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两级压 缩和一级压缩的区别
发布时间:2017-11-15 作者:管理员
目前,市场上排气压力在13bar以下的 喷油螺杆空压机中有单级压缩和二级压缩两种,大家都 在宣传自己的东西好,那么,究竟是 一级压缩螺杆压缩机省电,还是二级的省呢?本文将 就两者的压缩效率、节能等 问题进行分析和比较。
根据工程热力学理论,空压机 在压缩过程中定温压缩最省功,这也可从图一的 P-V(也叫示功图)得出。面积0-1-2T-3-0为定温 压缩所需要的功,面积0-1-2m-3-0为多变压缩(实际压缩过程)所需要的功。从图中可以看出,定温压 缩所需的功要小于多变压缩的功。因而从 消耗功的角度来看,定温压缩最为有利。它不但 可以减少消耗的功,还能降 低压缩后气体的温度,使空压 机材料的使用更为宽广和经济,使空压 机的运行更为可靠。
但对于定温压缩,要使气 体热量随时与外界交换,气体温 度与外界相等实际工作中是不可能实现的。这只是 制造厂家在产品设计生产中努力的方向。为降低 压缩后的气体温度和提高空压机效率、尽可能 向定温压缩过程靠近(或降低多变指数m值),制造厂 家在空压机设计过程中采取了多种措施。其中分 级压缩加中间冷却和向压缩腔内喷油冷却是最常用的两种方法。

1、分级压缩加中间冷却
分级压 缩加中间冷却是广泛应用于空压机中降低排气温度的有效方法。而且分 级压缩后必须经过中间冷却,使进入 到第二级的压缩空气进气温度等于或接近于第一级的进气温度,这样才 能降低排气温度和功耗。见图二,由于二 级进气温度被冷却到一级进气温度,图中阴 影部分的面积即为所节省的功耗(图中2m‘-2T‘-2m“-2m-2m‘)。分的级 数和中间冷却过程越多,就越接近定温过程。但分级 过多将增加气体的流动阻力,而且制 造成本也大大增加。因此分级必须合理。

2、向压缩腔内喷油冷却
将循环 冷却的少量冷却油喷成雾状与气体一起进入压缩腔内,喷入的 油雾吸收了压缩空气在压缩过程中产生的大量热量,然后与 空气一起排出空压机壳体,经油气 分离器分离后循环使用。喷油螺 杆空压机就是该方法最典型的应用实例。它可非 常有效地降低排气温度和多变指数m值。这也是 目前降低空压机排气温度和多变指数m最有效的一种方法,一般情况下它可使m降低到1.2以下。降低的 程度取决于喷油量和喷油温度。图三中 虚线右侧为节省的功耗(即图中面积1-2m-2m‘-1)。
通过上面分析得出,分级压 缩加中间冷却和喷油冷却均可降低排气温度,节省功耗。而目前 动力用喷油螺杆空压机的多变指数m 值最低已经可降低到1.1左右,接近定温过程,单级压比最高可达13bar,而且排 气温度仍可控制在90度以下。那么有 否必要再进行分级压缩呢?下面再 分析一下喷油螺杆空压机的工作特点:
从上节所知,喷油螺 杆空压机的空压机已经非常接近定温过程。如到达 饱和状态后继续压缩继续冷却的话,将有冷凝水析出。这些冷 凝水如果与压缩空气一起进入油气分离器(油箱)内,会使冷却油乳化,影响润滑效果。随着冷 凝水的不断增加,油位也会不断上升,最后冷 却油将会随同压缩空气进入系统,污染压缩空气,对系统造成严重后果。因此,为了防 止冷凝水的产生,压缩腔 内的温度不能过低,必须大于冷凝温度(一定压 力下的冷凝温度可从有关空气特性图表中查得)。如排气压力为11bar(A)的空压机,冷凝温度为68℃,当压缩腔内温度低于68℃时,将有冷凝水析出。因此喷 油螺杆空压机的排气温度不能过低,即定温 压缩的应用在喷油螺杆机中由于冷凝水的问题受到了限制。表2是排气压力为10bar(g)的空压 机根据过程方程式计算得到的有关数据表。表2中m表示多变指数,P表示压力,T表示温度,in表示进气,out表示排气,1表示一级,2表示二级。A表示绝对压力。
3、数据分析
表1为单级压缩,多变指数只有1.08,非常接近定温过程,排气温度为77℃,高于冷凝温度68℃。符合要求。
表2为二级压缩,下面分三类工况讨论:
第一类工况多变指数m与单级压缩指数相同。采用中间冷却后,排气温度为47.2℃。但由于 远低于冷凝温度值,压缩过 程中将有大量冷凝水析出,此方案不可取。
第二类工况,为了确 保排气温度高于冷凝温度,提高了二级进气温度,最后排气温度为69℃,符合要求。由于二 级进气温度接近一级排气温度,其热力 过程曲线与单级压缩非常接近,比单级 压缩所节省的功耗微乎其微。
第三类工况,减少了喷油量,适当提高多变指数,使最终 排气温度高于冷凝温度,满足要求。但一级 压缩过程的过程曲线位于单级压缩曲线的右边,二级压 缩的曲线由于采用了中冷,其曲线 位置位于单级压缩曲线的左边,最后两 者合并后与单级压缩的功耗差不多。
通过图表数据的分析,不难看出,分级压 缩可以降低空压机的排气温度,同时也 可使空压机的热力过程尽可能地向定温压缩靠近,以达到节能效果,但并不是绝对的。尤其对于排气压力13bar以下的 喷油螺杆空压机而言,由于其 在压缩过程中喷入了低温的冷却油,极大地 降低了多变指数(m值只有1.1),压缩过 程已经接近了定温过程,没必要 再进行二级压缩。如在此 喷油冷却的基础上再进行分级压缩,使结构复杂,制造成本提高,还增加 了气体的流动阻力和额外的功耗,有点得不偿失。此外,如温度过低,在压缩 过程中形成冷凝水的话将导致系统状态恶化,造成严重后果。相信大家看到这里,应该比 较清楚到底谁好谁坏了!
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