简介 空气压缩机的工作原理 我们知道,压缩机在1640年由德国试制成功到目前已有几**历史。压缩机是一种将气体压缩从而提高气体压力或输送气体的机器,例如:活塞式空压机是由电动机带动皮带轮通过联轴器直接驱动曲轴,带动连杆与活塞杆,使活塞在压缩机气缸内作往复运动,完成吸入、压缩、排出等过程,将无压或低压气体升压,并输出到储压罐内。其中,活塞组件,活塞与汽缸内壁及汽缸盖构成容积可变的工作腔,在曲柄连杆带动下,在汽缸内作往复运动以实现汽缸内气体的压缩。 空气压缩机在国民经济和*建设的许多部门中应用较广,特别是在石油、化工、动力等工业领域中已成为必不可少的关键设备,是许多工业部门工艺流程中的核心设备。提供自动化生产所需的压缩空气足够的供气压力,是生产流程顺畅之要素,瞬间的压降,即会影响产品品质。 原系统存在的问题 由于空压机不能排除在满负荷状态下长时间运行的可能性,所以只能按较大需要来决定电动机的容量,设计余量一般偏大。工频起动设备时的冲击大,电机轴承的磨损大,所以设备维护量大。虽然都是降压启动,但起动时的电流仍然很大,会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全,而且大多数是连续运行,由于一般空气压缩机的拖动电机本身不能调速,因此就不能直接使用压力或流量的变动来实现降速调节输出功率的匹配,电机不允许频繁启动,导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行,电能浪费巨大。 经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化,不能保持恒定的工作压力延长压缩机的使用寿命。空压机的有些调节方式(如调节阀门或调节卸载等方式)即使在需要流量较小的情况下,由于电机转速不变,电机功率下降幅度比较小。 综上所述,若能采用变频调速技术,当流量需要量减少时,就可降低电动机的转速,从而较大幅度减小电动机的运行功率,便可以实现节能的目的变频改造方案设计要求 根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求,空压机变频改造后系统应满足以下要求: 1) 主电机变频运行状态保持储气罐出口压力稳定,压力波动范围不**过±0.02Mpa; 2) 系统应具有变频和工频两套控制回路,确保变频出现异常跳保护时,不影响生产; 3) 在用电气量小的情况下,变频器处在低频运行时,应**电机绕组温度和电机的噪音不**过允许的范围。 工作原理 螺杆压缩机的工作循环可分为吸气过程(包括吸气和封闭过程)、压缩过程和排气过程。随着转子旋转每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环,为简单起见我们只对其中的一对齿进行研究。 螺杆空压机的构成 一台喷油螺杆空压机组主要由主机和辅机两大部分组成,主机包括螺杆空压机主机和主电机,辅机包括进排气系统、喷油及油气分离系统、冷却系统、控制系统和电气系统等。 在进排气系统中,自由空气经过进气过滤器滤去尘埃、杂质之后,进入空压机的吸气口,并在压缩过程中与喷入的润滑油混合。经压缩后的油气混合物被排入油气分离桶中,经一、二次油气分离,再经过较小压力阀、后部冷却器和气水分离器被送入使用系统。 在喷油及油气分离系统中,当空压机正常运转时,油气分离桶中的润滑油依靠空压机的排气压力和喷油口处的压差,来维持在回路中流动。润滑油在此压差的作用下,经过温控阀进入油冷却器,再经过油过滤器除去杂质微粒后,大多数的润滑油被喷入空压机的压缩腔,起到润滑、密封、冷却和降噪的作用;其余润滑油分别喷入轴承室和增速齿轮箱。喷入压缩腔中的那一部分油随着压缩空气一起被排入油气分离桶中,经过离心分离绝大多数的润滑油被分离出来,还有少量的润滑油经过滤芯进行二次分离,被二次分离出来的润滑油经过回油管返回到空压机的吸气口等低压端。 ①润滑油的作用: 冷却作用 作为冷却剂,它可有效控制压缩放热引起的温升; 润滑作用 作为润滑剂,它可在转子间形成润滑油膜; 密封作用 作为密封剂,它可填补转子与壳体以及转子与转子之间的泄漏间隙。 降噪作用 喷入的油是粘性流体,对声能和声波有吸收和阻尼作用,一般喷油后噪声可降低10~20dB(A)。 ②较小压力阀的作用 保证较低的润滑油循环压力; 作为止回阀,以避免在空压机停机或无负荷情况下,供气管线内的压缩空气回流到机组内; 保证油气分离器滤芯前后有一定的压差,以免刚开机时滤芯前后压差过大造成挤破的现象。 ③温控阀的作用 维持润滑油温**压力露点温度以上,以免空气中的水份析出。 ④油气分离桶的作用 作为初级油气分离的装置,它可将直径大于1μm的油滴采用机械碰撞法被有效地分离出来; 作为空压机润滑油的储油器; 作为油气分离器滤芯的支撑体,该滤芯可将直径1μm以下的油滴先聚结为直径更大的油滴,然后再分离出来。 螺杆式空压机主机部分工作原理 一、主机/电机系统: 单螺杆空压机又称蜗杆空压机,单螺杆空压机的啮合副由一个6头螺杆和2个11齿的星轮构成。蜗杆同时与两个星轮啮合即使蜗杆受力平衡,又使排量增加一倍。我们通常说的螺杆式压缩机一般指双螺杆式压缩机。螺杆式(即双螺杆)制冷压缩机具有一对互相啮合、相反旋向的螺旋形齿的转子。其齿面凸起的转子称为阳转子,齿面凹下的转子称为阴转子。随着转子在机体内的旋转运动,使工作容积由于齿的侵入或脱开而不断发生变化,从而周期性地改变转子每对齿槽间的容积,来达到吸气、压缩和排气的目的主机是螺杆机的核心部件,任何品牌的螺杆机其主机结构和工作机理都是相近的。 (1)吸气过程 转子旋转时,阳转子的一个齿连续地脱离阴转子的一个齿槽,齿间容积逐渐扩大,并和吸气孔口连通,气体经吸气孔口进齿间容积,直到齿间容积达到较大值时,与吸气孔口断开,由齿与内壳体共同作用封闭齿间容积,吸气过程结束。值得注意的是,此时阳转子和阴转子的齿间容积彼此并不连通。 2)压缩过程 转子继续旋转,在阴、阳转子齿间容积连通之前,阳转子齿间容积中的气体,受阴转子齿的侵入**压缩;经某一转角后,阴、阳转子齿间容积连通,形成“V”字形的齿间容积对(基元容积),随两转子齿的互相挤入,基元容积被逐渐推移,容积也逐渐缩小,实现气体的压缩过程。压缩过程直到基元容积与排气孔口相连通时为止。 (3)排气过程 由于转子旋转时基元容积不断缩小,将压缩后气体送到排气管,此过程一直延续到该容积较小时为止。 随着转子的连续旋转,上述吸气、压缩、排气过程循环进行,各基元容积依次陆续工作,构成了螺杆式制冷压缩机的工作循环。 从以上过程的分析可知,两转子转向互相迎合的一侧,即凸齿与凹齿彼此迎合嵌入的一侧,气体受压缩并形成较高压力,称为高压力区;相反,螺杆转向彼此相背离的一侧,即凸齿与凹齿彼此脱开的一侧,齿间容积在扩大形成较低压力,称为低压力区。此两区域借助于机壳、转子的接触线而隔开,可以粗略地认为两转子的轴线平面是高、低压力区的分界面。另外,由阴阳转子间啮合线构成的螺旋形通道使得基元容积内的气体边压缩边由吸气端向排气端作螺旋运动。 螺杆式压缩机作为回转式压缩机的一种,在结构上具有离心式压缩机的特点,工作原理上则又属于容积式压缩机的范畴。 缺点: 1. 螺旋形转子的空间曲面的加工精度要求高; 2. 转子间的啮合线无法实现较好的级间密封以及受转子刚度等的限制,目前螺杆式压缩机还不能达到较高的终了压力 ; 3. 介质周期性地高速通过吸、排气孔口,通过缝隙的泄漏等原因,使压缩机噪声大,需要采取消音减噪措施 ; 4. 由于以上特点, 螺杆式压缩机一般应用于下列工况: 1. 流量不是很高 2. 需长周期平稳运行 3. 排气压力不高机壳: 由机体、吸气端座和排气端座组成,是压缩机的主要组成部分。机体是连接各零部件的中心部件,它为各零部件提供正确的装配位置,保证阴、阳转子在气缸内啮合,可靠地进行工作。其端面形状为∞形,这与两个啮合转子的外圆柱面相适应,使转子精确地装入机体内。在机体内壁面设有符合转子转角要求的径向吸气孔口,保证转子在旋转中顺利实现吸气过程。 吸、排气端座是位于机体前后两端的密封连接件,它除作机体的端面密封外,更重要的是提供了阴、阳转子和支承转子的轴承装配位置。转子: 实现变容式压缩的主要部件,由阴、阳转子组成。转子齿形是用高精度的**机床、**加工而成,是压缩机的关键零件之一。转子型线常为单边非对称摆线——圆弧型线。 阴、阳转子在结构上有以下两种方式: 1. 阳转子与电动机联接为主动转子,传递转矩,同时、通过啮合关系带动阴转子(从动转子)旋转。 2. 阴、阳转子通过各自的从动齿轮与电机带动的主动齿轮啮合,传递转矩轴承: 轴承是支承阴、阳转子,并保证转子高速旋转的零件。其中电机端一般采用滚柱轴承,起支撑作用。其次,转子在旋转并压缩气体时,会产生轴向推力,为了克服这种轴向力,转子的另一端采用斜柱轴承,既克服转子旋转的轴向力,还承受径向力。 螺杆压缩机绝大部分采取喷油式润滑。通过润滑油与节支混合进入压缩机,随着介质的流动对机器进行润滑和密封。其优点如下 1)降低排气温度。 2)减少工质泄漏,提高密封效果。 3)增强对零部件的润滑,提高零部件寿命。 4)对声波有吸收和阻尼作用,可以降低噪声。 5)冲洗掉机械杂质,减少磨损。 但由于喷油量较大,所以必须增设润滑油系统,压缩机出口也必须增设油气分离器,这将增大机组的体积和复杂性。 同时,对于不允 许污染的介质则不能采用这种方式。所以,也有部分螺杆压缩机机内是无油润滑。丁二烯装置的循环压缩机(12-C-1231)即是无油润滑。 采用无油润滑的压缩机对阴阳转子的啮合间隙、转子的刚度和质量以及整个机组的加工质量都要求较高。冷却/分离系统: 冷却系统是空气压缩机中非常重要的部分之一,因为空气被压缩后释放出大量的热,这些热量都要靠冷却系统作热交换后带走。冷却系统分风冷式和水冷式两大类1)风冷式冷却系统 风冷式冷却系统包含风扇和冷却器两大部件,冷却器采用铝制板翅式换热器,风扇将冷空气强制吹向冷却器,空气在流过冷却器散热翅片时,与压缩空气或润滑油做热交换,将热量带走,达到冷却压缩空气和冷却润滑油的效果。