Kaasun puristaminen on prosessi, jossa kulutetaan ulkoista energiaa kaasun paineen ja potentiaalienergian lisäämiseksi. Kompressori on puristetun kaasun luoja. Siksi ruuvi-ilmakompressorin ilmapään perussuorituskyky on erottamaton näistä neljästä näkökohdasta: paine, virtaus, teho ja ominaisteho.
Ruuvikompressorin ilmapään perusominaisuudet – paine
Paineilman painepotentiaalienergian kerääminen on ilmakompressorien perustavanlaatuisin ominaisuus, eivätkä ruuvikompressorit ole poikkeus. Ruuvikompressorien päämoottori lisää ilman painetta kuluttamalla ulkoista energiaa. Mitä korkeampi paine, sitä enemmän energiaa kuluu ja sitä suuremmat ovat päämoottorin vaatimukset. Yleensä jaamme ilmakompressorit neljään luokkaan lähtöpaineen mukaan:
Matala paine: 0,2–1,0 MPa
Keskipaine: 1,0–10 MPa
Korkea paine: 10~100MPa
Erittäin korkea paine: yli 100 MPa
Ruuvikompressorien lähtöpaine on yleensä 0,2–4,0 MPa, mikä tarkoittaa, että niiden suorituskyky, toteutettavuus ja taloudellisuus ovat tällä alueella parempia. Tämä määräytyy kompressorin ilmapään rakenteen ja toimintatavan mukaan, ja se on myös markkinoiden kysytyin painesegmentti.
Ilmakompressorin tuottama paineilman paine mitataan pääasiassa painesuhteella, joka on lähtöpaineen Pd suhde imupaineeseen Ps. Mitä suurempi suhde, sitä suurempi lähtöpaine.
ε=Pd/Ps-kaava (6)
Ruuvikompressorin päämoottorilla on sisäinen painesuhde ja ulkoinen painesuhde.
Sisäinen painesuhde: päämoottorin hampaiden välisen tilavuuden paineen suhde imupaineeseen, joka määräytyy imu- ja pakoaukkojen sijainnin ja muodon mukaan;
Ulkoinen painesuhde: pakoputken paineen suhde imupaineeseen. Käyttöolosuhteiden tai prosessivirran edellyttämät imu- ja pakopaineet.
Kun sisäinen painesuhde ≠ ulkoinen painesuhde, pääkone kuluttaa enemmän tehoa; kun sisäinen painesuhde = ulkoinen painesuhde, pääkone on parhaassa mahdollisessa kunnossa.
Ruuvikompressorin päämoottorissa, kun päämoottori, ympäristön lämpötila, imupaine, päämoottorin nopeus ja muut tekijät ovat samat, mitä suurempi on lähtöpaine, sitä suurempi on virrankulutus.
Ruuvikompressorin ilmapään perusominaisuudet – virtaus
Virtaus koostuu yleensä massavirrasta ja tilavuusvirrasta. Ilmakompressorijärjestelmien teollisuusspesifikaatioissa ja standardeissa käytetään yleensä tilavuusvirtausta virtauksen mittausmenetelmänä, jota maassani kutsutaan myös pakokaasun tilavuudeksi tai tyyppikilpivirtaukseksi: vaaditussa pakokaasun paineessa ilmakompressorin aikayksikköä kohti purkaman kaasun tilavuus muunnetaan imutilavuuteen eli ensimmäisen vaiheen imuputken imupaineen tilavuusarvoon sekä imulämpötilaan ja -kosteuteen. Yksikkö on m3/min. Tilavuusvirtaus jaetaan todelliseen tilavuusvirtaukseen ja standarditilavuusvirtaukseen.
Yleensä näytteissä, valinnoissa ja koneen tyyppikilvissä käytetään standarditilavuusvirtausta. Toimialasta, alueesta ja käytöstä johtuen paineilmamarkkinoiden kysynnän standarditilavuusvirtauksella on kaksi määritelmää standarditilan (lämpötila, paine ja komponentit) erojen mukaan:
Normaalitila on paine P = 101,325 KPa, standardilämpötila T = 0 °C ja suhteellinen kosteus 0 %. Sitä esiintyy usein teollisuuskaasuissa, kemianteollisuudessa tai tarjousasiakirjoissa, ja sitä kutsutaan "standardineliöksi", jonka kaavan symboli on yleensä "VN" ja yksikkö Nm3/min.
Normaaliolosuhde on paine P = 101,325 KPa; standardilämpötila T = 20 ℃; suhteellinen kosteus on 0 %. Sitä käytetään yleensä paineilmateollisuuden standardeissa ja sitä kutsutaan "standardikäyttöolosuhteiksi". Symboli on yleensä "V" ja yksikkö on m3/min.
Yleensä ilmakompressoriteollisuudessamme käytetty vakiotilavuusvirtaus on jälkimmäinen. Tilavuusvirtausnopeuden muunnos kahdessa tilassa voidaan laskea kaavalla:
V(m3/min)=1,0732VN(Nm3/min) Kaava (7)
Ruuvikompressorin päämoottorin osalta, samoissa muissa olosuhteissa, mitä suurempi roottorin keskipisteen etäisyys on, sitä suurempi on sen tilavuusvirtaus; mitä suurempi on päämoottorin kierrosluku, sitä suurempi on sen tilavuusvirtaus.
V tilavuusvirtausnopeus = qv päämoottorin puristustilavuus × n pään nopeus Kaava (8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 Kaava (9)
Jossa Z1 — urosroottorin hampaiden lukumäärä; n — urosroottorin nopeus; λ — roottorin sivusuhde; D — urosroottorin ulkohalkaisija.
Siksi taloudellisuuden vuoksi vähennämme yleensä päämoottoreiden tyyppiä ja voimme säätää ilmakompressorin pakokaasun määrää määrittämällä päämoottorin nopeuden vastaamaan markkinoiden kysyntää.
Ruuvikompressorin päämoottorin nopeus ei kuitenkaan voi olla äärettömän korkea, yleensä 800–10 000 rpm. Siksi ruuvikompressorin päämoottorin valmistaja kehittää päämoottoreita, joilla on erilaiset tilavuusvirtausalueet ruuvikompressorin virtausvaatimusten täyttämiseksi.
Ruuvikompressorin ilmapään ominaisteho ja laskenta
Tilavuusvirran kuluttama akseliteho aikayksikköä kohden, kun ilmakompressorin ilmapää on käynnissä. Ominaistehon yksikkö on: kW/(m3/min).
Laskentakaava on seuraava:
SER-ilmapää = Pd-ilmapää/qv Kaava (10)
Pd-ilmapää – ilmapään akselin teho;
qv – ilmapään tilavuusvirta aikayksikköä kohden
Sen ominaistehoarvo on:
SER-ilmapää = 117/23,1 = 5,065 (kW/(m3/min))
Mitä pienempi ruuvikompressorin ilmapään ominaisteho on, sitä pienempi on sen energiankulutus ja sitä parempi on ilmapään suorituskyky. Vakiovirtauksessa mitä suurempi on lähtöpaine, sitä suurempi on ilmapään akselin teho ja sitä suurempi on sen ominaisteho.
Jokaisella ruuvikompressorilla on optimaalinen ominaistehoarvo, joka liittyy päämoottorin nopeuteen. Kun päämoottorin nopeus on liian alhainen, vuoto kasvaa, kaasun tilavuus pienenee ja ominaistehoarvo kasvaa; kun päämoottorin nopeus on liian korkea, kitka kasvaa, akselin teho kasvaa ja ominaistehoarvo kasvaa. Mutta on oltava optimaalinen nopeus, joka tekee ominaistehoarvosta pienimmän. Siksi ei välttämättä ole oikein sanoa, että mitä suurempi päämoottori, sitä energiansäästöisempi se on.
Ruuvikompressoreita ja taajuusmuuttajakompressoreita suunniteltaessamme meidän on varmistettava laatu samalla kun otamme huomioon päämoottorin taloudellisuuden, standardoinnin ja modulaarisuuden. Siksi käytämme päämoottorikohtaista tehoarvokäyrää suunnitellaksemme ja kehittääksemme ruuvikompressoreita eri paineilla ja virtauksilla.
Julkaisuaika: 17.7.2024
