Стиснення газу – це процес споживання зовнішньої енергії для отримання газом потенціалу тиску. Компресор є творцем стисненого газу. Тому основні характеристики гвинтового повітряного компресора невіддільні від цих чотирьох аспектів: тиску, витрати, потужності та питомої потужності.
Основні характеристики пневматичної частини гвинтового повітряного компресора – тиск
Отримання потенціальної енергії тиску стисненого повітря є найбазовішою функцією повітряних компресорів, і гвинтові повітряні компресори не є винятком. Головний двигун гвинтових повітряних компресорів збільшує тиск повітря, споживаючи зовнішню енергію. Чим вищий тиск, тим більше енергії споживається, і тим вищі вимоги до головного двигуна. Зазвичай ми поділяємо повітряні компресори на чотири категорії залежно від вихідного тиску:
Низький тиск: 0,2~1,0 МПа
Середній тиск: 1,0~10 МПа
Високий тиск: 10~100 МПа
Надвисокий тиск: понад 100 МПа
Гвинтові повітряні компресори зазвичай мають вихідний тиск 0,2~4,0 МПа, що означає, що їхня продуктивність, доцільність та економічність кращі в цьому діапазоні. Це визначається конструкцією та режимом роботи пневматичної частини компресора, а також це сегмент тиску з найбільшим ринковим попитом.
Тиск стисненого повітря, що забезпечується повітряним компресором, головним чином вимірюється коефіцієнтом тиску, який є відношенням вихідного тиску Pd до тиску всмоктування Ps. Чим вище це співвідношення, тим вищий вихідний тиск.
Формула ε=Pd/Ps (6)
Для головного двигуна гвинтового повітряного компресора існує внутрішній коефіцієнт тиску та зовнішній коефіцієнт тиску.
Коефіцієнт внутрішнього тиску: відношення тиску в міжзубному об'ємі головного двигуна до тиску всмоктування, яке визначається положенням і формою всмоктувального та випускного отворів;
Коефіцієнт зовнішнього тиску: відношення тиску у вихлопній трубі до тиску всмоктування. Тиск всмоктування та випуску, необхідний для робочих умов або технологічного потоку.
Коли коефіцієнт внутрішнього тиску ≠ коефіцієнта зовнішнього тиску, головний двигун споживатиме більше потужності; коли коефіцієнт внутрішнього тиску = коефіцієнту зовнішнього тиску, головний двигун знаходиться в найкращому стані.
Для головного двигуна гвинтового повітряного компресора, коли основний двигун, температура навколишнього середовища, тиск всмоктування, швидкість головного двигуна та інші фактори однакові, чим вищий вихідний тиск, тим вище споживання енергії.
Основні характеристики пневматичної частини гвинтового повітряного компресора – потік
Потік зазвичай складається з масового та об'ємного потоку. У галузевих специфікаціях та стандартах повітряних компресорних систем ми зазвичай використовуємо об'ємний потік як метод вимірювання потоку, який у моїй країні також називають об'ємним потоком вихлопних газів або паспортним потоком: за необхідного тиску вихлопних газів об'єм газу, що скидається повітряним компресором за одиницю часу, перетворюється на стан впуску, тобто об'ємне значення тиску всмоктування у впускній трубі першого ступеня, а також температуру та вологість всмоктування. Одиницею вимірювання є м3/хв. Об'ємний потік поділяється на фактичний об'ємний потік та стандартний об'ємний потік.
Зазвичай, зразки, вибірки та заводські таблички машин використовують стандартну об'ємну витрату. Залежно від галузі, регіону та використання, стандартна об'ємна витрата на ринку стисненого повітря має два визначення відповідно до різниці у стандартному стані (температура, тиск та компоненти):
Стандартний стан – тиск P = 101,325 кПа; стандартна температура T = 0 ℃; відносна вологість – 0%. Це часто зустрічається в промисловому газі, хімічній промисловості або тендерній документації, називається «стандартний квадрат», зазвичай з формулою «VN» та одиницею вимірювання Нм3/хв.
Стандартний стан – тиск P = 101,325 кПа; стандартна температура T = 20 ℃; відносна вологість – 0%. Зазвичай це використовується в стандартах промисловості стисненого повітря та називається «стандартними робочими умовами». Символ зазвичай «V», одиниця вимірювання – м3/хв.
Зазвичай, стандартною об'ємною витратою, що використовується в нашій галузі повітряних компресорів, є остання. Перерахунок об'ємної витрати для двох станів можна розрахувати за формулою:
V(м3/хв)=1,0732VN(Нм3/хв) Формула (7)
Для головного двигуна гвинтового повітряного компресора, за тих самих інших умов, чим більша міжосьова відстань ротора, тим більший його об'ємний витрата; чим вища швидкість головного двигуна, тим більший його об'ємний витрата.
Об'ємна витрата V = qv об'єм стиснення головного двигуна × n швидкість головки двигуна Формула (8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 Формула (9)
Де Z1 — кількість зубців охоплюваного ротора; n — швидкість охоплюваного ротора; λ — коефіцієнт форми ротора; D — зовнішній діаметр охоплюваного ротора.
Тому, заради економії, ми зазвичай зменшуємо типи головних двигунів і можемо регулювати об'єм вихлопу повітряного компресора, визначаючи швидкість головного двигуна, щоб задовольнити ринковий попит.
Однак швидкість головного двигуна гвинтового компресора не може бути нескінченно високою, зазвичай від 800 до 10 000 об/хв. Тому виробник головних гвинтових двигунів розробляє головні двигуни з різними діапазонами об'ємної витрати, щоб задовольнити вимоги гвинтового компресора до витрати.
Питома потужність та розрахунок пневматичної частини гвинтового повітряного компресора
Потужність на валу, що споживається об'ємним потоком за одиницю часу під час роботи повітряного компресора. Одиниця питомої потужності: кВт/(м3/хв).
Формула розрахунку така:
SER повітряного блоку = Pd повітряного блоку/qv Формула (10)
Pd повітряного блоку – потужність на валу повітряного блоку;
qv – об’ємна витрата повітряного блоку за одиницю часу
Його питома потужність становить:
SER повітряного кінця = 117/23,1 = 5,065 (кВт/(м3/хв))
Чим менше значення питомої потужності пневматичного блоку гвинтового повітряного компресора, тим менше його енергоспоживання та краща продуктивність пневматичного блоку. За умови постійного потоку, чим вищий вихідний тиск, тим більша потужність на валу пневматичного блоку, а отже, тим більше його значення питомої потужності.
Кожен гвинтовий компресор має оптимальне значення питомої потужності, яке пов'язане зі швидкістю обертання головного двигуна. Коли швидкість обертання головного двигуна занадто низька, витік збільшується, об'єм газу зменшується, а питома потужність вищає; коли швидкість обертання головного двигуна занадто висока, тертя збільшується, потужність на валу збільшується, а питома потужність вищає. Але має бути оптимальна швидкість, при якій питома потужність буде найнижчою. Ось чому не обов'язково правильно стверджувати, що чим більший головний двигун, тим він енергозберігаючий.
Під час проектування гвинтових компресорів та компресорів зі змінною частотою ми повинні забезпечувати якість, враховуючи також економічність, стандартизацію та модульність головного двигуна. Тому ми використовуватимемо криву питомої потужності головного двигуна для проектування та розробки гвинтових компресорів з різним тиском та витратою.
Час публікації: 17 липня 2024 р.
