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压缩空气输气管道压降对生产工艺的影响

   【压缩机网】自压缩空气系统节能服务受到重视以来,对降低压缩空气输送过程中压力降(压损)所造成的能耗浪费,被视为节能改造与优化的一个重要组成部分。在实际节能改造过程,80%以上的节能服务都进行了或多或少的管道改造,以降低管道压力降对能耗的影响。有时这样的改造后,节能效果是显著的(详见笔者《浅析如何选用压缩空气输气管道的直径》一文),但对于因管道压力降低对后端气动设备的影响,我们关注的比较浅显与不够深入。比如:只关注到压力实在过低,设备动不了所带来大的麻烦,而对于压力降低到接近气动设备用气压力的临界值时,对气动设备的影响情况,不甚了解。为此,本文将简要分析压缩空气输气管道压力降对气动机械及喷涂生产工艺的影响。
  一个理想的压缩空气管道网络应将压缩空气无损地输送到用气末端,但由于受到各种条件的限制与各种情况的影响,压缩空气在实际输送过程中会有种种损失,包括压力损失、温度损失和流量的泄露损失等。而气动系统必须在额定气压下才能发挥最佳效益,那这种压力降低到底会带气动系统带来什么样的影响呢?以气动马达为例:
  1、当压缩空气压力降低时,气动马达转速降低,可用下列公式进行估算:
压缩空气输气管道压降对生产工艺的影响
  式中
  n--实际供给空气压力下的转速,r/min;
  Ne--额定空气压力下的转速,r/min;
  P--实际供给的气源压力,MPa;
  Pe--设额定供给的标准气源压力,MPa;
  例:假定设计的标准空气压力为0.6MPa,转速为10000r/min,而实际供给的空气压力为0.55MPa,则气动马达的实际转速为:
压缩空气输气管道压降对生产工艺的影响
  2、气动马达的扭矩与随空气压力成比例升降,可用下列公式进行估算:
压缩空气输气管道压降对生产工艺的影响
  式中:
  M--实际供给空气压力下的扭矩,N·m;
  Me--额定气源压力下的扭矩,N·m;
  3、气动马达功率与供气压力的关系:
压缩空气输气管道压降对生产工艺的影响
  式中:M--扭矩
  N--转速
  供气压力与气动设备机械特性间的关系实际上是很复杂的,并且随着各种机械的结构不同而有差异。在一般工程计算中可用下式来估算压力降对气动设备输出功率的影响:
压缩空气输气管道压降对生产工艺的影响
  式中:△P--气动设备功率下降值,%;
  Pe--气动设备的额定工作压力(绝对值),Pa;
  △p--输入压缩空气的压力降,Pa。
  例:某气动设备的额定工作压力是0.6MPa(表压),那么0.55MPa的压力降,可使气动设备的出力减少:
压缩空气输气管道压降对生产工艺的影响
  依据经验数据得出:每降低0.01MPa压力降,气动设备或工具的功率下降2.5%。如果想补偿功率损失,那就必须提高空气压缩机的排气压力或增加输气管道直径,但这两种办法都意味着成本的增加。
  4、实例1[1]:气动凿岩机以压缩空气作为动力,工作压力对性能参数构成直接的影响,是其重要的工作参数。
  冲击功率:是由冲击能量和冲击频率计算得出:
压缩空气输气管道压降对生产工艺的影响
  式中:
  N--冲击功率,kW
  压缩空气输气管道压降对生产工艺的影响--冲击频率,凿岩机活塞每秒的冲击次数,=8.33× 压缩空气输气管道压降对生产工艺的影响  (式中,m为活塞质量)
  E--冲击能量,J,E=KePSA×10-3
  式中:
  P--工作压力,MPa;
  A--冲程活塞有效受压面积,mm2
  S--活塞行程,mm;
  为了以上经验数据(每降低0.01MPa压力降,气动设备或工具的功率下降2.5%。如果想补偿功率损失),我们直接从参考资料中拿出测试数据(如下表),予以验证:
压缩空气输气管道压降对生产工艺的影响
  即机号1,压力为0.60MPa时,冲击功率为2.92kW,当压力下降到0.50MPa时(下降了0.1MPa),冲击功率为2.15kW,则功率下降为        压缩空气输气管道压降对生产工艺的影响                       
       正好与压力每降低0.01MPa,功率下降约2.5%相符。
  同时,从公式与上表中还可看到,是因为压力下降导致冲击能量和冲击频率下降,最终冲击功率下降,可见压力降低将造成凿岩机的使用性能降低。
  实例2:压缩空气压力对涂装效果的影响。
  在涂装作业中所使用的喷涂气压达不到要求的标准时,会出现一些喷涂上的缺陷,比如会使漆膜出现桔皮纹理。
压缩空气输气管道压降对生产工艺的影响
  总之:不管是从成本角度,还是从节约能源角度,压缩空气系统输气管道中的压力降都应该尽量减少。否则,不仅因为管道压力降太大,需提升前端空压机产气压力的供应,从而造成浪费能源,还会因压力不够造成末端气动设备动力不足,影响设备的正常工作和产品质量,甚至加速设备的性能衰减。
 
  参考文献
  [1]徐卸南、何兴龄《工作压力对气动凿岩机性能参数的影响》,凿岩机械气动工具,2015(4).
  1)浅析如何选用压缩空气输气管道的直径——输气管道系列1-3
  2)浅析压缩空气输气管道压力降对气动机械与生产工艺的影响——输气管道系列2-3
  3)浅析压缩空气输气管道压力降对气动机械的影响——输气管道系列3-3

来源:本站原创

标签: 压降输气管道  

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