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兩級壓縮和一級壓縮的區別
發布時間:2017-11-15 作者:管理員
目前,市場上排氣壓力在13bar以下的噴油螺桿空壓機中有單級壓縮和二級壓縮兩種,大家都在宣傳自己的東西好,那么,究竟是一級壓縮螺桿壓縮機省電,還是二級的省呢?本文將就兩者的壓縮效率、節能等問題進行分析和比較。
根據工程熱力學理論,空壓機在壓縮過程中定溫壓縮最省功,這也可從圖一的 P-V(也叫示功圖)得出。面積0-1-2T-3-0為定溫壓縮所需要的功,面積0-1-2m-3-0為多變壓縮(實際壓縮過程)所需要的功。從圖中可以看出,定溫壓縮所需的功要小于多變壓縮的功。因而從消耗功的角度來看,定溫壓縮最為有利。它不但可以減少消耗的功,還能降低壓縮后氣體的溫度,使空壓機材料的使用更為寬廣和經濟,使空壓機的運行更為可靠。
但對于定溫壓縮,要使氣體熱量隨時與外界交換,氣體溫度與外界相等實際工作中是不可能實現的。這只是制造廠家在產品設計生產中努力的方向。為降低壓縮后的氣體溫度和提高空壓機效率、盡可能向定溫壓縮過程靠近(或降低多變指數m值),制造廠家在空壓機設計過程中采取了多種措施。其中分級壓縮加中間冷卻和向壓縮腔內噴油冷卻是最常用的兩種方法。

1、分級壓縮加中間冷卻
分級壓縮加中間冷卻是廣泛應用于空壓機中降低排氣溫度的有效方法。而且分級壓縮后必須經過中間冷卻,使進入到第二級的壓縮空氣進氣溫度等于或接近于第一級的進氣溫度,這樣才能降低排氣溫度和功耗。見圖二,由于二級進氣溫度被冷卻到一級進氣溫度,圖中陰影部分的面積即為所節省的功耗(圖中2m‘-2T‘-2m“-2m-2m‘)。分的級數和中間冷卻過程越多,就越接近定溫過程。但分級過多將增加氣體的流動阻力,而且制造成本也大大增加。因此分級必須合理。

2、向壓縮腔內噴油冷卻
將循環冷卻的少量冷卻油噴成霧狀與氣體一起進入壓縮腔內,噴入的油霧吸收了壓縮空氣在壓縮過程中產生的大量熱量,然后與空氣一起排出空壓機殼體,經油氣分離器分離后循環使用。噴油螺桿空壓機就是該方法最典型的應用實例。它可非常有效地降低排氣溫度和多變指數m值。這也是目前降低空壓機排氣溫度和多變指數m最有效的一種方法,一般情況下它可使m降低到1.2以下。降低的程度取決于噴油量和噴油溫度。圖三中虛線右側為節省的功耗(即圖中面積1-2m-2m‘-1)。
通過上面分析得出,分級壓縮加中間冷卻和噴油冷卻均可降低排氣溫度,節省功耗。而目前動力用噴油螺桿空壓機的多變指數m 值最低已經可降低到1.1左右,接近定溫過程,單級壓比最高可達13bar,而且排氣溫度仍可控制在90度以下。那么有否必要再進行分級壓縮呢?下面再分析一下噴油螺桿空壓機的工作特點:
從上節所知,噴油螺桿空壓機的空壓機已經非常接近定溫過程。如到達飽和狀態后繼續壓縮繼續冷卻的話,將有冷凝水析出。這些冷凝水如果與壓縮空氣一起進入油氣分離器(油箱)內,會使冷卻油乳化,影響潤滑效果。隨著冷凝水的不斷增加,油位也會不斷上升,最后冷卻油將會隨同壓縮空氣進入系統,污染壓縮空氣,對系統造成嚴重后果。因此,為了防止冷凝水的產生,壓縮腔內的溫度不能過低,必須大于冷凝溫度(一定壓力下的冷凝溫度可從有關空氣特性圖表中查得)。如排氣壓力為11bar(A)的空壓機,冷凝溫度為68℃,當壓縮腔內溫度低于68℃時,將有冷凝水析出。因此噴油螺桿空壓機的排氣溫度不能過低,即定溫壓縮的應用在噴油螺桿機中由于冷凝水的問題受到了限制。表2是排氣壓力為10bar(g)的空壓機根據過程方程式計算得到的有關數據表。表2中m表示多變指數,P表示壓力,T表示溫度,in表示進氣,out表示排氣,1表示一級,2表示二級。A表示絕對壓力。
3、數據分析
表1為單級壓縮,多變指數只有1.08,非常接近定溫過程,排氣溫度為77℃,高于冷凝溫度68℃。符合要求。
表2為二級壓縮,下面分三類工況討論:
第一類工況多變指數m與單級壓縮指數相同。采用中間冷卻后,排氣溫度為47.2℃。但由于遠低于冷凝溫度值,壓縮過程中將有大量冷凝水析出,此方案不可取。
第二類工況,為了確保排氣溫度高于冷凝溫度,提高了二級進氣溫度,最后排氣溫度為69℃,符合要求。由于二級進氣溫度接近一級排氣溫度,其熱力過程曲線與單級壓縮非常接近,比單級壓縮所節省的功耗微乎其微。
第三類工況,減少了噴油量,適當提高多變指數,使最終排氣溫度高于冷凝溫度,滿足要求。但一級壓縮過程的過程曲線位于單級壓縮曲線的右邊,二級壓縮的曲線由于采用了中冷,其曲線位置位于單級壓縮曲線的左邊,最后兩者合并后與單級壓縮的功耗差不多。
通過圖表數據的分析,不難看出,分級壓縮可以降低空壓機的排氣溫度,同時也可使空壓機的熱力過程盡可能地向定溫壓縮靠近,以達到節能效果,但并不是絕對的。尤其對于排氣壓力13bar以下的噴油螺桿空壓機而言,由于其在壓縮過程中噴入了低溫的冷卻油,極大地降低了多變指數(m值只有1.1),壓縮過程已經接近了定溫過程,沒必要再進行二級壓縮。如在此噴油冷卻的基礎上再進行分級壓縮,使結構復雜,制造成本提高,還增加了氣體的流動阻力和額外的功耗,有點得不償失。此外,如溫度過低,在壓縮過程中形成冷凝水的話將導致系統狀態惡化,造成嚴重后果。相信大家看到這里,應該比較清楚到底誰好誰壞了!
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