空气压缩机特性

1、http:/不同压缩机的特性http:/在20世纪30年代，压缩空气或气体的用户只有两种主要选择：往复式和离心式往复式往复式属于正位移（容积式）压缩机，热力学性能稳定，效率高，但是 他们需要昂贵的地基和安装费用 他们需要大量的维护工作，维护费高，停机时间长 随着使用时间的推移流量逐步下降 他们不适合压缩较脏的气体离心式离心式 只需要很少的维护，但是 他们需要昂贵的地基和安装费用 他们的热力学性能不稳定 操作范围受到喘振的限制 他们对灰尘非常敏感，完全不适合压缩较脏的气体 即使在叶轮上黏附了几微米的灰尘性能也会显著下降 螺杆压缩机的起源螺杆压缩机的起源http:/瑞典皇家科学院的 Lysholm

2、 教授在以下假设的基础上为发现一种理想的压缩系统而做了大量研究： 为了克服往复式压缩机的弱点，他理想中的压缩机必须是一种没有金属接触的旋转式压缩机； 为了克服离心式压缩机的弱点，它必须是一种正位移（容积式）压缩机；于是一种旋转容积式压缩机诞生了，这种压缩机有稳定的热力学性能，稳定的操作性和低的功耗。 可靠可靠性性极极高高螺杆压缩机的起源螺杆压缩机的起源http:/Atlas Copco 最先采用了这一基本原理，经过大量研究后于1957年推出了U-系列无油螺杆压缩机. 许多机器至今仍在世界各地使用。在1970年代，Atlas Copco研究中心, 位于日内瓦的Cerac研究所, 设计出革命性的非

3、对称螺杆型线并获得专利。在1980年代 Atlas Copco推出了闻名于世的，性能更优异的X型线。在1990年代 Atlas Copco又推出了改进型 SAP型线。现在在世界上生产和销售的压缩机10台中有9台是螺杆式压缩机螺杆式压缩机螺杆压缩机的起源螺杆压缩机的起源http:/压缩机特性压缩机特性流量正位移(容积式)压缩机动力式压缩机压力动力式和容积式压缩机的性能曲线动力式压缩机的软特性：压力与流量相关容积式压缩机的硬特性：压力与流量无关http:/离心和螺杆式压缩机的性能曲线 6082A100O在 35C 0.97 bar(a)压力功率D喘振控制线在 25C 1 bar(a)无油螺杆B75

4、喘振线放空区流量无油螺杆流量压缩机特性压缩机特性动力式压缩机的软特性：性能与环境温度密切相关容积式压缩机的硬特性：性能与环境温度无关http:/排气压力100 %输入功率100 %吸入流量 (质量) 100 %进气压力下降将使流量下降，反之亦然。进气压力下降将使输入功率下降， 反之亦然。压缩机特性压缩机特性离心式压缩机软特性http:/进气温度下降将使流量上升进气温度下降将使输入功率上升进气温度上升将使流量下降进气温度上升将使输入功率下降喘振线设计点压缩机特性压缩机特性离心式压缩机软特性排气压力100 %输入功率100 %吸入流量 (质量) 100 %http:/Surge line压缩机特性

5、压缩机特性离心式压缩机软特性排气压力100 %输入功率100 %冷却水温度下降将使流量上升冷却水温度下降将使输入功率上升冷却水温度上升将使流量下降冷却水温度上升将使输入功率下降吸入流量 (质量) 100 %http:/喘振点滞止点流量压力喘振由过高的背压引起的流量中断(流量波动)滞止 (堵塞)在某一转速下压缩机所能输出的最大流量只能在喘振点和滞止点之间运行压缩机特性压缩机特性动力式压缩机http:/进口空气温度和质量流量(密度)的变化对容积式压缩机的功耗没有影响其中:P :功率P1:进口压力V1: 进口体积n:绝热指数P2/P1: 压比影响压缩机功率的参数:P1:进口压力V1:容积流量 (不是

6、质量流量!)P2/P1:压比影响压缩机性能的参数正位移(容积)式压缩机Power P = P1 . V1 . ( ) -1 n n -1P2P1n -1n压缩机特性压缩机特性http:/其中: Hp : 压力头m : 质量流量h: 等温效率影响压缩机功率的参数:T :进口温度M :质量流量P2/P1 : 压比Power P = H p . mh在冬天质量流量上升，动力式压缩机功耗也上升动力式压缩机压缩机特性压缩机特性影响压缩机性能的参数http:/叶轮速度的下降 将导致压力下降 所以如果频率下降 3% 每一级的出口压力将减少 6%，三级的压缩机将总计下降18%。P 2 S动力式压缩机建立起的压

7、力与速度的平方成正比。即：压缩机特性压缩机特性动力式压缩机速度的影响http:/不稳定的热力学性能可表述为:压力升高则流量下降进口空气温度降低- 容积流量基本不变，轴功率却上升- 质量流量将会上升- 可以产生更高的排气压力减少转速将使排气压力迅速下降压缩机只能在一个相对狭窄的范围内运行 (在喘振和滞止点之间)排气压力升高使压缩机更接近喘振区压缩机特性压缩机特性动力式压缩机不稳定的热力学性能http:/活塞式压缩机（两级压缩）活塞式压缩机（两级压缩）V型驱动皮带 (6根)曲轴主轴承 (2个)连杆大端轴承(2)连杆 (2)连杆小端轴承(2)十字头 (2)支承环 (2 组)活塞 (2)活塞环 (8)

8、气缸 (2)气阀 (进口/出口) (20)离心式压缩机（三级压缩）离心式压缩机（三级压缩）大齿轮高速轴承 (4)低速轴承 (2)小齿轮 (2) 活塞压缩机零部件的磨损使排气量每年下降5-6% 而压缩机的功耗却不变。 大量的易损件增加了维护费用、维护人力和停机时间对于一台典型的两级活塞式压缩机有 53个维护点压缩机特性压缩机特性动力式压缩机与活塞式压缩机的机械运转维护点比较对于一台典型的三级离心式压缩机有 11个维护点http:/仅仅是力平衡的对置平衡式活塞压缩机仅仅是力平衡的对置平衡式活塞压缩机水平力 F1 可平衡垂直力 F2 导致气缸顶部和底部的磨损程度不同(气缸偏磨)F2 力产生的不平衡力

9、矩使压缩机需要厚重的基础F1F2F2FFF1压缩机特性压缩机特性http:/余隙容积的存在，降低了活塞式压缩机的容积效率，使其比功率增大活塞压缩机螺杆压缩机吸入容积行程容积余隙容积流量流量吸入容积吸气排气排气压缩压缩膨胀膨胀吸气压力压力压缩机特性压缩机特性PV图的比较http:/气阀波动导致不必要的额外功耗活塞压缩机的气阀颤动气阀颤动压缩机特性压缩机特性压力流量颤动是由空气在阀片磨损产生的微小间隙中的泄漏引起的。颤动发生时阀片开始振动，就像单簧管的发音簧片那样。这种现象在压缩机使用很短的一段时间后就会发生。http:/即使在更换了新的活塞环后，气缸偏磨也使压缩机的排气量无法恢复气缸活塞压缩机特

10、性压缩机特性活塞压缩机的气缸偏磨http:/如果有几个因素的组合，离心式压缩机会是理想的选择。例如：单台的排气量较大，达到 6000 m3/hr以上需要质量流量的流程例如空分。在冬天低温下多费的功耗将会被多得到的质量流量所补偿流量的波动不是很大，压缩机经常在满载或可调范围内运行排气压力一般不超过 80 bar，可以用6级或更多压缩级数来达到高的排气压力。压缩机特性压缩机特性离心式压缩机的适用范围http:/离心式螺杆式旋齿式流量 (l/s)比功率 (J/L)针对不同的场合应用不同的压缩机技术压缩机特性压缩机特性http:/控制系统http:/压缩机的控制压缩机的控制大多数工业流程对压缩空气流量

11、的需求是变化的，变化的原因多种多样: 装置的生产周期- 每天中的变化或每周的变化 - 装置的产量变化 系统中有瞬间或间歇性的大气量需求(如气锤，烧焦，除灰等) 基于质量流量的应用如空分 或仅仅是设计时高估了压缩空气需要量这样压缩机就需要一个 控制系统 来调节压缩机的排气量以符合实际的需求http:/MONDAYTUESDAYWEDNESDAYTHURSDAYFRIDAYSATURDAYSUNDAY小时压缩空气需要量压缩机的控制压缩机的控制典型的压缩空气需求模式http:/在节流控制方式中，压缩机的进口蝶阀会调节进气量 满载时 蝶阀全开，压缩机满负荷运行 压缩机工作在正常的压缩比下部分载荷时 减

12、少进气 (真空) 出口压力不变压比 = 8压比 = 16 * Figures are used for concept demonstration only进口 1 bar(a)出口 8 bar(a)真空状态进口 0.5 bar(a) *出口 8 bar(a)螺杆压缩机的控制节流控制螺杆转子压缩机的控制压缩机的控制http:/ 在加卸载控制下压缩机要么满载要么卸载。 在加载时，进口阀全开，压缩机在正常压比下工作。 在卸载时，进口阀全关， 压缩机与空气管网隔离。 在卸载状态时压缩机功耗极小，压缩机保持整个运行的高效率。压缩机的控制压缩机的控制螺杆压缩机的控制加卸载控制http:/在变频控制中压缩

13、机的转速随着空气需要量的变化而连续变化 压力电流变送器将测到的压力转换成 4-20 mA 的电流信号。 这一电流信号被用于变频器，调整向电机输出电源的频率。 电机的转速随着频率的变化而改变。 变频控制是效率最高的压缩机控制方式。压力电流变送器变频器电机C压缩机出口示意图:压缩机的控制压缩机的控制螺杆压缩机的控制变频控制http:/变频控制可再多节约的能量% 功率功率加卸载控制节约的能量的节流控制加卸载控制变频控制100806040200255075100载荷载荷 %压缩机的控制压缩机的控制螺杆压缩机控制方式的比较http:/喘振控制线以下的调节喘振控制线以上的调节2 种情况压力流量喘振线喘振控

14、制线 60 75 100压缩机的控制压缩机的控制离心式压缩机的控制http:/进口蝶阀进口调节导叶压缩机的控制压缩机的控制离心式压缩机的控制 喘振控制线以上的调节http:/需气量进口蝶阀调节线进口导叶调节线节省的功气量%压力 %功率 %60708090100 110708090100150100在调节时，进口调节导叶使进入的气体产生预旋，减小进口冲角和涡流损失，使气流平顺流动。它不会像蝶阀那样引起紊流。在最大调节点省功 9%离心式压缩机的控制 喘振控制线以上的调节压缩机的控制压缩机的控制http:/采用卸载和再加载的方式。为了保证排气压力不致急剧下跌，必须有相当大的缓冲容积。并避免频繁加卸载

15、。使用放空阀调节放空量保持排气压力的恒定。浪费大量能源压缩机的控制压缩机的控制离心式压缩机的控制 喘振控制线以下的调节容积流量压力自动双模式控制恒压控制模式容积流量压力http:/传动系统http:/压缩机的转速压缩机的转速对于螺杆压缩机来说，即使转速较高的无油螺杆式压缩机，其螺杆线速度也仅在60100 m/s之间，一般在每分钟600010000转运行。由于螺杆轴相当粗壮，此转速远远低于临界转速， 所以压缩机轴属刚性轴。动力式压缩机螺杆式压缩机动力式压缩机叶轮线速度可达400500 m/s，一般在每分钟20000到80000转的极高转速下运行。这种转速往往在1阶到2阶或者2阶到3阶临界转速之间，所以压缩机轴属挠性轴。每次开停机均要穿越临界转速。http:/压缩机的轴承压缩机的轴承动力压缩机在极高的转速下运行，正常运行转速往往在临界转速以上，所以只能使用由油膜来承托转轴的滑动轴承。开机，停机，频繁的载荷变化，振动都会使轴承中的油膜变薄 (膜离散)。 可倾瓦轴承可自动调节瓦块与轴的角度，有更好的耐振性，可有效减小这些现象的影响。固定几何形状的轴承就没有这种特性了。动力式压缩机固定几何形状的轴承可改变几何形状的轴承固定瓦轴承静液压缩膜轴承可倾瓦轴承http:/ 典型的设计寿命B10-100,000 小