螺杆压缩机一级与二级压缩节能比较

1、螺杆压缩机一级与二级压缩节能比较目前，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

2、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

3、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

4、。 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？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

5、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 10

6、bar(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。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

7、，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