無(wú)油螺桿壓縮機(jī)與噴油螺桿壓縮機(jī)的選用原則.doc

無(wú)油螺桿壓縮機(jī)與噴油螺桿壓縮機(jī)的選用原則?l8?壓縮機(jī)技術(shù)2008年第1期(總207期)文章編號(hào):1006-2971(2008)0l-0018-03無(wú)油螺桿壓縮機(jī)與噴油螺桿壓縮機(jī)的選用原則徐樹(shù)風(fēng)(阿特拉斯-科普柯(無(wú)錫)壓縮機(jī)有限公司,江蘇無(wú)錫214000)摘要:通過(guò)對(duì)兩類(lèi)壓縮機(jī)的工作原理,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析以及壓縮空氣系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)行成本的比較,闡述了在不同場(chǎng)合對(duì)壓縮機(jī)選用的原則.關(guān)鍵詞:螺桿壓縮機(jī);除油過(guò)濾器;系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn);運(yùn)行成本中圖分類(lèi)號(hào):TH455文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B1前言螺桿壓縮機(jī)是在20世紀(jì)30年代由瑞典工程師ALFLYSHOLM發(fā)明.目前廣泛應(yīng)用的主要有無(wú)油螺桿壓縮機(jī)與噴油螺桿壓縮機(jī)兩大類(lèi)型.其中最先開(kāi)發(fā)并投入使用的是無(wú)油螺桿壓縮機(jī),約在50年代一些先進(jìn)國(guó)家就已開(kāi)始使用.隨著油氣分離技術(shù)的發(fā)展及日趨成熟,噴油螺桿壓縮機(jī)于70年代在我國(guó)也開(kāi)始得到應(yīng)用.至80年代末,隨著國(guó)外先進(jìn)技術(shù)收稿13期:20071020的引進(jìn)和螺桿壓縮機(jī)合資企業(yè)在國(guó)內(nèi)的成立,噴油螺桿壓縮機(jī)得到了迅猛的發(fā)展和推廣.后又隨著壓縮空氣后處理設(shè)備的不斷發(fā)展,如高精度的除塵除油過(guò)濾器產(chǎn)品的推出等,使得噴油螺桿壓縮機(jī)得到了更為廣泛的應(yīng)用.據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明,近年來(lái)這兩類(lèi)壓縮機(jī)幾乎占了容積式壓縮機(jī)市場(chǎng)的80%以上.那么什么情況下該選用無(wú)油螺桿壓縮機(jī),什么情況下該選用噴油螺桿壓縮機(jī),這成了廣大用戶(hù)較為關(guān)注的問(wèn)題.因?yàn)檫@直接影響到企業(yè)的投資成本及經(jīng)濟(jì)收益問(wèn)題.下面本文將從這兩類(lèi)產(chǎn)品的原理,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及壓縮空氣系統(tǒng)的質(zhì)量對(duì)用戶(hù)產(chǎn)品的影響圖4活塞與缸頭安裝誤差引起的摩擦力出口位置焊接外徑為中360mm,厚度為90mm的缸箍將壓縮機(jī)缸頭增大配重,并重新了調(diào)整活塞和缸頭安裝精度,使活塞與缸頭安裝誤差引起的摩擦力控制在50kN以下,經(jīng)開(kāi)車(chē)測(cè)試,改造后壓縮機(jī)振動(dòng)最大位移為58Ixm,最大降幅達(dá)76.8%,符合壓縮機(jī)振動(dòng)規(guī)范,減振效果非常明顯.4結(jié)束語(yǔ)本論文對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)機(jī)體振動(dòng)原因進(jìn)行了分析,并運(yùn)用有限元?jiǎng)恿W(xué)分析方法給出了減振降噪的設(shè)計(jì)方法,對(duì)乙烯超高壓二次壓縮機(jī)機(jī)體振動(dòng)嚴(yán)重的問(wèn)題,進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和振動(dòng)分析,找出了其振動(dòng)原因,給出了有效的減振處理方案.經(jīng)過(guò)改造后,壓縮機(jī)半年以來(lái)的的穩(wěn)定運(yùn)行說(shuō)明改造方案可行.這種運(yùn)用有限元?jiǎng)恿W(xué)設(shè)計(jì)方法對(duì)機(jī)體振動(dòng)進(jìn)行改造,保證了該裝置的長(zhǎng)期安全平穩(wěn)的運(yùn)行,為設(shè)備的減振改造提供參考.參考文獻(xiàn):1美國(guó)石油學(xué)會(huì).API618石油,化工和氣體工業(yè)用往復(fù)壓縮機(jī)(第四版)P,1995,14.2顧海明,周勇軍.機(jī)械振動(dòng)理論與應(yīng)用M.南京:東南大學(xué)出版社,2007.9699.3戴新西,賀運(yùn)初,王大勇.大型往復(fù)壓縮機(jī)異常振動(dòng)原因分析及處理J.石油和化工設(shè)備,2006.(3):2629.4錢(qián)錫俊,陳弘編.泵和壓縮機(jī)M.北京:石油大學(xué)出版社,2003.258259.5邵蘊(yùn)秋.ANSYS8.0有限元分析實(shí)例導(dǎo)航M.北京:中國(guó)鐵道出版社,2004.6467.作者簡(jiǎn)介:趙杰(1976一),女,講師,2002年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè),現(xiàn)在北京石油化工學(xué)院從事石油化工設(shè)備領(lǐng)域的教學(xué)與科研工作.第1期徐樹(shù)風(fēng):無(wú)油螺桿壓縮機(jī)與噴油螺桿壓縮機(jī)的選用原則和運(yùn)行成本的比較等幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)論述,從而得出科學(xué)而合理的選擇方案.2壓縮機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)比較2.1無(wú)油螺桿壓縮機(jī)工作原理壓縮機(jī)殼體內(nèi)有一對(duì)經(jīng)過(guò)精密加工的陰,陽(yáng)轉(zhuǎn)子.電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)陽(yáng)轉(zhuǎn)子,再由陽(yáng)轉(zhuǎn)子另一端的同步齒輪帶動(dòng)陰轉(zhuǎn)子同步齒輪(見(jiàn)圖1),使陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子以一定的間隙保持同步旋轉(zhuǎn).從而使得進(jìn)入壓縮機(jī)腔內(nèi)的空氣在齒槽問(wèn)被有效地壓縮.圖1噴油螺桿主機(jī)結(jié)構(gòu)圖殼體帶夾層,可使水或油等冷卻介質(zhì)通過(guò)夾層降低殼體內(nèi)氣體的溫度.壓縮機(jī)的齒輪與軸承由專(zhuān)用潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑.主機(jī)內(nèi)的油封防止軸承腔內(nèi)的潤(rùn)滑油進(jìn)入壓縮腔內(nèi),保證了輸出的空氣絕對(duì)無(wú)油.而氣封則防止壓縮腔內(nèi)的空氣向外泄漏.2.2噴油螺桿壓縮機(jī)工作原理噴油螺桿壓縮機(jī)工作原理基本上與無(wú)油螺桿壓縮機(jī)相同.主要區(qū)別在于機(jī)殼內(nèi)噴人了少量的壓縮機(jī)油,油進(jìn)入殼體內(nèi)轉(zhuǎn)化成油霧,然后與殼體內(nèi)的壓縮空氣混合后在轉(zhuǎn)子的齒槽問(wèn)被有效地壓縮.壓縮后的油氣混合物經(jīng)過(guò)下游的油氣分離器分離后排出,排出空氣的含油量取決于制造廠商的油分濾芯的效果,約為(26)10一.油在機(jī)體內(nèi)的作用主要有:(1)潤(rùn)滑轉(zhuǎn)子,因此陽(yáng)轉(zhuǎn)子可直接帶動(dòng)陰轉(zhuǎn)子,省去了同步齒輪;(2)密封轉(zhuǎn)子各部的間隙和轉(zhuǎn)子與殼體的間隙,提高產(chǎn)氣效率;(3)吸收壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的大部分熱量,因而其單級(jí)壓比較高.2.3結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)無(wú)油螺桿壓縮機(jī)特點(diǎn):提供完全無(wú)油的壓縮空氣;單級(jí)壓比低,一般<3,對(duì)于動(dòng)力用壓縮機(jī)需2級(jí)壓縮;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,無(wú)油氣分離裝置;制造精度高,制造成本高(如同步齒輪,油封,氣封,帶夾層殼體等);運(yùn)行成本低.(2)噴油螺桿壓縮機(jī)特點(diǎn):提供的壓縮空氣含微量的油;單級(jí)壓比高,最高可達(dá)13;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需配置油氣分離裝置;制造精度較低,制造成本低(無(wú)同步齒輪,無(wú)油封,無(wú)氣封,殼體無(wú)夾層等);運(yùn)行成本高,需定期更換油分濾芯,壓縮機(jī)油等.3系統(tǒng)壓縮空氣質(zhì)量對(duì)用戶(hù)產(chǎn)品的潛在風(fēng)險(xiǎn)比較從上節(jié)的分析中我們得知,對(duì)于無(wú)油螺桿壓縮機(jī)而言,由于整個(gè)壓縮過(guò)程中空氣并未與油接觸,因此其排出的壓縮空氣完全無(wú)油,壓縮系統(tǒng)空氣完全沒(méi)有被油污染的風(fēng)險(xiǎn).而噴油螺桿壓縮機(jī)排出的壓縮空氣卻要經(jīng)過(guò)油氣分離器分離后,方可達(dá)到基本無(wú)油.如要達(dá)到或接近與無(wú)油螺桿壓縮機(jī)等同的優(yōu)質(zhì)壓縮空氣,則還需在壓縮機(jī)后配置各種精度的除油過(guò)濾器.對(duì)于采用過(guò)濾器除油后達(dá)到的無(wú)油壓縮空氣,系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生什么樣的風(fēng)險(xiǎn)呢?到目前為止,我們對(duì)壓縮空氣的狀態(tài)如壓力,流量,溫度等可以通過(guò)壓力表,流量計(jì),溫度計(jì)等進(jìn)行監(jiān)控,對(duì)壓縮空氣的濕度也可通過(guò)露點(diǎn)儀進(jìn)行監(jiān)控并調(diào)節(jié)到所需要求.但卻無(wú)任何儀表等設(shè)施對(duì)壓縮空氣的含油量進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié),所以含油量的多少只能依靠除油裝置的質(zhì)量來(lái)保證.由于除油裝置中濾芯是易耗件,需定期更換,但更換的依據(jù)是濾芯的壓降而不是含油量的多少.這樣就無(wú)法確切知道壓縮空氣的含油量.此外由于壓降的高低與含油量的多少并沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系,尤其在高溫下,即使壓降不高,油仍然會(huì)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)通過(guò)過(guò)濾器進(jìn)入下游管路,造成空氣含油量超標(biāo).這是壓縮空氣系統(tǒng)質(zhì)量對(duì)用戶(hù)產(chǎn)品(如藥廠的藥品,紡織廠的棉紗,電子元件,食品等)的潛在風(fēng)險(xiǎn).此外,由于用戶(hù)無(wú)法對(duì)空氣的含油量隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)控,往往在最終產(chǎn)品被污染時(shí)才得以發(fā)現(xiàn)含油量超標(biāo),但這時(shí)為時(shí)已晚,一則因?yàn)樽罱K產(chǎn)品被污染而造成直接損失,二則由于空氣管道的管壁已經(jīng)沾滿(mǎn)了油,必須進(jìn)行及時(shí)的清洗(但閥門(mén),彎頭處很難清洗干凈),有些嚴(yán)重的還需更換,這樣除了直接損失外還有清洗或更換管道而造成停工停產(chǎn)的問(wèn)接損失.因此對(duì)于使用無(wú)油壓縮空氣的用戶(hù)而言,直接選用無(wú)油螺桿壓縮機(jī)可完全消除這些潛在風(fēng)險(xiǎn),是即可靠又安全的方案.?20-壓縮機(jī)技術(shù)第1期4運(yùn)行成本比較壓縮機(jī)的運(yùn)行成本主要有以下4個(gè)方面組成:產(chǎn)品采購(gòu)價(jià)格,安裝價(jià)格,維修保養(yǎng)與備品備件價(jià)格和能耗(即電費(fèi)).對(duì)于需要無(wú)油壓縮空氣(如含油量低于0.00310)的用戶(hù)而言,究竟是無(wú)油螺桿壓縮機(jī)運(yùn)行成本高還是噴油螺桿壓縮機(jī)運(yùn)行成本高呢?我們來(lái)分析一下:若采用噴油螺桿壓縮機(jī),需配置3級(jí)除油過(guò)濾器才能滿(mǎn)足空氣質(zhì)量要求(如:初級(jí)0.110,次級(jí)0.0110,末級(jí)0.00310).這3級(jí)過(guò)濾器每個(gè)初始?jí)航导s為0.007MPa,更換壓降約為0.04MPa.平均壓降為(0.007+0.04)/2=0.0235MPa.油分濾芯的初始?jí)航导s為0.008MPa.,更換壓降約為0.08MPa.平均壓降為(0.008+0.08)/2=0.044MPa.如果用戶(hù)實(shí)際所需的壓縮空氣壓力為0.7MPa,考慮到過(guò)濾器和油分濾芯的累計(jì)阻力,即0.02353+0.044=0.1145MPa.因此,為滿(mǎn)足壓縮空氣壓力為0.7MPa的要求,壓縮機(jī)的排氣壓力必須大于等于0.7+0.1145=0.8145MPa.那么排氣壓力的提高對(duì)壓縮機(jī)功耗有何影響呢?下式是壓縮機(jī)的功率計(jì)算公式-PsQ.(1)式中77絕熱效率77容積效率絕熱指數(shù)p進(jìn)氣壓力p排氣量壓比(排氣壓力/進(jìn)氣壓力)從公式中參數(shù)我們可以看出,實(shí)際使用過(guò)程中影響壓縮機(jī)功率的主要因素為排氣量和壓比的大小,因?yàn)閴嚎s機(jī)一旦定型后效率和絕熱指數(shù)等基本上為一常數(shù).紅進(jìn)氣壓力為一個(gè)人氣壓時(shí),提高排氣壓力也就是提高了壓比.通過(guò)計(jì)算或試驗(yàn)得出,對(duì)動(dòng)力用空壓機(jī),每增加0.1MPa壓力就多消耗壓縮機(jī)功率約6%.由此可知,如果噴油螺桿壓縮機(jī)系統(tǒng)要得到優(yōu)質(zhì)無(wú)油空氣,需額外增加0.1145MPa壓力來(lái)克服這些除油裝置的阻力,也就是要多增加功耗0.11456=6.8%.下面我們不妨以一臺(tái)250kW的壓縮機(jī)舉例比較一下兩類(lèi)壓縮機(jī)的5年運(yùn)行成本:壓縮機(jī)額定功率為:250kW,由于克服濾芯阻力(合計(jì)阻力0.1145MPa)需增加的功耗:250KW0.068=17kW若每年按8000小時(shí)運(yùn)行,每度電費(fèi)為0.8元人民幣,則運(yùn)行5年需多耗電費(fèi)為1780000.85=54.4萬(wàn)元人民幣.從上例計(jì)算可以看出,一臺(tái)250kW的噴油螺桿壓縮機(jī)若需滿(mǎn)足無(wú)油壓縮空氣系統(tǒng)的要求,5年需多增加54.4萬(wàn)元電費(fèi).由于運(yùn)行成本由產(chǎn)品采購(gòu)價(jià)格,安裝價(jià)格,維修保養(yǎng)與備品備件價(jià)格和能耗(即電費(fèi))4個(gè)方面組成,雖然噴油螺桿壓縮機(jī)的采購(gòu)成本要遠(yuǎn)低于無(wú)油螺桿壓縮機(jī),但需額外增加除油過(guò)濾器及配套管路的采購(gòu)成本和安裝成本,此外還要比無(wú)油螺桿壓縮機(jī)多增加濾芯和油的更換成本,再加上由于克服濾芯阻力需增加的功耗費(fèi)用54.4萬(wàn)元,因此其總成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無(wú)油螺桿壓縮機(jī).5結(jié)論(選型原則)通過(guò)上述幾個(gè)方面的分析比較,我們可以得出下列選型原則:(1)對(duì)于需要完全無(wú)油(或含油量小于0.0110)的壓縮空氣用戶(hù)(如紡織,制藥,食品,煙草等行業(yè)),由于壓縮空氣中含油量對(duì)其產(chǎn)品有著密切關(guān)系,因此無(wú)油螺桿壓縮機(jī)應(yīng)是最佳選擇.它不但安全,可靠,而且由于運(yùn)行能耗低,因此更加節(jié)能,更加經(jīng)濟(jì).(2)對(duì)壓縮空氣含油量要求不很高的壓縮空氣用戶(hù)(如用于流水線上的氣動(dòng)工具,一般物料的輸送等)而言,由于空氣中微量含油對(duì)其產(chǎn)品無(wú)大的影響,無(wú)需在噴油螺桿壓縮機(jī)下游處添加任何除油裝置,因此噴油螺桿壓縮機(jī)應(yīng)該是最佳選擇.其一是采購(gòu)成本低,因?yàn)椴恍枰瓦^(guò)濾器,而壓縮機(jī)的價(jià)格又遠(yuǎn)低于無(wú)油螺桿壓