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常用空气压缩机选型参考

发布时间:2014-03-03 09:23 信息来源:未知 作者:managershkyj


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面对市场上各式各样不同功效的压缩机,很多用户对压缩机的选型上无法有一个确切的认识,有时候是因为对不同压缩机的功效和性能不能完全了解,而导致无法合理选型,无法选择可靠、高效、节能的压缩机型。

根据用户的具体情况和实际工艺要求,选用适合生产需要的空气压缩机。既不宜贪大求洋盲目选择优质高价的机型而多花费不必要的支出,也不能为了节省开支而一味选取故障频发的劣质机型充数,毕竟空气压缩机是工业生产中的重要动力设备。

现将常用的几种压缩机型的优缺点和其适用范围做一个简单的介绍,希望能为用户在选择压缩机的时候做一个参考。

若按照压缩机气体方式的不同,通常将压缩机分为两大类,即容积式和动力式(又名速度式)压缩机。容积式和动力式压缩机由于其结构形式的不同,又做了以下分类:

螺杆压缩机

螺杆压缩机是回转容积式压缩机的一种,在其中两个带有螺旋型齿轮的转子相互啮合,从而将气体压缩并排出。

螺杆空气压缩机按照数目分,分为单螺杆和双螺杆;按压缩过程中是否有润滑油参与分为喷油和无油螺杆空压机,无油压缩机又分为干式和喷水两种。

螺杆空压机总的来说结构简单,易损件少,排气温度低,压比大,尤其不怕气体中带液、带尘压缩,喷油螺杆式压缩机的出现,使动力工艺和制冷用的螺杆式压缩机(包括螺杆式压缩机、螺杆式制冷机等)在国内外得到了飞速的发展。

工作原理

螺杆式空气压缩机是利用阴阳螺杆转子的相互啮合使齿间容积不断减小、气体的压力不断提高,从而连续地产生压缩空气。螺杆式空气压缩机也属于容积式压缩机,但由于螺杆机型的工作原理,决定了相对于活塞式空气压缩机而言,螺杆式空气压缩机供气稳定,一般不需要配备储气罐。工作过程如下图所示。

主要优点

1、可靠性高:螺杆空压机零部件少,易损件少,因而它运转可靠,寿命长。

2、操作维护方便:操作人员不必经过长时间的专业培训,可实现无人值守运转,操作相对简单,可按需要排气量供气。

3、动力平衡性好:螺杆空压机没有不平衡惯性力,机器可以平稳地高速工作,可实现无基础运转,特别适合用作移动式压缩机,体积小,重量轻,占地面积少。

4、适应性强:螺杆空压机具有强制输气的特点,排气量几乎不受排气压力的影响,运转平稳、振动小,排气稳定,在宽广的范围内能保持较高的效率。

5、多相混输:螺杆空压机的转子齿面间实际上留有间隙,因而能耐液体冲击,可压送含液气体、含粉尘气体、易聚合气体等。

6、单位排气量体积小,节省占地面积。

虽说螺杆压缩机具有以上优点,但是要保持螺杆压缩机组工作运行正常,安全可靠,工作寿命长,还必须制定详细的维护计划。最好执行定人操作、定期维护、定期检查保养,使压缩机保持清洁、无油、无污垢。只有全面的掌握维护常识和熟悉故障的解决方法,才能保证压缩机的平稳运行。

应用范围

螺杆压缩机具有可靠性高、维护方便、适应性强等独特的优点,随着对其研究的不断深化和设计技术的持续提高,螺杆压缩机的性能将会得到进一步的改善,其应用领域会越来越广泛。除传统的应用场合外,螺杆压缩机在燃料、电池等新领域的应用将迅速扩大。同时,由于螺杆式压缩机工作可靠性的不断提高,使之在中等制冷量范围内已逐渐替代往复式压缩机,并占据了离心式压缩机的部分市场。

发展趋势

在石化领域,目前国内离心压缩机在高技术和特殊产品等方面还不能满足国内的需要。另外在技术水平、质量、成套性等方面与国外还有差距。随着我国石化生产规模的不断扩大,离心压缩机在大型化方面将面临新的课题,国内在设计制造这些大型气体压缩机上还没有成熟的经验。由于受到单螺杆压缩机的挑战,部分双螺杆空气压缩机市场将被单螺杆压缩机挤占。但国内双螺杆工艺压缩机一直依靠进口,故双螺杆工艺压缩机将是一个发展方向。

活塞式压缩机
活塞式压缩机是一种最常见的容积式压缩机。它由曲柄连杆机构将驱动机的旋转运动变为活塞的往复运动。活塞与气缸共同组成压缩机工作腔,依靠活塞在气缸内的往复运动,并借助进、排气阀的自动开闭,使气体周期性地进入气缸工作腔,进行压缩和排出。

活塞式压缩机主要由三大部分组成;运动机构(曲轴、轴承、连杆、十字头、皮带轮或联轴器等)、工作机构(气缸、活塞、气阀等)与机身。此外还有3个辅助系统:即润滑系统、冷却系统及调节系统。

运动机构是一种曲柄连杆机构,把曲轴的旋转运动变为十字头的往复运动。机身用来支承和安装整个运动机构和工作机构。工作机构是实现压缩机工作原理的主要部件。

工作原理

在气压传动中,通常采用容积型活塞式空气压缩机。活塞式空气压缩机是利用曲轴带动活塞的往复运动使气缸腔内的气体受到压缩而不断地产生压缩空气。活塞式空气压缩机属于容积式压缩机,该机型的工作原理、特性所限,为了供气稳定,一般活塞式空气压缩机都配备有储气罐。

主要优点

1、适用压力范围广。因依靠容积变化的原理工作,因而不论其流量大小,都能达到很高的工作压力。目前已制成低、中、高、超高压各种压缩机,其中工业上超高压压缩机的工作压力可达350MPa(3500kgf/cm2)。

2、设备价格低、初投资少、操作方便、使用寿命长。

3、因压缩过程属封闭过程,所以热效率较高。

4、适应性强,排气量范围广,且受排气压力变化的影响较小,当介质重度改变时,其容积排量和排气压力的变化也较小。

主要缺点

1、惯性力大,转速不能太高,故而机器较笨重,大排量时尤甚。

2、结构复杂,易损件多,维修工作量大、维护费用相对较高。

3、排气不连续,气流压力脉动,易产生气柱振动。

4、运行时振动和噪声较大,设备安装基础要求高。

由于活塞式机械仅能间断地进气、排气,气缸容积较小,活塞往复运动的速度不能太快,因而活塞机械的排气量和发出的功率要受到很大的限制。

适用范围

活塞式压缩机属于一种往复式压缩机,压力等级属于中压、高压、超高压等级,适合压力较高场合适用,流量为中、小流量范围主要适用于中、小排量,压力较高场合。

发展趋势

活塞式压缩机是传统领域应用最广泛的压缩机,但是随着其它回转压缩机等产品的崛起,其在很多领域,比如制冷的市场正逐步缩小。

国内石化领域的重点乙烯建设工程以及近年来在煤炭领域的大力整顿,都将带动活塞式压缩机技术及其行业的发展。活塞式压缩机主要是向大容量、高压力、低噪声、高效率、高可靠性等方向发展;不断开发变工况条件下运行的新型气阀,提高气阀寿命;在产品设计上,应用热力学、动力学理论,通过综合模拟预测压缩机在实际工况下的性能;强化压缩机的机电一体化,采用计算自动控制,实现优化节能运行和联机运行。

为发扬优点,克服缺点,在结构参数上趋向高转速、短行程,使结构紧凑。同时延长气阀、密封元件等易损件的寿命,以提高运转率。随着优化设计理论和计算机技术的发展,为合理选取设计参数,提高效益开创了新的前景。

如何选型

1)、选型以“以需定型”

结合客户的需要,找到最佳的运行经济性,将来扩大规模均需要作出大量的决策。决策的基础是压缩空气的用途或使用流程,着眼点计算空气需求量,储备量和将来扩展的余地,而压力是一决定因素,对能耗有很大影响,不同的压力范围用不同的压缩机有时可能是经济性。

2)、工作压力的计算

压缩空气的设备决定了必需的工作压力取决于压缩机,设备、管路,最高的工作压力决定必需的装置压力,而耗气地点用减压阀来满足设备需求,在极端情况下,配一台单独空压机很不经济。

工作压力:最终用户+末级过滤+管路系统+尘粒过滤+干燥机+压缩机调节幅度

压力越高,耗电愈大,须考虑配管尺寸大小及长度所造成的压力降。列出各种机种之使用压力,如使用压力相差太多,则须购置不同压力之空压机,不可降低压力使用,以增加费用支出。

3)、空气需用量计算

压缩空气是将电能转化为空气势能,并借助压缩空气的膨胀对外做功的一种清洁的动力,但是它对电能的消耗也是非常大的。一般说来,将1m3的空气压缩至 0.7MPa所需消耗的电能约为7kW。据统计,空压站对电能的消耗约占整个企业电能总消耗的20%。这意味着节约压缩空气并合理利用压缩空气将为您带来新的利润空间!

空气需用量:将全部工具+机器设备+相关流程空气消耗量+泄漏+磨损+未来用气+使用系数(采用标准值20%)

4)、压缩机的数量与规格的确定

根据所需的灵活程度+控制系统+能量的效率

(1)、选用一台大机还是选用多台小机?

生产中停机事件的费用,电力的利用率,载(荷)的变化情况,压缩空气系统的成本,可利用楼面的空间。由于费用的原因,一个装置中只用一台压缩机供应全部空气,那幺这个系统可以准备一个移动式压缩机的快速接口供使用时相接,可以用一台旧的空压机作为不昂贵的备用动力提供储备气源。

(2)稳定性(一直非常重要的问题);

(3)能耗支出

①管路泄漏;②用气需求每时每刻不断的波动(这是最易被忽视的,也最为严重)

③单机的输出效率(选择最好范围的输出效率机型)

(4)零配件的通用化

多台110KW机型的优化组合可能是40-160m3/min,用气范围的最好选择。

(5)、运行分析

应在一个星期内观察,测量能量回收有90%以上回收。工作压力在某段时间内,经常下降控制系统可以参照生产的改变作出修改,改进空压机的使用另一因素检查是否漏气。

注意耗能比值,以求省电:实际排气量/实耗马达功率,值越大越耗电。

2、冷冻式干燥机的选型

贵公司为了去除空气中的水份,用到了吸附式干燥机,可见用气设备和工具对空气质量要求很高。

冷冻式干燥机的选型通常情况下只需根据空气压缩机的流量,选择处理量等于或略大于空气压缩机流量的干燥机即可。

对于对冷冻式干燥机空气中的水份要求较高,而又无需使用到吸附式干燥机的企业,可将冷冻式干燥机加大一级配或选用两台干燥机并列的方式。

3、吸咐式干燥机的选型

1)、无热再生 (PSA)

在使用一段时间之后干燥剂会趋于饱和,并须使其干燥再生,最简单而常用的办法便是由另一槽的出口引出一部份已干燥的空气,经过减压膨胀之后将潮湿的干燥剂吹干,对无热再生式的干燥机而言,约须14%额定流量的空气来使它完全再生。

适用于小空气流量再生过程利用压缩空气,其耗气量在7bar工作压力下需要15-20%的压缩空气,压力露点为-40ºC。吸干机压力露点越低,需要耗气量越大。

2)、加热再生 (TSA)

另外若是在干燥槽中加上一些加热装置,如加热棒等,于干燥剂再生时提高其温度至200℃便可使用较少的再生空气量,省下大量能源的耗用。仅须4%的再生空气便可达到完全再生的目的,省下约10%的压缩空气量。一般而言加热再生通常用在较大的机组或是压缩空气流量受到限制的地点,虽然其启始投资较高,但长期使用下却可节省下较多的成本。

加热再生通常用在较大的机组或是压缩空气流量较大情况下使用。

1)微热再生

微热再生型吸附式干燥机是颇具中国特色的压缩空气吸附式干燥器,设计初衷是想调和无热与有热干燥器的特点,生产一种再生气耗即比无热式小,加热功耗有比加热式少的干燥器。

在结构上微热型用本身产生的干燥空气进行脱附,并用外加热源对脱附用气进特微加热。这样做的目的据说是可以节约再生气耗。但理论研究表明,实际情况并不是这样理想;少量被加热到一定温度的再气在进入到再生塔后,温度立即被大量吸附剂所吸收,换言之,要使再生排气温度达到需要值,首先要使塔内吸附剂达到这个温度,这就要消耗大量再生气。

微热再生式用自身的干燥空气经减压后对吸附剂进行脱附,由于水分压低,因此如同无热再生式一样,即使不对其加温,也具备了使吸附剂脱附的能力。通过加温以使气体在出是携带更多的水汽,从而节约再生气量。再生排气的温度越高,再生气耗越少——这是微热式的设计思想。

与有热式一样,微热式不仅存在脱附温度问题,而且还存在脱附过程所需热量的问题。因为在加热附用气的同时,金属筒体与吸附剂是一起升温的,而且这些附带升温所需的热量大大超过脱附气本身所需的热量。如果说,脱附阶段所需的热量经计算后由外设电加热设备的功率决定的话,那幺进入再生塔的热量却要以脱附气为载体。就是说,取自干燥器本身的压缩空气不仅仅用来使吸附剂脱附,而且还要担负起加热吸附剂及金属塔体的额外任务。结果使耗气量大大增加。而上述步骤还只是整个再生过程的第一步,在吸附剂吹冷阶段还将消耗大致相等的气量。所以一般来说,在取得与无热式相同效果的情况下,微热式可以节约再生气耗是不一定的。微热式以变压吸附原理对吸附剂进行脱附。但由于对再生气进行了加热在吸附剂理生后期还必须对其吹冷,所以它是长周期工作的干燥器(半工作周期长达 1~4小时)。它的吸附剂比充填量比无热式的要小。因此单位质量吸附剂所吸附的水份比无热式的要多得多,这会对露点指针带来负面影响。

另外有热式所存在的弊病在微热式中都有所体现,在再生耗能方面微热式是否比有热式少还不能一概而论,若处理不当完全有可能出现综合耗能更大的局面。与无热式比起来,要达到相同的处理效果,微热式的综合耗能更大是确凿无疑的。

因此,除非出现空压机严重不足而工厂供电极为富裕的情况,选用微热式并没有突出的理由。

结论:无论选择上面三种的哪一种都需要压缩空气,在空气压缩机的选型上要把吸干机所需的再生空气考量进去。

4、管路过滤器的选型

管路过滤器的选型通常情况下只需根据空气压缩机的流量,选择处理量等于或略大于空气压缩机流量的过滤器即可。

管路过滤器有不同的精度,对精度的选择,取决于企业对空气品质的要求。目前针对市场上使用较多的空气压缩机主要分为螺杆式空气压缩机和活塞式空气压缩机。因活塞式空气压缩机的压缩空气含油量在25-150PPM,需要三级过滤,对于螺杆式空气压缩机因压缩空气含油量通常在2-3PPM,故在过滤器的选择上一般再经过两级过滤处理就可以满足客户对空气品质的要求,当然,特殊情况我们也可以通过增加活性碳过滤器来进行处理。

5、储气罐的选型

通常简便的方法是空压机出气量(m3/min为单位)的15-30%。若是想加以计算,则以下的公式可用。

V = 空气桶体积; Q = 空压机空量(m3/min);8 = 常数(一般用于7bar时);

△P = 压差(bar,通常至少设定于0.6-1bar)

另外,在选型时,还要针对客户需要,确定工作压力,既满足了客户需要,又可节省投入成本。


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