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最全版本|压缩空气基本理论知识(一)

  【中国压缩机网】一、压缩目的

  气体的压缩有一个基本目的,即以高于原来压力的压力传送气体。原来的压力水平可能高低不等,从非常低的绝对压力(千分之几公斤)直到几千公斤;压力从几克到几千公斤;而传输的气量从几立方米/分直到几十万立方米/分。
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  压缩的具体目的有各种各样:

  1.在驱动风动工具的压缩空气系统中传递功率;

  2.为燃烧提供空气;(90%的从业者关注了'压缩机网'公众号)

  3.在天然气管道和城市煤气分配系统中输送和分配气体;

  4.使气体通过一个过程或系统循环;

  5.制造一个对化学反应更活跃的条件;

  6.出于多种目的制造和维持一个比原来高的压力水平,办法是将漏入或流入该系统的气体或原来就存在的杂气排出系统。

  二、压缩方法

  压缩气体的办法有4种: 2种是断续气流法,另2种是连续气流法(这是说明性的分类术语,而不是按热力学或功能分类)。这些方法要:

  1.将一定量的连续气体截留于某种容器内,减小其体积从而使压力升高,然后将压缩气体推出容器。

  2.将一定量的连续气体截留于某种容器内,把气体带到排气口但不改变其体积,通过排气系统的逆流来压缩气体,然后将压缩空气推出容器。

  3.通过快速旋转的转子的机械运动来压缩气体。转子把速度和压力传给流动的气体(在固定的扩压器或挡板上速度进一步转化为压力)。

  4.将气体送入同种或另一种气体(通常是,但不一定是蒸汽)的高速喷嘴里,并在扩压器上将混合气体的高速度转化为压力。

  采用方法1和2的压缩机属于断续气流类,称为变容压缩机;采用方法3的称为速度型压缩机;采用方法4的称为喷射压缩机,其进气压力一般低于大气压力。

  三、压缩机的种类和特点

  下面是各种压缩机的定义。凸轮式,膜片式和扩散等压缩机没有列入其中,是因为它们用途特殊而尺寸相对较小 。

  容积式压缩机——是将一定量的连续气流限制于一个封闭的空间里,使压力升高。
  往复式压缩机——是容积式压缩机,其压缩元件是一个活塞,在气缸内作往复运动。
  回转式压缩机——是容积式压缩机,压缩是由旋转元件的强制运动实现的。
  滑片式压缩机——是回转式变容压缩机,其轴向滑片在同圆柱缸体偏心的转子上作径向滑动。截留于滑片之间的空气被压缩后排出。
  液体-活塞式压缩机——是回转容积式压缩机,在其中水或其它液体当作活塞来压缩气体,然后将气体排出。
  罗茨双转子式压缩机——属回转容积式压缩机,在其中两个罗茨转子互相啮合从而将气体截住,并将其从进气口送到排气口。没有内部压缩。
  螺杆压缩机——是回转容积式压缩机,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。
  速度型压缩机——是回转式连续气流压缩机,在其中高速旋转的叶片使通过它的气体加速,从而将速度能转化为压力。这种转化部分发生在旋转叶片上,部分发生在固定的扩压器或回流器挡板上。
  离心式压缩机——属速度型压缩机,在其中有一个或多个旋转叶轮(叶片通常在侧面)使气体加速。主气流是径向的。
  轴流式压缩机——属速度型压缩机,在其中气体由装有叶片的转子加速。主气流是轴向的。
  混合流式压缩机——也属速度型压缩机,其转子的形状结合了离心式和轴流式两者的一些特点。
  喷射式压缩机——利用高速气体或蒸汽喷射流带走吸入的气体,然后在扩压器上将混合气体的速度转化为压力。

  四、空压机的分类及其特点

  三种基本类型的空压机包括:

  往复式
  回转式
  离心式
  以上三种类型的空压机可进一步划分为:

  裸机和整机
  风冷和水冷
  喷油和无油
  让我们简单地讨论以下这三种类型的空压机:

  往复式空压机
  尺寸为0.7MPa(G) --范围的0.72Kw 和0.028m3/min 到 932 Kw和176.4m3/min往复式空压机是变容式压缩机。这种压缩机将封闭在一个密闭空间内的空气逐次压缩(缩小其体积)从而提高其气压。往复式空压机以汽缸内的一个活塞作为压缩位移的原件来完成以上的压缩过程。

  当压缩过程仅靠活塞的一侧来完成时,该往复式称为单作用空压机,如果靠活塞的二头来完成时称为双作用。往复式空压机在每一个气缸上有许多弹簧式门,只有当门两侧的压差达到一定值后阀门才会打开。

  当气缸内的压力略低于进气压力时,进气阀门打开,当气缸内的压力略高于排气压力时排气阀门打开。(90%的从业者关注了'压缩机网'公众号)

  如果压缩过程由一个汽缸或一组单级的汽缸完成时,该空压机称为单级空压机。许多实际使用工况要超过单级空压机的能力。压缩比大小(排气/进气压力)会引起排气温度过热或其他设计上的问题。

  许多功率超过75Kw的往复式空压机被设计为多级机组,压缩过程由双级或多级组成,级级之间一般有冷却功能以降低进入下一级的气温。

  往复式空压机有喷油和无油两种,具有压力和气量的广泛选择余地。

  回转式空气压缩机
  0.85m3/min -- 85m3/min回转式空压机是变容式压缩机,最普通的回转式空压机是单级喷油螺杆式空压机,这种压缩机在机腔内有两个转子,通过转子来压缩空气,内部没有阀门。这种空压机一般为油冷(冷却介质是空气或水),这种油起到了密封的作用。

  由于冷却在空压机内部进行,因此部件不会有很高的温度,因此,回转式空压机是连续工作制可设计成风冷或水冷机组。

  由于结构简单易损件少,回旋式螺杆空压机很容易维护,操作,并具有安装灵活的特点。回转式空压机可安装在任何能支撑重量的地面。

  两级喷油回转式螺杆空压机在主机部件里带有两对转子,压缩过程由第一级和第二级串接压缩完成。两级回转式空压机具有结构简单和灵活性以及高效率的特点,两级回转式螺杆式空压机可是风冷和水冷以及全封装式。

  无油回转式螺杆空压机使用特别设计的主机无需喷油就可进行压缩,从而产生无油压缩空气。无油回旋螺杆式空压机有风冷和水冷两种,并具有和喷油一样的灵活性。如你所看到的,回转式螺杆空压机有风冷、水冷、喷油、无油、单级和两级、在压力、气量、结构上有广泛的适用性。

  离心式空气压缩机
  11.2m3/min -- 420m3/min离心式空压机是一动力型空压机,他通过旋转的涡轮完成能量的转换,转子通过改变空气的动能和压力来实现以上的转换。由静止的扩压器降低空气的流速来实现动能向压力的变换。

  离心式空压机是无油空压机,运动齿轮的润滑油由轴密封和空气隔离。

  离心式是连续工况式压缩机,移动件很少,特别适用于大气量无油的要求。

  离心式空压机是水冷式的,典型机组包括后冷却器和所有的控制装置。

  用气量的确定

  确定一个新厂的压缩空气要求的传统方法是将所有用气设备的用气量(m3/min)加起来,再考虑增加一个安全、泄漏和发展系数。

  在一个现有工厂里,你只要作一些简单的测试便可知道压缩空气供给量是否足够。如不能,则可估算出还需增加多少。

  一般工业上空气压缩机的输出压力为0.69MPa(G),而送到设备使用点的压力至少0.62MPa。这说明我们所用的典型空气压缩机有0.69MPa(G)的卸载压力和0.62MPa(G)的筒体加载压力或叫系统压力。有了这些数字(或某一系统的卸载和加载值)我们便可确定。

  如果筒体压力低于名义加载点(0.62MPa(G))或没有逐渐上升到卸载压力(0.69MPa(G)),就可能需要更多的空气。当然始终要检查,确信没有大的泄漏,并且压缩机的卸载和控制系统都运行正常。

  如果压缩机必须以高于0.69MPa(G)的压力工作才能提供0.62MPa(G)的系统压力,就要检查分配系统的管道尺寸也许太小,或是阻塞点对于用气量还需增加多少气量,系统漏气产生什么影响以及如何确定储气罐的尺寸以满足间歇的用气量峰值要求。

  一、测试法--检查现有空气压缩机气量

  定时气试验是一种比较容易精确的检查现有空气压缩机气量或输出的方法,这将有助于判断压缩空气的短缺不是由于机器的磨损或故障所造成的。

  下面是进行定时泵气试验的程序:

  A.储气罐容积,立方米
  B.压缩机储气罐之间管道的容积立方米
  C.(A和B)总容积,立方米
  D.压缩机全载运行
  E.关闭储气罐与工厂空气系统之间的气阀
  F.储气罐放气,将压力降至0.48MPa(G)
  G.很快关闭放气阀
  H.储气罐泵气至0.69MPa(G)所需要的时间,秒
  现在你已有了确定现有压缩机实际气量所需要的数据,公式是:

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  式中:

  C=压缩机气量,m3/min
  V=储气罐和管道容积,m3 (C项)
  P2=最终卸载压力,MPa(A)(H项+PA)
  P1=最初压力,MPa(A) (F项+PA)
  PA=大气压力,MPa(A)(海平面上为0.1MPa)
  T= 时间, s
  如果试验数据的计算结果与你厂空气压缩机的额定气量接近,你可以较为肯定,你厂空气系统的负荷太高,从而需要增加供气量。

  二、估算法

  V=V现有设备用气量+V后处理设备用气量+V泄漏量+V储备量

  三、确定所需的增加压缩空气

  根据将系统压力提高到所需要压力的空气量,就能确定需要增加的压缩空气供气量,

  需要的m3/min=(现有的m3/min)P1/P2

  式中,需要的m3/min=需要的压缩空气供气量

  现有的m3/min=现有的压缩空气供气量

  P2=需要的系统压力,MPa(A)
  P1=现有的系统压力,MPa(A)
  需增加的m3/min=需要的m3/min-现有的m3/min

  结果就告诉你为满足现有的用气需求所要增加多少气量。建议增加足够的气量以便不仅满足目前的用气要求,还把将来的需求和泄漏因素考虑进去。

  四、系统漏气的影响

  供气量不足经常是由于或肯定是由于系统的泄漏,空气系统漏气是损失动力的一个连续根源,所以最好应当使其尽量少一些。几个相当于1/4英寸小孔的小漏点,在0.69MPa压力下可能漏掉多至2.8M3的压缩空气,这等于你损失一台18.75Kw的空气压缩机的气量,以电力每度0.4元,每年运行8000小时(三班制)计算,这些漏掉的空气使你白白损失60000元。

  大多数工厂都会提供维护人员和零件来筑漏。损坏的工具。阀、填料、接头、滴管和软管应及时检查和修理。(90%的从业者关注了'压缩机网'公众号)

  工厂整个系统的泄漏可通过在不供气情况下测定系统压力(在储气筒体上侧)从0.69MPa(G)降到0.62MPa(G)所需要的时间来诊断。利用泵气试验我们就可以算出整个系统的泄漏量:

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  如漏气率超过整个系统气量的百分之五,就必须筑漏。

  五、选择压缩机的规格

  你一旦确定工厂用气的气量(m3/min)和压力(MPa(G))要求,便可选择空气压缩机的规格。在选择时你可能要考虑的因素包括:

  目前的用气量是多少?工厂扩建后的用气量要求是多少?一般来说,用气量的年增长率为10%。是否考虑将来要用特殊的制造工艺和工具?

  理想的做法是回转螺杆式压缩机和离心式压缩机所定的规格应保证在调制和调节控制范围正常工作。

  单作用风冷往复式空气压缩机所确定的规格应保证在恒速控制系统的基础上有30~40%的卸载时间。

  水冷往复式空气压缩机可以连续工作,但选规格时最好考虑有20~25%缓冲或卸载时间。

  研究各种型号的空气压缩机性能特点以估算动力成本,从而确定哪一种是满足你厂目前和将来要求要求的最佳选择。

  工厂漏气严重吗?是否要筑漏计划以便最终能减轻压缩空气系统的负荷?
  你对所选空气压缩机的运行、维护、安装和性能特点感到满意吗?
  在选择空气压缩机及其附加设备(如干燥机和过滤器)你是否已考虑到压缩空气的质量要求?
  附加设备对你选择空气压缩机有何影响?
  你是否考虑过万一主空气压缩机故障时的备用气量?
  各个班次是否需要用同样气量的压缩空气?
  所选用的空气压缩机在用气量较低时运转情况怎样?
  可能要考虑用一台较小的空气压缩机以便节约能源,避免主空气压缩机过多的循环和磨损。
  工厂是否有需加一考虑的不寻常间歇峰值要求载荷?
  ……
  -未完待续-
 

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