Gāzes saspiešana ir process, kurā tiek patērēta ārēja enerģija, lai gāze iegūtu spiediena potenciālo enerģiju. Kompresors ir saspiestas gāzes radītājs. Tāpēc skrūves gaisa kompresora gaisa gala pamatdarbība ir neatdalāma no šiem četriem aspektiem: spiediena, plūsmas, jaudas un īpatnējās jaudas.
Skrūves gaisa kompresora gaisa gala pamatdarbība – spiediens
Saspiestā gaisa spiediena potenciālās enerģijas iegūšana ir gaisa kompresoru visvienkāršākā darbība, un skrūvkompresori nav izņēmums. Skrūvkompresoru galvenais dzinējs palielina gaisa spiedienu, patērējot ārēju enerģiju. Jo augstāks spiediens, jo vairāk enerģijas tiek patērēts un jo lielākas ir prasības galvenajam dzinējam. Parasti gaisa kompresorus iedalām četrās kategorijās atkarībā no izejas spiediena:
Zems spiediens: 0,2–1,0 MPa
Vidējs spiediens: 1,0–10 MPa
Augsts spiediens: 10~100MPa
Īpaši augsts spiediens: virs 100 MPa
Skrūvju gaisa kompresoru izejas spiediens parasti ir 0,2–4,0 MPa, kas nozīmē, ka to veiktspēja, realizējamība un ekonomiskums šajā diapazonā ir labāki. To nosaka kompresora gaisa gala struktūra un darba režīms, un tas ir arī spiediena segments ar vislielāko tirgus pieprasījumu.
Gaisa kompresora nodrošināto saspiestā gaisa spiedienu galvenokārt mēra ar spiediena attiecību, kas ir izejas spiediena Pd attiecība pret iesūkšanas spiedienu Ps. Jo lielāka šī attiecība, jo augstāks ir izejas spiediens.
ε=Pd/Ps formula (6)
Skrūves gaisa kompresora galvenajam dzinējam ir iekšējā spiediena attiecība un ārējā spiediena attiecība.
Iekšējā spiediena attiecība: galvenā dzinēja starpzobu tilpuma spiediena attiecība pret iesūkšanas spiedienu, ko nosaka iesūkšanas un izplūdes atveru novietojums un forma;
Ārējā spiediena attiecība: spiediena izplūdes caurulē attiecība pret iesūkšanas spiedienu. Iesūkšanas un izplūdes spiediens, kas nepieciešams darba apstākļiem vai procesa plūsmai.
Kad iekšējā spiediena attiecība ≠ ārējā spiediena attiecība, galvenais dzinējs patērēs vairāk jaudas; kad iekšējā spiediena attiecība = ārējā spiediena attiecība, galvenais dzinējs ir vislabākajā stāvoklī.
Skrūves gaisa kompresora galvenajam dzinējam, ja galvenais dzinējs, apkārtējās vides temperatūra, iesūkšanas spiediens, galvenā dzinēja apgriezieni un citi faktori ir vienādi, jo augstāks ir izejas spiediens, jo lielāks ir enerģijas patēriņš.
Skrūves gaisa kompresora gaisa gala pamatdarbība – plūsma
Plūsma parasti sastāv no masas plūsmas un tilpuma plūsmas. Gaisa kompresoru sistēmu nozares specifikācijās un standartos mēs parasti izmantojam tilpuma plūsmu kā plūsmas mērīšanas metodi, ko mūsu valstī sauc arī par izplūdes gāzu tilpumu vai nominālo plūsmu: saskaņā ar nepieciešamo izplūdes gāzu spiedienu gaisa kompresora izvadītās gāzes tilpums laika vienībā tiek pārvērsts ieplūdes stāvoklī, tas ir, iesūkšanas spiediena tilpuma vērtībā pirmās pakāpes ieplūdes caurulē un iesūkšanas temperatūrā un mitrumā. Vienība ir m3/min. Tilpuma plūsma tiek sadalīta faktiskajā tilpuma plūsmā un standarta tilpuma plūsmā.
Parasti paraugos, atlasē un iekārtu datu plāksnēs tiek izmantota standarta tilpuma plūsma. Atkarībā no nozares, reģiona un lietojuma, standarta tilpuma plūsmai saspiestā gaisa tirgus pieprasījumā ir divas definīcijas atkarībā no standarta stāvokļa (temperatūras, spiediena un komponentu) atšķirībām:
Standarta stāvoklis ir spiediens P = 101,325 KPa; standarta temperatūra T = 0 °C; relatīvais mitrums ir 0 %. To bieži izmanto rūpnieciskās gāzes, ķīmiskās rūpniecības vai iepirkuma dokumentos, un to sauc par “standarta kvadrātu”, parasti ar formulas simbolu “VN” un mērvienību Nm3/min.
Standarta stāvoklis ir spiediens P = 101,325 KPa; standarta temperatūra T = 20 °C; relatīvais mitrums ir 0 %. To parasti izmanto saspiestā gaisa nozares standartos un sauc par “standarta darba apstākļiem”. Simbols parasti ir “V”, un mērvienība ir m3/min.
Parasti mūsu gaisa kompresoru nozarē izmantotais standarta tilpuma plūsmas ātrums ir pēdējais. Tilpuma plūsmas ātruma konversiju abos stāvokļos var aprēķināt pēc formulas:
V(m3/min)=1,0732VN(Nm3/min) Formula (7)
Skrūves gaisa kompresora galvenajam dzinējam, tādos pašos citos apstākļos, jo lielāks ir rotora centra attālums, jo lielāks ir tā tilpuma plūsmas ātrums; jo lielāks ir galvenā dzinēja apgriezienu skaits, jo lielāks ir tā tilpuma plūsmas ātrums.
V tilpuma plūsmas ātrums = qv galvenā dzinēja saspiešanas tilpums × n galvas ātrums Formula (8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 Formula (9)
Kur Z1 — vīrišķā rotora zobu skaits; n — vīrišķā rotora ātrums; λ — rotora malu attiecība; D — vīrišķā rotora ārējais diametrs.
Tāpēc ekonomijas labad mēs parasti samazinām galveno dzinēju veidus un varam pielāgot gaisa kompresora izplūdes gāzu daudzumu, nosakot galvenā dzinēja apgriezienus, lai tie atbilstu tirgus pieprasījumam.
Tomēr skrūves kompresora galvenā dzinēja ātrums nevar būt bezgalīgi augsts, parasti no 800 līdz 10 000 apgr./min. Tāpēc skrūves kompresora galvenā dzinēja ražotājs izstrādā galvenos dzinējus ar dažādiem tilpuma plūsmas diapazoniem, lai apmierinātu skrūves kompresora plūsmas prasības.
Skrūves gaisa kompresora gaisa gala īpatnējā jauda un aprēķins
Vārpstas jauda, ko patērē tilpuma plūsma laika vienībā, kad darbojas gaisa kompresora gaisa bloks. Īpatnējās jaudas mērvienība ir: kW/(m3/min).
Aprēķina formula ir šāda:
SER gaisa bloks = Pd gaisa bloks/qv Formula (10)
Pd gaisa padeves gals – gaisa padeves gala vārpstas jauda;
qv – gaisa gala tilpuma plūsma laika vienībā
Tā īpatnējā jaudas vērtība ir:
SER gaisa gals = 117/23,1 = 5,065 (kW/(m3/min))
Jo mazāka ir skrūves gaisa kompresora vārpstas īpatnējā jauda, jo mazāks ir tās enerģijas patēriņš un labāka ir vārpstas veiktspēja. Pastāvīgas plūsmas apstākļos, jo lielāks ir izejas spiediens, jo lielāka ir vārpstas īpatnējā jauda, tāpēc jo lielāka ir tās īpatnējā jaudas vērtība.
Katram skrūves kompresoram ir optimāla īpatnējā jaudas vērtība, kas ir saistīta ar galvenā dzinēja ātrumu. Ja galvenā dzinēja ātrums ir pārāk zems, noplūde palielinās, gāzes tilpums samazinās un īpatnējā jaudas vērtība palielinās; ja galvenā dzinēja ātrums ir pārāk augsts, berze palielinās, vārpstas jauda palielinās un īpatnējā jaudas vērtība palielinās. Taču ir jābūt optimālam ātrumam, kas nodrošina viszemāko īpatnējo jaudas vērtību. Tāpēc nav obligāti pareizi apgalvot, ka jo lielāks ir galvenais dzinējs, jo tas taupa enerģiju.
Projektējot skrūvkompresorus un mainīgas frekvences kompresorus, mums jānodrošina kvalitāte, vienlaikus ņemot vērā arī galvenā dzinēja ekonomiju, standartizāciju un modularitāti. Tāpēc mēs izmantosim galvenā dzinēja īpatnējo jaudas vērtības līkni, lai projektētu un izstrādātu skrūvkompresorus ar dažādu spiedienu un plūsmām.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 17. jūlijs
