),以及多變指數(n),如下公式所示,該公式由帶余隙的示意圖確定:ηv =1+c-c(P2/P11/n
通常,根據壓縮機的尺寸,余隙比(c)的值在0.06到0.14之間。在大型的多級壓縮機中,該值可以低至0.025.
當壓縮因子(Z)在壓縮過程中不為常數時,應該采用下述方程式2.1的修正方程式:ηv =1+c-(Z1/Z2). c(P2/P11/n 
  正如本系列**篇文章所述,容積效率為壓縮機的實際輸氣量(Q)與排氣量(v d)之比:ηv =         Q/ v d
對于一臺給定的壓縮機,隨著余隙增大,其容積效率和輸氣量減小??梢岳迷撎攸c來控制活塞式壓縮機的氣體流速。
容積效率的實際值,在65%到90%之間變化,可以通過測得其具體數值。
影響實際容積效率值的因素包括余隙的尺寸,氣體通過密封件、閥門和活塞環的泄露程度,以及缸體在氣缸內的受熱情況。正是因為存在著這些影響,所以對方程式2.2做衛些修改,使其包含了經驗數據,以便更好地表達活塞式壓縮機的實際容積特性:ηv =0.97+ c-(Z1/Z2). c(P2/P11/n GL(2.3)
其中,對于有潤滑壓縮機,GL的值為0.02-0.06,對于無潤滑壓縮機,GL的值為0.07-0,10。
但是,容積效率并不是評價壓縮機品質的可靠指標,而應評估達到期望輸氣量所需的能量消耗。
旋轉式壓縮機
這種壓縮機和往復式壓縮機的工作原理相同,但是在旋轉式壓縮機中,實現容積減小的方法是,通過轉子在壓縮機殼內的轉動來逐漸減小轉子與外殼之間的空間。
如今,螺桿式壓縮機在眾多的正排量旋轉式壓縮機中脫穎而出。圖2.5顯示了一臺工作在不同工況下的螺桿式壓縮機的典型p-V圖。通過陰陽轉子的嚙合實現壓縮。當轉子轉動時,轉子葉輪的嚙合從進氣孔向排氣孔移動;相應地,園子子凹坑內的氣體――容納于嚙合空間內――被壓縮并排出。無油旋轉式螺桿壓縮機完全依靠轉子與轉子,及轉子與機殼之間的間隙來防止氣缸內的受壓氣體從排氣口回流至進氣口。陰陽轉子的正時齒輪同步旋轉,避免了金屬與金屬接觸,因此無需注油。
螺桿式壓縮機允許注入液體――通常是油――因而能夠低速工作,并實現以下三項功能:
減小,甚至消除齒間容積公差
在壓縮期間使氣體冷卻
潤滑轉子,因此無需采用正時齒輪。
通過注油,能夠沖洗含有聚合物等物質的氣流。當螺桿式壓縮機工作在非設計工況時,其效率會降低,特別是當它們具有固定的容積比時。正因為如此,因為它們具有自動調節能力,能夠使非設計工況下效率達到*大值。
離心式(渦輪壓縮機)
在離心式壓縮機中,首先利用離心的原理增大氣體的動能,然后將動能轉化為壓縮能,從而實現氣體的壓縮。
葉輪的旋轉使其入口端形成一個低壓區,從而造成氣體持續從吸氣管流向葉輪葉片。在葉輪內部,離心力推動氣體從入口端流向外圍,增加了氣流速度和葉輪葉片間的氣流密度。氣體接著向機殼或者膈膜移動,機殼和膈膜都具有擴壓器,在這里,氣體的高速被轉化為壓力。在多級壓縮機中,從初級擴壓器產生的氣體在擴壓器上導游葉片的作用下進入二級葉輪。*后,被壓縮氣體到達渦殼和排氣管。在那些具有級間冷卻的壓縮機中,氣體在經這每個壓縮級或者一組壓縮級之后渡過換熱器。
級間冷卻是應用得*為廣泛的一種冷卻方法,因為它會產生*接近等溫線的過程,因此從能量的角度來看,它也是*為經濟的方法。還有一種冷卻方法,它利用循環冷卻水流過膈膜內開鑿的流道來實現冷卻,但是這種解決方案使得壓縮機殼的設計和制造變得更加困難。
由驅動器為壓縮氣體所提供的有效能量實際上大于竺熵壓縮所需要的能量,因為還需要一些額外的能量來克服氣體與葉輪流道、擴壓器流道以及外殼之間的摩擦,此外,還要克服葉輪浸入壓縮氣體所產生的流體摩擦力。所提供的所有額外的能量都會轉化成熱量。
軸流式壓縮機
在這種轉子動力壓縮機中,壓力的增大歸因于兩項因素的綜合作用,一是氣體流速增大,二是當轉子旋轉時,氣體流過葉片的區域同時增大。
氣體按照與壓縮機軸平等的方向進入壓縮機。氣體在到達轉子葉片之后,與它們一起旋轉,同時沿軸向移動,從一排葉柵移至下一排葉柵。
在轉子葉柵之間還在固定葉片。固定葉片的作用是消除由轉動中片的運動引起的氣體渦流現象,并引導氣流流向下一排轉動葉片。通常,首排定子上的葉片可調,可以利用外部設備來調節它們,以獲得更好的性能控制及更大的操作靈活性。
主要特點
下面介紹每種壓縮機的主要特點和優缺點。在為特定的應用挑選合適的壓縮機時,應該考慮到這些特點。
活塞式壓縮機
低速(現在市場也有“高速”的往復式壓縮機,功率范圍為22kW到6700kW,與轉速為720rpm到1800rpm的原動機進行直聯)。
排氣壓力高
*適合用在單級或低輸氣量的高壓應用場合。
壓力范圍廣
當以固定轉速工作時,氣體壓力的變化公使輸氣量發生極微小的改變。
適合于便攜式應用
占用空間比離心式和旋轉式壓縮機更大
高振動及脈動氣流
需要對氣缸進行冷卻和潤滑。無潤滑壓縮機需要使用自潤滑材料。
對低氣體密度敏感
維護要求高。容易發生工作故障
隔膜壓縮機
通常工作轉速低于580rpm
適合于不允許泄漏或者產品污染的應用場合
比活塞式壓縮機的輸氣量小
高壓力比
低效率
應慎重設計整套隔膜組以獲得令人滿意的使用壽命
螺桿式壓縮機
高工作轉速(低于離心式壓縮機,但是高于往復式壓縮機)
工作轉速范圍寬
根據壓縮機類型和尺寸,壓力比可達20。在多級壓縮機中,總壓力比甚至超過了25。
效率在60%到70%之間。
在非設計工況下工作時,效率降低,特別是在內部容積固定的壓縮機中。
排放無油氣體
對低氣體密度有些敏感
允許處理的氣體中含有液體和非磨蝕性灰塵。
氣體排放溫度高。
葉輪式壓縮機
輸氣量中等
常規壓縮率,不高于2.2。干式運轉高壓壓縮機可達4.5
平穩輸送無油氣體
對于給定的速度,輸氣量幾乎保持恒定。
自動調整壓力,無功率損耗。
能夠處理任何氣體。
允許處理的氣體中含有液體。
能夠在設計范圍內的任何壓力下高效工作。
損耗小。
滑片式壓縮機
中等輸氣量。壓縮率不高于2.7。
高轉速
氣流平穩
不需要閥門
占用空間小
通常需要水冷卻
要求強制潤滑
液環壓縮機
中等壓力和輸氣量。
特別適合于處理爆炸性或者高腐蝕性氣體。
氣體排放平穩。
排放的氣體冷卻且清潔。
沒有摩擦零件,無需潤滑。
要求大功率。
效率低。*大效率值約為48%。
需要供水(或者其它液體)。
要求良好的建造材料。
渦旋壓縮機
低壓力和輸氣量。
不需要閥門。在某些應用中使用一個動態排氣閥。
轉矩波動小。
噪聲和振動極低。
比活塞式壓縮機的容積效率高。
小型渦旋壓縮機具有更高的效率。
離心式壓縮機
工作轉速高
所需起動扭矩較低,就像旋轉式壓縮機那樣。

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