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喷油螺杆式空气压缩机油气分离桶设计探讨

   【压缩机网】喷油螺杆压缩机中,在压缩气体的同时,大量的油被喷入压缩机的齿间容积。这些油和被压缩气体形成的油气混合物,在经历相同的压缩过程后,被排到机组的油气分离器中进气油气分离。油气分离器是喷油螺杆压缩机机组系统中的主要设备之一。为了降低机组排气中的含油量和循环使用机组中的润滑油,必须利用油气分离器把润滑油有效地从气体中分离出来。
 
  油气分离桶进入油桶后,首先进行粗分,进行机械碰撞分离,是指油气混合物通过碰撞油气分离器的内置附件,在自身重力作用下,或通过油气分离器的进气管及内置附件产生的离心力作用,将由其混合物中较大颗粒度油滴分离出来,落入油气分离器的底部;二级分离是油滴聚集再分离,它是指油滴混合物以较慢的速度进入油气分离器的滤芯,将较大直径油滴先在滤芯表面过滤出来,较小直径的油滴在进入滤芯内部后亲和聚结为直径较大的油滴,并在自身重力作用下落入油气分离器的底部。油气分离器是上述两级分离方法的综合效果,机械分离为一次分离,滤芯分离为二次分离。
 
  油气分离桶的内部气路结构直接关系到一次分离效果的好坏,今天就目前市场上广泛使用的切向进气,旋风分离油气分离桶进行讨论。在桶内设置了隔筒,油气混合物沿着桶体与隔筒间的通道上,旋转形成离心力,从而达到一次分离的目的。隔筒直接焊在油气分离器的设备法兰壁面上。隔筒内装有用于二次分离的油气分离滤芯。总之,隔筒一般设置在油气分离器的上部,由于油气混合物离油面较远,一般大于300mm,因而可以提高分离效果。
喷油螺杆式空气压缩机油气分离桶设计探讨
  图1 油气分离桶结构图
 
  油气分离器是喷油螺杆压缩机的关键设备之一,油气分离器的性能优劣对压缩机的油耗、效果以及排气质量有很大影响。油气分离器的结构设计直接影响油气混合物的分离效果,也关系到空气压缩机的使用成本。
 
  在喷油式螺杆压缩机内的油气分离芯是重要部件之一,油气分离芯的主要作用是减少空气压缩机的耗油量,压缩空气的含油量在3ppm之内。空气压缩机的生产厂商不断在技术改造来减少压缩空气的含油量,或选用质量较好的油气分离芯。但有时也会出现空气的含油量过大或压差过大,严重的燃烧爆炸。
 
  储油罐在空气压缩机内起到的作用是储存压缩机机油;缓冲压缩空气的流速,油气分离芯前级液态油的分离作用。在储油罐内的压缩空气进入油气分离芯的流速控制在V2=0.7m/s,同时进入油气分离芯的压缩空气的含油量在5-10g/m3之内,可以在回油管上收集油量来测量进油气分离芯的压缩空气含油量。计算空气压缩机所需要的喷油量,在储油罐内的机油的油面到油气分离芯底部的距离不能小于300mm。否则,会加大油气分离芯的油量处理,造成压缩空气的含油量增大。
 
  捷豹压缩机研发团队多年来一直致力于油气分离桶的优化设计,下文就油气分离桶的一些设计参数进行初步探讨。
 
  以下结果基于如下假设,压缩空气中的细小油滴随空气喷到壁面时,由小油滴汇聚成大油滴,并受到重力作用流至桶底,我们认为油滴碰到桶壁、隔筒等,即可认为油滴被吸附分离。若油滴碰到油桶底部的油液,原有油滴分子被吸附,同时产生新的同等数量的油滴分子。若油滴碰到油分芯外壁,油气分离桶的粗分离失效,只能靠油气分离芯的作用进行油气分离。以下我们仅对油气分离桶的粗分离作用进行探讨,讨论油滴尺寸、油桶内压、进气流速对油气分离桶的粗分离效果的影响。
 
  1)油滴尺寸对油气分离桶粗分离效果的影响
  假设油滴按照7.5m/s的速度进入油气分离桶,根据流体计算,可得到图2,图3所示的结论:
喷油螺杆式空气压缩机油气分离桶设计探讨喷油螺杆式空气压缩机油气分离桶设计探讨
  图3 油滴尺寸对油气粗分效果的影响
  从图2可得,本文所讨论的油气分离桶内油滴粒子的轨迹图,从中可看出,油滴粒子进入油气分离桶后,进行旋风分离,20μm以上的油滴在粗分离过程中得到良好的分离。20μm以下的油滴,尺寸越小,粗分效果越差,只能靠后续的油气分离芯进行有效的拦截分离。
 
  2)油桶内压对油气粗分离效果的影响
  油桶内压为0.1~0.8MPa条件下,同一油桶粗分离效果如图4所示。
喷油螺杆式空气压缩机油气分离桶设计探讨
  图4 油桶内压对油气分离效果的影响
  从图4可知,油桶内压对1~5um油滴分子的影响较小,但总体可看出,油桶内压越大,油桶的粗分效果越差,这是因为,同样排气量下,油桶内压越高,桶内压缩空气的密度越大,流速越慢,油滴分子的圆周速度越小,旋风分离的效果越弱。
 
  3)排气量对油气粗分离效果的影响
  不同排气量下,相同内压的油气粗分效果如图5所示。
喷油螺杆式空气压缩机油气分离桶设计探讨
图5 排气量对油气粗分效果的影响
  从图5可知,随着排气量的增大,油气粗分效果越好,这是由于排气量越大,油桶内流速越大,油滴分子的离心越大,更容易碰壁,被油桶内壁所吸附。但是同时油气分离芯对压缩空气有一定的限制,在提高油气分离桶的粗分效果的同时,需控制压缩空气通过油气分离芯的流速。
 
  4)结论
  油气分离桶的设计需要考虑多方面的因素,本文仅就油气分离桶的设计进行初步的讨论。

来源:捷豹永磁螺杆机

标签: 空气压缩机喷油油气  

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