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離心式壓縮機(jī)系統(tǒng)性節(jié)能多維度對(duì)比分析

   【壓縮機(jī)網(wǎng)】隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展,企業(yè)本身不僅面臨市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng),同時(shí)對(duì)自己的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本也提出了嚴(yán)苛的要求。“節(jié)流”即“開源”,離心式空氣壓縮機(jī)(以下簡(jiǎn)稱離心機(jī))作為通用的空氣壓縮設(shè)備,憑借其壓縮空氣無(wú)油、運(yùn)行效率高的特點(diǎn),越來(lái)越得到用戶的青睞。
 
  但是,大部分用戶只是對(duì)“離心機(jī)非常節(jié)能”有一個(gè)概念上的認(rèn)識(shí),知道離心機(jī)比無(wú)油螺桿壓縮機(jī)等其他壓縮形式更節(jié)能,但沒有系統(tǒng)的從產(chǎn)品本身到實(shí)際使用綜合考慮這個(gè)問題。
 
  本文將從常用壓縮形式比較、市場(chǎng)上各品牌離心機(jī)差異、離心機(jī)空壓站設(shè)計(jì)、日常維護(hù)保養(yǎng)四個(gè)角度,簡(jiǎn)單闡述這四個(gè)因素對(duì)“離心機(jī)是否節(jié)能”的影響。
 
  一、不同壓縮形式的比較
 
  無(wú)油壓縮空氣市場(chǎng)中,主要有螺桿機(jī)、離心機(jī)兩大類,氣量大致范圍如表1.
 
離心式壓縮機(jī)系統(tǒng)性節(jié)能多維度對(duì)比分析
  由表1看出,無(wú)油螺桿機(jī)主要滿足小氣量需求,目前無(wú)油螺桿市場(chǎng)上各個(gè)品牌的競(jìng)爭(zhēng)主要集中在75kW~315kW。
 
  離心機(jī)最小也可以做到25m3/min, 那么,當(dāng)需求氣量在50~70m3/min時(shí),究竟是選擇多臺(tái)無(wú)油螺桿,還是選擇離心機(jī)更合適。
 
離心式壓縮機(jī)系統(tǒng)性節(jié)能多維度對(duì)比分析
 
  1)從空氣壓縮原理角度分析
 
  不考慮各個(gè)品牌螺桿轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)、內(nèi)壓比設(shè)計(jì)等因素,螺桿機(jī)轉(zhuǎn)子間隙是影響效率的關(guān)鍵因素,轉(zhuǎn)子直徑和間隙的比例越高,則壓縮效率越高。同樣,離心機(jī)葉輪直徑和葉輪與蝸殼間隙比例越大,則壓縮效率越高。
 
  2)兩種壓縮方式效率比較
 
  以某68m3/min、8barg用氣需求為例,離心機(jī)與螺桿機(jī)方案的功耗比較,見表2。
 
離心式壓縮機(jī)系統(tǒng)性節(jié)能多維度對(duì)比分析
  由表2可知:
 
  a.68m3/min需求時(shí),離心機(jī)效率比螺桿機(jī)高。
 
  b.根據(jù)壓縮間隙對(duì)效率的影響可以判斷:螺桿機(jī)直徑越大,則效率越高;離心機(jī)氣量越小,葉輪直徑越小,則間隙占比越大,效率呈逐步下降趨勢(shì)。
 
  c.由表3也可以看出,離心機(jī)與螺桿機(jī)在不同工況下,基本保持同樣的變化水平。
 
  3)理論結(jié)合實(shí)際的綜合效率比較
 
  單純的機(jī)器效率比較并不能反映實(shí)際使用的結(jié)果,從實(shí)際使用角度考慮,80%的用戶實(shí)際用氣都存在波動(dòng),見表4典型的用戶用氣需求波動(dòng)示意圖。但離心機(jī)的安全調(diào)節(jié)范圍只有70%~100%,當(dāng)用氣量超過調(diào)節(jié)范圍時(shí),會(huì)出現(xiàn)大量放空,放空即是能源的浪費(fèi),則這臺(tái)離心機(jī)的綜合效率就不高。
 
  如果用戶充分了解自己的用氣波動(dòng)情況,多臺(tái)螺桿機(jī)的搭配,尤其采用N+1、即N臺(tái)定頻螺桿+1臺(tái)變頻機(jī)的方案,用多少氣產(chǎn)多少氣,變頻螺桿實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)氣量的產(chǎn)出,則綜合效率反而比離心機(jī)高。
 
  因此,離心機(jī)到底節(jié)不節(jié)能,不能單純從設(shè)備角度出發(fā),要充分考慮實(shí)際用氣的波動(dòng)。如果想采用50~70m3/min離心機(jī),則需要保證用氣波動(dòng)在15~21m3/min的波動(dòng)范圍,即盡量保證離心機(jī)不放空。如果用戶預(yù)判自己的用氣波動(dòng)超過21m3/min , 則采用螺桿機(jī)方案會(huì)更節(jié)能。
 
  二、離心機(jī)的不同配置
 
  離心機(jī)市場(chǎng)主要由幾大國(guó)際品牌占據(jù),如瑞典阿特拉斯?科普柯、日本IHI-Sullair、美國(guó)英格索蘭等。據(jù)筆者了解,各個(gè)品牌基本只生產(chǎn)擁有核心技術(shù)的離心機(jī)葉輪部分,其他零部件采用全球供應(yīng)商采購(gòu)模式,因此,零部件的品質(zhì)也對(duì)整機(jī)效率有重要的影響。
 
  1)驅(qū)動(dòng)離心機(jī)機(jī)頭的高壓電機(jī)
 
  電機(jī)效率對(duì)離心機(jī)的整體效率影響非常大,配置不同效率的電機(jī),整機(jī)輸入功率計(jì)算差別見表3。
 
離心式壓縮機(jī)系統(tǒng)性節(jié)能多維度對(duì)比分析
 
  由表5可知,高效電機(jī)在離心機(jī)長(zhǎng)期使用中,能有效保證整機(jī)輸入功率最低,進(jìn)而提高整機(jī)的運(yùn)行效率。
 
  國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)頒布的GB 30254-2013《高壓三相籠型異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》中,對(duì)各個(gè)電機(jī)等級(jí)做了詳細(xì)的劃分。其中大于等于2級(jí)能效以上的電機(jī),定義為節(jié)能電機(jī),相信隨著該標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善和推廣,電機(jī)會(huì)作為離心機(jī)是否節(jié)能的重要判斷標(biāo)準(zhǔn)。
 
  2)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)—聯(lián)軸器和齒輪箱
 
  離心機(jī)葉輪采用齒輪增速驅(qū)動(dòng),因此,連軸器的傳動(dòng)效率,高、低速齒輪系統(tǒng)的傳動(dòng)效率、軸承的形式等因素,都會(huì)進(jìn)一步影響離心機(jī)的效率。但這些零部件的設(shè)計(jì)參數(shù)都被作為各個(gè)廠家的保密數(shù)據(jù)不對(duì)外公開,因此,只能從實(shí)際使用過程中做簡(jiǎn)單判斷。
 
  a.連軸器:從長(zhǎng)期運(yùn)行角度考慮,干式疊片連軸器比齒式連軸器的傳動(dòng)效率高,齒式聯(lián)軸器傳動(dòng)效率下降快。
 
  b.齒輪增速系統(tǒng):傳動(dòng)效率下降,則機(jī)器噪音高、振動(dòng)高,葉輪的振動(dòng)值短時(shí)間內(nèi)增高,傳動(dòng)效率下降。
 
  c.軸承:采用多片式滑動(dòng)軸承,可有效保護(hù)帶動(dòng)葉輪的高速軸油膜穩(wěn)定,啟停機(jī)時(shí)不會(huì)對(duì)軸瓦造成磨損。
離心式壓縮機(jī)系統(tǒng)性節(jié)能多維度對(duì)比分析
  3)冷卻系統(tǒng)
 
  離心機(jī)每一級(jí)葉輪壓縮后都需要進(jìn)行冷卻,再進(jìn)入下一級(jí)進(jìn)行壓縮。
 
  a.冷卻:冷卻器的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮不同季節(jié)進(jìn)氣溫度、冷卻水溫度對(duì)冷卻效果的影響。
 
  b.壓降:氣體經(jīng)過冷卻器時(shí),要盡量減少氣體壓降。
 
  c.析出冷凝水:冷卻過程中冷凝水析出越多,下一級(jí)葉輪對(duì)氣體做功比例越多,則氣體壓縮效率越高。
 
  d.排出冷凝水:將冷凝水快速排出冷卻器,同時(shí)不產(chǎn)生壓縮空氣泄露。
 
  卻器的冷卻效果對(duì)整機(jī)效率影響非常大,同時(shí)也考驗(yàn)每一個(gè)離心機(jī)廠家的技術(shù)實(shí)力。
 
離心式壓縮機(jī)系統(tǒng)性節(jié)能多維度對(duì)比分析
 
  4)其他影響離心機(jī)效率的因素
 
  a.進(jìn)氣調(diào)節(jié)門的形式:多片式進(jìn)氣導(dǎo)葉可在調(diào)節(jié)時(shí)對(duì)氣體預(yù)旋,減少一級(jí)葉輪整流,降低一級(jí)葉輪壓比,從而提高離心機(jī)效率。
 
  b.級(jí)間管道:設(shè)計(jì)緊湊的級(jí)間管道系統(tǒng),可以有效降低壓縮過程的壓損。
 
  c.調(diào)節(jié)范圍:更寬的調(diào)節(jié)范圍意味著更少的放空風(fēng)險(xiǎn),也是檢驗(yàn)一臺(tái)離心機(jī)是否具備節(jié)能能力的重要判讀指標(biāo)。
 
  d.內(nèi)表面涂層:離心機(jī)每級(jí)壓縮的排氣溫度90~110℃,內(nèi)部良好的耐溫涂層也是保證長(zhǎng)期高效運(yùn)行的保障。
 
離心式壓縮機(jī)系統(tǒng)性節(jié)能多維度對(duì)比分析
 
  三、空壓站設(shè)計(jì)階段
 
  離心式空壓站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前還處在比較粗放的階段,主要體現(xiàn)在:
 
  1)產(chǎn)氣量與需求量不匹配
 
  一個(gè)空壓站的氣量,在設(shè)計(jì)階段時(shí)會(huì)統(tǒng)計(jì)用氣點(diǎn)、乘以同時(shí)使用系數(shù)等數(shù)據(jù),已經(jīng)留有充足的余量。但實(shí)際采購(gòu)時(shí)要滿足最大、最不利工況這一指標(biāo),加上離心機(jī)選型的因素。因此從實(shí)際結(jié)果看,實(shí)際用氣大多小于采購(gòu)的壓縮機(jī)產(chǎn)氣量,再加實(shí)際用氣波動(dòng)、各品牌離心機(jī)調(diào)節(jié)能力的差別,離心機(jī)會(huì)發(fā)生階段性放空。
 
離心式壓縮機(jī)系統(tǒng)性節(jié)能多維度對(duì)比分析
 
  2)排氣壓力與用氣壓力不匹配
 
  很多離心機(jī)空壓站都只有1~2個(gè)壓力管網(wǎng),以滿足最高壓力點(diǎn)為基準(zhǔn)選擇離心機(jī),但實(shí)際上,最高壓力點(diǎn)氣量需求占比很小,或者有更多低壓力的用氣點(diǎn),需要通過下游減壓閥來(lái)降壓使用。根據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù),離心機(jī)每降低1barg排氣壓力,總運(yùn)行能耗可降低8%。
 
  3)壓力不匹配對(duì)機(jī)器的影響
 
  離心機(jī)只有運(yùn)行在設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)效率才最高,舉例來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)排氣壓力8barg的機(jī)器,實(shí)際排氣壓力在5.5barg, 則要參考6.5barg的實(shí)際運(yùn)行功耗。
 
離心式壓縮機(jī)系統(tǒng)性節(jié)能多維度對(duì)比分析
 
  
  4)空壓站管理不到位
 
  用戶認(rèn)為只要是穩(wěn)定供氣保證生產(chǎn),其他都可以先放一放,以上提到的問題或者說(shuō)節(jié)能點(diǎn),都會(huì)被忽略。那么,實(shí)際運(yùn)行的能耗就會(huì)遠(yuǎn)高于理想狀態(tài),而這種理想狀態(tài),原本可以通過前期更細(xì)致的計(jì)算,對(duì)實(shí)際用氣波動(dòng)的模擬,更詳細(xì)的氣量、壓力劃分、更準(zhǔn)確的選型搭配去實(shí)現(xiàn)。
 
  四、日常維護(hù)保養(yǎng)對(duì)效率的影響
 
  日常維護(hù)保養(yǎng)也對(duì)離心機(jī)是否能高效運(yùn)行起著及其重要的作用,除了機(jī)械設(shè)備常規(guī)的三濾一油、閥門閥體密封件的更換,離心機(jī)還需要注意以下幾點(diǎn):
 
  1)空氣中粉塵顆粒
 
  氣體經(jīng)進(jìn)氣過濾器過濾后,還是會(huì)有細(xì)小粉塵進(jìn)入,長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)沉積在葉輪、擴(kuò)壓器、冷卻器翅片上,影響吸氣量,進(jìn)而影響整機(jī)效率。
 
  2)壓縮過程中氣體特性
 
  壓縮過程中,氣體處于過飽和、高溫高濕狀態(tài),壓縮空氣中的液態(tài)水會(huì)與空氣中酸性氣體結(jié)合,對(duì)氣體內(nèi)壁、葉輪、擴(kuò)壓器等產(chǎn)生腐蝕,影響進(jìn)氣量,也會(huì)降低效率。
 
  3)冷卻水的品質(zhì)
 
  冷卻水中碳酸鹽硬度、總懸粒子物濃度的不同,導(dǎo)致冷卻器水側(cè)結(jié)污結(jié)垢,影響換熱效率,進(jìn)而影響整個(gè)機(jī)器的運(yùn)行效率。
 
  【結(jié)語(yǔ)】
 
  離心機(jī)是目前市場(chǎng)上效率最高的空氣壓縮機(jī)種類,在實(shí)際使用中,要想真正達(dá)到“物盡其用、盡享其效”,不僅需要離心機(jī)廠家不斷研發(fā)更高效的產(chǎn)品;同時(shí),更準(zhǔn)確的選型方案,更貼近實(shí)際的用氣需求,達(dá)到“用多少氣產(chǎn)多少氣、用多高壓力產(chǎn)多高壓力”也顯得尤其重要。此外,加強(qiáng)對(duì)離心機(jī)的維護(hù)保養(yǎng),也是離心機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定高效運(yùn)行的可靠保障。
 
  據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),壓縮空氣的耗電占整個(gè)工業(yè)用電的10%,隨著離心機(jī)使用越來(lái)越廣泛,相信越來(lái)越多的用戶不僅知道“離心機(jī)非常節(jié)能”,同時(shí)也會(huì)從整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)的角度去達(dá)到節(jié)能的目標(biāo),提高企業(yè)自身的競(jìng)爭(zhēng)力,為減少碳排放,維護(hù)綠色地球做出自己的貢獻(xiàn)!
 

標(biāo)簽: 多維度系統(tǒng)性離心式壓縮機(jī)  

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