螺杆压缩机油气分离器的应用

1、文章编号 : 1005 0329(2009 06 0036 03经验交流螺杆压缩机油气分离器的设计与应用李蔚蔚 , 高相家 , 秦 滨(合肥通用机械研究院 , 安徽合肥 230088摘 要 : 介绍了 LHC 28/147型螺杆 -活塞串联空压机组螺杆压缩机油气分离器的结构设计 、 技术应用及合理使用方 法 ; 并给出了相关试验曲线和数据 。关键词 : 螺杆压缩机 ; 压缩空气 ; 油气分离中图分类号 : TH457 文献标识码 : Aon i tor for Com pressorL IW ei 2wei, G AO Xiang 2jia, Q IN B in(Hefei GeneralMa

2、chinery Research I nnstitute, Hefei 230031, China Abstract: The constructi on of new filter and the app licati on of ne w type air/oilSeparati on technol ogy and the way of reas onable using are intr oduced . and the perfor mance test results , the related dates f or it are als o given out .Key word

3、s: comp ress or; comp ressed 2air; air/oilseparati on1 前言随着我国国民经济建设的持续增长 , 各类压 缩机的需求量不断增大 , 同时也对压缩空气的质 量要求进一步提高 。如何获得含油量低 、 洁净的 高品质压缩空气 , 是压缩机行业和用户十分关注 的一个课题 。近年来 , 合肥通用机械研究院在开发研制新 系列 LHC -28/147型螺杆 -活塞串联空压机组 过程中 , 对螺杆压缩机油气分离器进行了重新设 计 , 据试验和用户使用表明 , 该压缩空气质量 、 耗 油量均达到控制目标 。新设计的油气分离器 , 体 积较老型号产品明显减小 ,

4、 油气分离芯的使用寿 命增加 , 保证了机组运转的可靠性 。本文详细介 绍该油气分离器相关设计 、 试验及使用情况 。2 结构设计 本机组螺杆压缩机油气分离器由粗分离和精 分离两部分组成 , 如图 1所示 。其中粗分离部分 由进气管 、 折流板 、 罐体 、 及出油管等组成 ; 精分离 部分由油气分离芯 、 回油管组成 。油气分离芯为 双层结构 , 第一层为细微粒层 , 由具有一定厚度和 孔隙的硼硅酸盐玻璃纤维制成 。这种几乎不能粘 接的微米级纤维纸可确保不同润滑油的稳定性 , 并可在较高温度下工作 。 第二层由聚酯合成纤维 制成 。 这种复合过滤材料抗压强度高 , 并通过多 层结构合成的纤维

5、能获得最佳过滤效果 。3 工作原理3. 1 粗分离过程由图 1所示 , 来自螺杆压缩机的油气混合气 从切向布置的进气管进入 , 沿罐体内侧切向流动 并在由折流板构成的容器中进行碰撞 , 通过惯性收稿日期 : 2008 12 23 修稿日期 : 2009 02 0563 F LU I D MACH I N ERY Vol 137, No 16, 2009和重力作用将体积大的油滴粗分离出来 , 油从出 油管流出 , 粗分离后油气混合气进入油气分离芯 进行精分离 。图 1 油气分离器结构示意切向布置的进气管使油气混合气沿罐体内侧 切向流动 , 这样能最大限度降低气流的流动阻力 ; 而由折流板及挡油板

6、构成的上 、 下 、 末端均封闭且 两侧与罐体相通的容器 , 不仅可充分利用惯性和 重力分离油滴 , 还可有效防止带压力的油气直接 对油气分离芯的冲击破坏 , 同时还可避免油气向 下冲击使罐体底部的油上窜 。3. 2 精分离过程经过粗分离后油气进入油气分离芯进行精分 离 , 且回油管将残油回收 , 洁净的气体从保压止回 阀排出 。油气分离芯进行精分离的工作原理为“ 聚合 作用 ” 。 油气分离芯所用的微米级的玻璃纤维层 将油滴从压缩空气中分离出来 , 然后粘聚成较大 的油滴 , 重新回到压缩机油路中 。这种分离过程 可达到亚微米级 , 从而确保压缩机的油耗量和进 入到压缩空气管路中的油量为最小

7、 。 油气分离共 分 3个步骤实现 :(1 油滴分离 。油滴从压缩空气中分离出来 的各种物理方法对微米级的玻璃纤维吸收细油滴 的效果影响因油滴大小而异 。纤维的数量 、 直径 和油气流速是决定分离效果的决定因素 。图 2为 通过试验得出的油滴分离效果图 (过滤纤维直径 为 3m 。 从图中可以看到 , 较大的油滴流速越 高 , 分离效果越好 ; 而较小的油滴 , 则流速越低 , 分 离效果越好 。3m ( 。细微油滴在第一次分离 阶段聚合成较大的油滴 , 油滴穿过玻璃纤维层 , 并 在重力作用下沉到干净空气端的底部 。 空气中的 残余的少量油滴在第二次分离阶段继续分离 。因 此在设计油气分离器

8、芯时 , 不但要选择合适微米 级的玻璃纤维过滤材料 , 同时还要求具有低的流 动阻力 , 这样才可确保空气中的绝大部分油滴分 离出来 , 并被排除掉 。根据试验获得的相对负载 与流阻关系图 (图 3 , 可以看出 :当相对负载在 70%130%时 , 油气分离器芯的流阻值为 0. 12 0. 27; 在这个区间内选择流阻为 0. 170. 22是比较合理的 。图 3 相对负荷与流阻关系(3 回油收集 。 根据油气分离芯的设计原理 :油 /气混合气由外向内流动 , LHC -28/147型串联 空压机组的螺杆压缩机油气分离器采用了一个位 于油气分离芯中心的 、 稍离开底部的回油管 (见 图 1

9、将沉积在油气分离芯底端的油抽出 。 732009年第 37卷第 6期 流 体 机 械 4 残油量的测定及结果按 I S O573-2-96一般用压缩机悬浮油含量测试方法 , 对安装该油气分离器的螺杆压缩 机进行了悬浮油含量测试 , 测试系统布置如图 4所示 。图 在额定工况下 , 对油气分离器后的压缩空气进行取样检测其悬浮油含量 , 实测空气中含油量 为 2. 3mg/m3, 在规定的范围内 , 典型测试结果如 表 1所示 。表 1名称规定值实测值 试验压力 P (MPa 0. 71. 00. 7试验温度 T ( 7010079额定流量 Q (m 3/min 3. 52922含油量 q (mg

10、/m3132. 35 油气分离器设计 、 使用中应注意的问题 5. 1 合理进行油气粗分离系统的设计在进行油气分离器设计时 , 应充分考虑如何 获得最佳粗分离效果 , 如布置合理的切向油气进 口 , 以及折流板和挡油板的合理布置都能起到良 好的粗分离效果 。并可延长油气分离芯使用寿 命 。 5. 2 合理控制油气分离芯的压差在油气分离过程中 , 老化的油沉淀物 、 空气中 的污染物和磨损的微粒都会影响油气分离芯的使 用寿命 。 根据不同用途 , 要求的最终压差也不一 样 。 在实际使用中压缩机用的油气分离芯的最终 压差宜控制为 :0. 080. 1MPa 。 5. 3 延长油气分离芯使用寿命的

11、方法油气分离芯的使用寿命仅受到细分离层上的固体颗粒沉淀物 (油的氧化物 , 磨损的颗粒等 的 限制 , 最终导致压差升高 。因此须定期通过更换 空气滤芯和遵守油的更换周期来消除润滑油中的 污物 。 这样 , 可使进入到油气分离芯上的污物保 持在最少 , 有利于延长使用寿命 。 5. 4 正确选择润滑油保证使用符合标准的 、 抗老化和对水不敏感 的润滑油 。 抗氧化性差的润滑油不适用 , 即使工 作时间较短 , 也会产生一种类似于果冻状的粘稠 沉淀物 , 将油气分离芯堵住 。较高的工作温度会 加速润滑油的老化 , 所以必须保证油冷却器冷却 效果和的油冷却器的清洁 , 必须将用 , 、 老油间 ,

12、 5. 5 预防压缩机运行故障导致的油气分离芯使用寿命降低油气分离芯不受正常的气流回窜和脉冲的影 响 。 当压缩机运行故障导致非正常的大气量的回 窜会引起油气分离芯的细分离层的损坏 , 虽然这 类损伤不明显 , 肉眼无法察觉 , 但是 , 细微的损伤 会导致较高的残油率 。 因此必须设置压缩机运行 故障报警 、 停车的自动控制 。 6 结语新设计的 LHC -28/147型螺杆 -活塞串联 空压机组油气分离器与老型号油气分离器相比有 如下优点 :(1 设计紧凑 , 节省空间 。新设计的油气分 离器比老型号油气分离器体积减小 63%(如表 2所示 。表 2 新 、 老型号油气分离器体积比较 名称

13、 新型号 老型号 直径 D (mm 612920高度 H (mm 13001600体积 V (m 30. 331. 06 (2 制造 、 维修成本降低 。由于体积减小不 仅制造 、 维修成本降低 , 而操作 、 维修方便 , 特别是 油气分离器高度降低 , 使维修时可在船仓内直接 抽取油气分离芯更换 , 而老型号油气分离器更换 油气分离芯时 , 则须将整机移出船仓 ;(下转第 27页 83 F LU ID MACH I N ERY Vol 137, No 16, 2009 (a 工作面(b 图 5(a 工作面(b 背面图 6 叶片数为 6、 含气率为 50%时叶片工作面 、 背面的静压等值分布

14、图 4 结语叶片数增加时 , 随着含气率的增加 , 油气混输 泵扬程增加 , 效率降低且幅度逐渐减小 。但叶片 数增加到一定数量时 , 效率出现大幅下降 。因此 , 应合理选择叶片数 , 尽量避免叶轮过流面积减小 , 排挤系数增大 。叶片数变化时 , 非设计点的性能 预测有待进一步研究 。 本文介绍的数值模拟方法 可以推广到其它流体机械的三维流场计算中 , 用 于叶轮设计及其几何参数优化 , 提高性能 , 降低试 验成本 , 。1马希金 , 王宏亮 , 赵学 . 轴流式油气混输泵压缩级流 场 CF D 模拟分析 J .农业机械学报 , 2006, 37(2 : 41244.2 马希金 , 秦

15、霞 , 牛显明 . 混输泵半螺旋形吸入室不同 含气率下的速度分析 J .热能动力工程 , 2006, 21 (2 :1862188.3 Pfleiderer C . (奚 启 棣 译 叶 片 泵 与 透 平 压 缩 机 M.北京 :机械工业出版社 , 1983.4 Stepanoff A J. Centrifugal and Axial Fl ow Pu mp M. John W iley &Sons, I N C, 1957.5 关醒凡 . 现代泵设计手册 M.北京 :宇航出版社 , 1995.6 鄢碧鹏 , 汤方平 . 叶片数对轴流泵性能影响的研究 J .扬州大学学报 (自然科学版 , 1998, 1(3 :532 55.作者简介 :马希金 (19582 , 男 , 研究员 , 通讯地址 :730050甘 肃兰州市兰州理工大学流体传动与控制学院 。(上接第 38页 (3 油气分离芯使用寿命增长 。新型油气分 离芯使用寿命由老型号的 2000h 增加到 4000h, 使用寿命增长 1倍 , 增加了机组的运行可靠性 ; (4 提高了压缩空气品质 。该压缩机组已投 入海洋石油勘探作业运行 , 压缩空气质量达到用 户要求 。参考文献1 束鹏程 . 回转式压缩机 M.北京 :机械