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最全版本|壓縮空氣基本理論知識(一)

  【壓縮機網(wǎng)】一、壓縮目的

  氣體的壓縮有一個基本目的,即以高于原來壓力的壓力傳送氣體。原來的壓力水平可能高低不等,從非常低的絕對壓力(千分之幾公斤)直到幾千公斤;壓力從幾克到幾千公斤;而傳輸?shù)臍饬繌膸琢⒎矫?分直到幾十萬立方米/分。
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  壓縮的具體目的有各種各樣:

  1.在驅(qū)動風(fēng)動工具的壓縮空氣系統(tǒng)中傳遞功率;

  2.為燃燒提供空氣;(90%的從業(yè)者關(guān)注了'壓縮機網(wǎng)'公眾號)

  3.在天然氣管道和城市煤氣分配系統(tǒng)中輸送和分配氣體;

  4.使氣體通過一個過程或系統(tǒng)循環(huán);

  5.制造一個對化學(xué)反應(yīng)更活躍的條件;

  6.出于多種目的制造和維持一個比原來高的壓力水平,辦法是將漏入或流入該系統(tǒng)的氣體或原來就存在的雜氣排出系統(tǒng)。

  二、壓縮方法

  壓縮氣體的辦法有4種: 2種是斷續(xù)氣流法,另2種是連續(xù)氣流法(這是說明性的分類術(shù)語,而不是按熱力學(xué)或功能分類)。這些方法要:

  1.將一定量的連續(xù)氣體截留于某種容器內(nèi),減小其體積從而使壓力升高,然后將壓縮氣體推出容器。

  2.將一定量的連續(xù)氣體截留于某種容器內(nèi),把氣體帶到排氣口但不改變其體積,通過排氣系統(tǒng)的逆流來壓縮氣體,然后將壓縮空氣推出容器。

  3.通過快速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的機械運動來壓縮氣體。轉(zhuǎn)子把速度和壓力傳給流動的氣體(在固定的擴壓器或擋板上速度進一步轉(zhuǎn)化為壓力)。

  4.將氣體送入同種或另一種氣體(通常是,但不一定是蒸汽)的高速噴嘴里,并在擴壓器上將混合氣體的高速度轉(zhuǎn)化為壓力。

  采用方法1和2的壓縮機屬于斷續(xù)氣流類,稱為變?nèi)輭嚎s機;采用方法3的稱為速度型壓縮機;采用方法4的稱為噴射壓縮機,其進氣壓力一般低于大氣壓力。

  三、壓縮機的種類和特點

  下面是各種壓縮機的定義。凸輪式,膜片式和擴散等壓縮機沒有列入其中,是因為它們用途特殊而尺寸相對較小 。

  容積式壓縮機——是將一定量的連續(xù)氣流限制于一個封閉的空間里,使壓力升高。
  往復(fù)式壓縮機——是容積式壓縮機,其壓縮元件是一個活塞,在氣缸內(nèi)作往復(fù)運動。
  回轉(zhuǎn)式壓縮機——是容積式壓縮機,壓縮是由旋轉(zhuǎn)元件的強制運動實現(xiàn)的。
  滑片式壓縮機——是回轉(zhuǎn)式變?nèi)輭嚎s機,其軸向滑片在同圓柱缸體偏心的轉(zhuǎn)子上作徑向滑動。截留于滑片之間的空氣被壓縮后排出。
  液體-活塞式壓縮機——是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機,在其中水或其它液體當(dāng)作活塞來壓縮氣體,然后將氣體排出。
  羅茨雙轉(zhuǎn)子式壓縮機——屬回轉(zhuǎn)容積式壓縮機,在其中兩個羅茨轉(zhuǎn)子互相嚙合從而將氣體截住,并將其從進氣口送到排氣口。沒有內(nèi)部壓縮。
  螺桿壓縮機——是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機,在其中兩個帶有螺旋型齒輪的轉(zhuǎn)子相互嚙合,從而將氣體壓縮并排出。
  速度型壓縮機——是回轉(zhuǎn)式連續(xù)氣流壓縮機,在其中高速旋轉(zhuǎn)的葉片使通過它的氣體加速,從而將速度能轉(zhuǎn)化為壓力。這種轉(zhuǎn)化部分發(fā)生在旋轉(zhuǎn)葉片上,部分發(fā)生在固定的擴壓器或回流器擋板上。
  離心式壓縮機——屬速度型壓縮機,在其中有一個或多個旋轉(zhuǎn)葉輪(葉片通常在側(cè)面)使氣體加速。主氣流是徑向的。
  軸流式壓縮機——屬速度型壓縮機,在其中氣體由裝有葉片的轉(zhuǎn)子加速。主氣流是軸向的。
  混合流式壓縮機——也屬速度型壓縮機,其轉(zhuǎn)子的形狀結(jié)合了離心式和軸流式兩者的一些特點。
  噴射式壓縮機——利用高速氣體或蒸汽噴射流帶走吸入的氣體,然后在擴壓器上將混合氣體的速度轉(zhuǎn)化為壓力。

  四、空壓機的分類及其特點

  三種基本類型的空壓機包括:

  往復(fù)式
  回轉(zhuǎn)式
  離心式
  以上三種類型的空壓機可進一步劃分為:

  裸機和整機
  風(fēng)冷和水冷
  噴油和無油
  讓我們簡單地討論以下這三種類型的空壓機:

  往復(fù)式空壓機
  尺寸為0.7MPa(G) --范圍的0.72Kw 和0.028m3/min 到 932 Kw和176.4m3/min往復(fù)式空壓機是變?nèi)菔綁嚎s機。這種壓縮機將封閉在一個密閉空間內(nèi)的空氣逐次壓縮(縮小其體積)從而提高其氣壓。往復(fù)式空壓機以汽缸內(nèi)的一個活塞作為壓縮位移的原件來完成以上的壓縮過程。

  當(dāng)壓縮過程僅靠活塞的一側(cè)來完成時,該往復(fù)式稱為單作用空壓機,如果靠活塞的二頭來完成時稱為雙作用。往復(fù)式空壓機在每一個氣缸上有許多彈簧式門,只有當(dāng)門兩側(cè)的壓差達到一定值后閥門才會打開。

  當(dāng)氣缸內(nèi)的壓力略低于進氣壓力時,進氣閥門打開,當(dāng)氣缸內(nèi)的壓力略高于排氣壓力時排氣閥門打開。(90%的從業(yè)者關(guān)注了'壓縮機網(wǎng)'公眾號)

  如果壓縮過程由一個汽缸或一組單級的汽缸完成時,該空壓機稱為單級空壓機。許多實際使用工況要超過單級空壓機的能力。壓縮比大?。ㄅ艢?進氣壓力)會引起排氣溫度過熱或其他設(shè)計上的問題。

  許多功率超過75Kw的往復(fù)式空壓機被設(shè)計為多級機組,壓縮過程由雙級或多級組成,級級之間一般有冷卻功能以降低進入下一級的氣溫。

  往復(fù)式空壓機有噴油和無油兩種,具有壓力和氣量的廣泛選擇余地。

  回轉(zhuǎn)式空氣壓縮機
  0.85m3/min -- 85m3/min回轉(zhuǎn)式空壓機是變?nèi)菔綁嚎s機,最普通的回轉(zhuǎn)式空壓機是單級噴油螺桿式空壓機,這種壓縮機在機腔內(nèi)有兩個轉(zhuǎn)子,通過轉(zhuǎn)子來壓縮空氣,內(nèi)部沒有閥門。這種空壓機一般為油冷(冷卻介質(zhì)是空氣或水),這種油起到了密封的作用。

  由于冷卻在空壓機內(nèi)部進行,因此部件不會有很高的溫度,因此,回轉(zhuǎn)式空壓機是連續(xù)工作制可設(shè)計成風(fēng)冷或水冷機組。

  由于結(jié)構(gòu)簡單易損件少,回旋式螺桿空壓機很容易維護,操作,并具有安裝靈活的特點。回轉(zhuǎn)式空壓機可安裝在任何能支撐重量的地面。

  兩級噴油回轉(zhuǎn)式螺桿空壓機在主機部件里帶有兩對轉(zhuǎn)子,壓縮過程由第一級和第二級串接壓縮完成。兩級回轉(zhuǎn)式空壓機具有結(jié)構(gòu)簡單和靈活性以及高效率的特點,兩級回轉(zhuǎn)式螺桿式空壓機可是風(fēng)冷和水冷以及全封裝式。

  無油回轉(zhuǎn)式螺桿空壓機使用特別設(shè)計的主機無需噴油就可進行壓縮,從而產(chǎn)生無油壓縮空氣。無油回旋螺桿式空壓機有風(fēng)冷和水冷兩種,并具有和噴油一樣的靈活性。如你所看到的,回轉(zhuǎn)式螺桿空壓機有風(fēng)冷、水冷、噴油、無油、單級和兩級、在壓力、氣量、結(jié)構(gòu)上有廣泛的適用性。

  離心式空氣壓縮機
  11.2m3/min -- 420m3/min離心式空壓機是一動力型空壓機,他通過旋轉(zhuǎn)的渦輪完成能量的轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)子通過改變空氣的動能和壓力來實現(xiàn)以上的轉(zhuǎn)換。由靜止的擴壓器降低空氣的流速來實現(xiàn)動能向壓力的變換。

  離心式空壓機是無油空壓機,運動齒輪的潤滑油由軸密封和空氣隔離。

  離心式是連續(xù)工況式壓縮機,移動件很少,特別適用于大氣量無油的要求。

  離心式空壓機是水冷式的,典型機組包括后冷卻器和所有的控制裝置。

  用氣量的確定

  確定一個新廠的壓縮空氣要求的傳統(tǒng)方法是將所有用氣設(shè)備的用氣量(m3/min)加起來,再考慮增加一個安全、泄漏和發(fā)展系數(shù)。

  在一個現(xiàn)有工廠里,你只要作一些簡單的測試便可知道壓縮空氣供給量是否足夠。如不能,則可估算出還需增加多少。

  一般工業(yè)上空氣壓縮機的輸出壓力為0.69MPa(G),而送到設(shè)備使用點的壓力至少0.62MPa。這說明我們所用的典型空氣壓縮機有0.69MPa(G)的卸載壓力和0.62MPa(G)的筒體加載壓力或叫系統(tǒng)壓力。有了這些數(shù)字(或某一系統(tǒng)的卸載和加載值)我們便可確定。

  如果筒體壓力低于名義加載點(0.62MPa(G))或沒有逐漸上升到卸載壓力(0.69MPa(G)),就可能需要更多的空氣。當(dāng)然始終要檢查,確信沒有大的泄漏,并且壓縮機的卸載和控制系統(tǒng)都運行正常。

  如果壓縮機必須以高于0.69MPa(G)的壓力工作才能提供0.62MPa(G)的系統(tǒng)壓力,就要檢查分配系統(tǒng)的管道尺寸也許太小,或是阻塞點對于用氣量還需增加多少氣量,系統(tǒng)漏氣產(chǎn)生什么影響以及如何確定儲氣罐的尺寸以滿足間歇的用氣量峰值要求。

  一、測試法--檢查現(xiàn)有空氣壓縮機氣量

  定時氣試驗是一種比較容易精確的檢查現(xiàn)有空氣壓縮機氣量或輸出的方法,這將有助于判斷壓縮空氣的短缺不是由于機器的磨損或故障所造成的。

  下面是進行定時泵氣試驗的程序:

  A.儲氣罐容積,立方米
  B.壓縮機儲氣罐之間管道的容積立方米
  C.(A和B)總?cè)莘e,立方米
  D.壓縮機全載運行
  E.關(guān)閉儲氣罐與工廠空氣系統(tǒng)之間的氣閥
  F.儲氣罐放氣,將壓力降至0.48MPa(G)
  G.很快關(guān)閉放氣閥
  H.儲氣罐泵氣至0.69MPa(G)所需要的時間,秒
  現(xiàn)在你已有了確定現(xiàn)有壓縮機實際氣量所需要的數(shù)據(jù),公式是:

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  式中:

  C=壓縮機氣量,m3/min
  V=儲氣罐和管道容積,m3 (C項)
  P2=最終卸載壓力,MPa(A)(H項+PA)
  P1=最初壓力,MPa(A) (F項+PA)
  PA=大氣壓力,MPa(A)(海平面上為0.1MPa)
  T= 時間, s
  如果試驗數(shù)據(jù)的計算結(jié)果與你廠空氣壓縮機的額定氣量接近,你可以較為肯定,你廠空氣系統(tǒng)的負荷太高,從而需要增加供氣量。

  二、估算法

  V=V現(xiàn)有設(shè)備用氣量+V后處理設(shè)備用氣量+V泄漏量+V儲備量

  三、確定所需的增加壓縮空氣

  根據(jù)將系統(tǒng)壓力提高到所需要壓力的空氣量,就能確定需要增加的壓縮空氣供氣量,

  需要的m3/min=(現(xiàn)有的m3/min)P1/P2

  式中,需要的m3/min=需要的壓縮空氣供氣量

  現(xiàn)有的m3/min=現(xiàn)有的壓縮空氣供氣量

  P2=需要的系統(tǒng)壓力,MPa(A)
  P1=現(xiàn)有的系統(tǒng)壓力,MPa(A)
  需增加的m3/min=需要的m3/min-現(xiàn)有的m3/min

  結(jié)果就告訴你為滿足現(xiàn)有的用氣需求所要增加多少氣量。建議增加足夠的氣量以便不僅滿足目前的用氣要求,還把將來的需求和泄漏因素考慮進去。

  四、系統(tǒng)漏氣的影響

  供氣量不足經(jīng)常是由于或肯定是由于系統(tǒng)的泄漏,空氣系統(tǒng)漏氣是損失動力的一個連續(xù)根源,所以最好應(yīng)當(dāng)使其盡量少一些。幾個相當(dāng)于1/4英寸小孔的小漏點,在0.69MPa壓力下可能漏掉多至2.8M3的壓縮空氣,這等于你損失一臺18.75Kw的空氣壓縮機的氣量,以電力每度0.4元,每年運行8000小時(三班制)計算,這些漏掉的空氣使你白白損失60000元。

  大多數(shù)工廠都會提供維護人員和零件來筑漏。損壞的工具。閥、填料、接頭、滴管和軟管應(yīng)及時檢查和修理。(90%的從業(yè)者關(guān)注了'壓縮機網(wǎng)'公眾號)

  工廠整個系統(tǒng)的泄漏可通過在不供氣情況下測定系統(tǒng)壓力(在儲氣筒體上側(cè))從0.69MPa(G)降到0.62MPa(G)所需要的時間來診斷。利用泵氣試驗我們就可以算出整個系統(tǒng)的泄漏量:

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  如漏氣率超過整個系統(tǒng)氣量的百分之五,就必須筑漏。

  五、選擇壓縮機的規(guī)格

  你一旦確定工廠用氣的氣量(m3/min)和壓力(MPa(G))要求,便可選擇空氣壓縮機的規(guī)格。在選擇時你可能要考慮的因素包括:

  目前的用氣量是多少?工廠擴建后的用氣量要求是多少?一般來說,用氣量的年增長率為10%。是否考慮將來要用特殊的制造工藝和工具?

  理想的做法是回轉(zhuǎn)螺桿式壓縮機和離心式壓縮機所定的規(guī)格應(yīng)保證在調(diào)制和調(diào)節(jié)控制范圍正常工作。

  單作用風(fēng)冷往復(fù)式空氣壓縮機所確定的規(guī)格應(yīng)保證在恒速控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上有30~40%的卸載時間。

  水冷往復(fù)式空氣壓縮機可以連續(xù)工作,但選規(guī)格時最好考慮有20~25%緩沖或卸載時間。

  研究各種型號的空氣壓縮機性能特點以估算動力成本,從而確定哪一種是滿足你廠目前和將來要求要求的最佳選擇。

  工廠漏氣嚴重嗎?是否要筑漏計劃以便最終能減輕壓縮空氣系統(tǒng)的負荷?
  你對所選空氣壓縮機的運行、維護、安裝和性能特點感到滿意嗎?
  在選擇空氣壓縮機及其附加設(shè)備(如干燥機和過濾器)你是否已考慮到壓縮空氣的質(zhì)量要求?
  附加設(shè)備對你選擇空氣壓縮機有何影響?
  你是否考慮過萬一主空氣壓縮機故障時的備用氣量?
  各個班次是否需要用同樣氣量的壓縮空氣?
  所選用的空氣壓縮機在用氣量較低時運轉(zhuǎn)情況怎樣?
  可能要考慮用一臺較小的空氣壓縮機以便節(jié)約能源,避免主空氣壓縮機過多的循環(huán)和磨損。
  工廠是否有需加一考慮的不尋常間歇峰值要求載荷?
  ……
  -未完待續(xù)-
 

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