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更新時間:2019-06-06 09:21:19 點擊次數(shù):次
隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展,企業(yè)本身不僅面臨市場的激烈競爭,同時對自身的生產(chǎn)運營成本也提出了嚴苛的要求,“節(jié)流”即“開源”,離心式空氣壓縮機(以下簡稱離心機)作為通用的空氣壓縮設(shè)備,憑借壓縮空氣無油、運行效率高的特點,越來越得到用戶的青睞。
隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展,企業(yè)本身不僅面臨市場的激烈競爭,同時對自身的生產(chǎn)運營成本也提出了嚴苛的要求,“節(jié)流”即“開源”,離心式空氣壓縮機(以下簡稱離心機)作為通用的空氣壓縮設(shè)備,憑借壓縮空氣無油、運行效率高的特點,越來越得到用戶的青睞。
然而,大部分用戶對“離心機非常節(jié)能” 只有一個概念上的認識,知道離心機比無油螺桿壓縮機等其他壓縮形式更節(jié)能,但并沒有系統(tǒng)地從產(chǎn)品本身到實際使用等綜合考慮這個問題。
所以我們將從常用壓縮形式比較、市場上各品牌離心機差異、離心機空壓站設(shè)計、日常維護保養(yǎng)四個角度,簡單闡述這四個因素對“離心機是否節(jié)能”的影響。
一、不同壓縮形式的比較
無油壓縮空氣市場中,主要有螺桿機、離心機兩大類,氣量大致范圍如表1。
由表1看出,無油螺桿機主要滿足小氣量需求,目前無油螺桿市場上各個品牌的競爭主要集中在75Kw ~ 315Kw。
離心機最小也可以做到25m³/min, 那么,當需求氣量在50~70m³/min時,究竟是選擇多臺無油螺桿,還是選擇離心機更合適?
1) 從空氣壓縮原理角度分析
不考慮各個品牌螺桿轉(zhuǎn)子型線設(shè)計、內(nèi)壓比設(shè)計等因素,螺桿機轉(zhuǎn)子間隙是影響效率的關(guān)鍵因素,轉(zhuǎn)子直徑和間隙的比例越高,則壓縮效率越高,同樣,離心機葉輪直徑和葉輪與蝸殼間隙比例越大,則壓縮效率越高。
2) 兩種壓縮方式效率比較
以某68m³m³/min 、8barg 用氣需求為例,離心機與螺桿機方案的功耗比較,見表2
由表2 可知,
a. 68m³/min需求時,離心機效率比螺桿機高;
b. 根據(jù)壓縮間隙對效率的影響可以判斷: 螺桿機直徑越大,則效率越高,離心機氣量越小,葉輪直徑越小,則間隙占比越大,效率呈逐步下降趨勢;
c. 由表3 也可以看出,離心機與螺桿機在不同工況下,基本保持同樣的變化水平。
3) 理論結(jié)合實際的綜合效率比較
單純的機器效率比較并不能反映實際使用的結(jié)果,從實際使用角度考慮,80%的用戶實際用氣都存在波動,見表4 典型的用戶用氣需求波動示意圖,但離心機的安全調(diào)節(jié)范圍只有70%~100%,當用氣量超過調(diào)節(jié)范圍時,會出現(xiàn)大量放空,放空即是能源的浪費,則這臺離心機的綜合效率就不高。
如果用戶充分了解自己的用氣波動情況,多臺螺桿機的搭配,尤其采用N+1、即N臺定頻螺桿+1臺變頻機的方案,用多少氣產(chǎn)多少氣,變頻螺桿實時調(diào)節(jié)氣量的產(chǎn)出,則綜合效率反而比離心機高。
因此,離心機到底節(jié)不節(jié)能,不能單純從設(shè)備角度出發(fā),要充分考慮實際用氣的波動,如果想采用50~70m³/min 離心機,則需要保證用氣波動在15~21m³/min 的波動范圍,即盡量保證離心機不放空,如果用戶預判自己的用氣波動超過21m³/min , 則采用螺桿機方案會更節(jié)能。
二、離心機的不同配置
離心機市場主要由幾大國際品牌占據(jù),如瑞典阿特拉斯·科普柯、日本IHI-Sullair、美國英格索蘭等、根據(jù)筆者了解,各個品牌基本只生產(chǎn)擁有核心技術(shù)的離心機葉輪部分,其他零部件采用全球供應商采購模式,因此,零部件的品質(zhì)也對整機效率有重要的影響。
1) 驅(qū)動離心機機頭的高壓電機
電機效率對離心機的整體效率影響非常大,配置不同效率的電機,整機輸入功率計算差別見表3。
由表5可知,高效電機在離心機長期使用中,能有效保證整機輸入功率最低,進而提高整機的運行效率。
國家標準委員會頒布的GB 30254-2013 《高壓三相籠型異步電動機能效限定值及能效等級》中,對各個電機等級做了詳細的劃分,其中大于等于2級能效以上的電機,定義為節(jié)能電機,相信隨著該標準的不斷完善和推廣,電機會作為離心機是否節(jié)能的重要判斷標準。
2) 傳動機構(gòu)---聯(lián)軸器和齒輪箱
離心機葉輪采用齒輪增速驅(qū)動,因此,連軸器的傳動效率,高、低速齒輪系統(tǒng)的傳動效率、軸承的形式等因素,都會進一步影響離心機的效率,但這些零部件的設(shè)計參數(shù)都被作為各個廠家的保密數(shù)據(jù)不對外公開,因此,只能從實際使用過程中做簡單判斷。
a. 連軸器: 從長期運行角度考慮,干式疊片連軸器比齒式連軸器的傳動效率高,齒式聯(lián)軸器傳動效率下降快
b. 齒輪增速系統(tǒng):傳動效率下降,則機器噪音高、振動高,葉輪的振動值短時間內(nèi)增高,傳動效率下降
c. 軸承:采用多片式滑動軸承,可有效保護帶動葉輪的高速軸油膜穩(wěn)定,啟停機時不會對軸瓦造成磨損
3) 冷卻系統(tǒng)
離心機每一級葉輪壓縮后都需要進行冷卻,再進入下一級進行壓縮
a. 冷卻:冷卻器的設(shè)計應充分考慮不同季節(jié)進氣溫度、冷卻水溫度對冷卻效果的影響
b. 壓降:氣體經(jīng)過冷卻器時,要盡量減少氣體壓降
c. 析出冷凝水:冷卻過程中冷凝水析出越多,下一級葉輪對氣體做功比例越多,則氣體壓縮效率越高
d. 排出冷凝水:將冷凝水快速排出冷卻器,同時不產(chǎn)生壓縮空氣泄露
冷卻器的冷卻效果對整機效率影響非常大,同時也考驗每一個離心機廠家的技術(shù)實力。
4) 其他影響離心機效率的因素
a. 進氣調(diào)節(jié)閥門的形式:多片式進氣導葉閥可在調(diào)節(jié)時對氣體預旋,減少一級葉輪整流,降低一級葉輪壓比,從而提高離心機效率
b. 級間管道:設(shè)計緊湊的級間管道系統(tǒng),可以有效降低壓縮過程的壓損
c. 調(diào)節(jié)范圍:更寬的調(diào)節(jié)范圍意味著更少的放空風險,也是檢驗一臺離心機是否具備節(jié)能能力的重要判讀指標
d. 內(nèi)表面涂層:離心機每級壓縮的排氣溫度90~110℃,內(nèi)部良好的耐溫涂層也是保證長期高效運行的保障
三、空壓站設(shè)計階段
離心式空壓站的系統(tǒng)設(shè)計目前還處在比較粗放的階段,主要體現(xiàn)在:
1) 產(chǎn)氣量與需求量不匹配
一個空壓站的氣量,在設(shè)計階段時會統(tǒng)計用氣點、乘以同時使用系數(shù)等數(shù)據(jù)等,已經(jīng)留有充足的余量,但實際采購時要滿足最大、最不利工況這一指標,加上離心機選型的因素,因此從實際結(jié)果看,實際用氣大多小于采購的壓縮機產(chǎn)氣量,再加實際用氣波動、各品牌離心機調(diào)節(jié)能力的差別,離心機會發(fā)生階段性放空。
2) 排氣壓力與用氣壓力不匹配
很多離心機空壓站都只有1~2個壓力管網(wǎng),以滿足最高壓力點為基準選擇離心機,但實際上,最高壓力點氣量需求占比很小,或者有更多低壓力的用氣點,需要通過下游減壓閥來降壓使用,根據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù),離心機每降低1barg 排氣壓力,總運行能耗可降低8%。
3) 壓力不匹配對機器的影響
離心機只有運行在設(shè)計點時效率才最高,舉例來說,設(shè)計排氣壓力8barg 的機器,實際排氣壓力在5.5barg , 則要參考6.5barg的實際運行功耗。
4) 空壓站管理不到位
用戶認為只要是穩(wěn)定供氣保證生產(chǎn),其他都可以先放一放,以上提到的問題,或者說節(jié)能點,都會被忽略,那么,實際運行的能耗就會遠高于理想狀態(tài),而這種理想狀態(tài),原本可以通過前期更細致的計算,對實際用氣波動的模擬,更詳細的氣量、壓力劃分、更準確的選型搭配去實現(xiàn)。
四、日常維護保養(yǎng)對效率的影響
日常維護保養(yǎng)也對離心機是否能高效運行起著及其重要的作用,除了機械設(shè)備常規(guī)的三濾一油、閥門閥體密封件的更換,離心機還需要注意以下幾點:
1) 空氣中粉塵顆粒
氣體經(jīng)進氣過濾器過濾后,還是會有細小粉塵進入,長時間后會沉積在葉輪、擴壓器、冷卻器翅片上,影響吸氣量,進而影響整機效率。
2) 壓縮過程中氣體特性
壓縮過程中,氣體處于過飽和、高溫高濕狀態(tài),壓縮空氣中的液態(tài)水會與空氣中酸性氣體結(jié)合,對氣體內(nèi)壁、葉輪、擴壓器等產(chǎn)生腐蝕,影響進氣量,也會降低效率。
3) 冷卻水的品質(zhì)
冷卻水中碳酸鹽硬度、總懸粒子物濃度的不同,導致冷卻器水側(cè)結(jié)污結(jié)垢,影響換熱效率,進而影響整個機器的運行效率。
離心機是目前市場上效率最高的空氣壓縮機種類,在實際使用中,要想真正達到“物盡其用、盡享其效”,不僅需要離心機廠家不斷研發(fā)更高效的產(chǎn)品;同時,準確的選型方案,貼近實際的用氣需求,達到“用多少氣產(chǎn)多少氣、用多高壓力產(chǎn)多高壓力”也顯的尤為重要。此外,加強對離心機的維護保養(yǎng),也是離心機長期穩(wěn)定高效運行的可靠保障。
隨著離心機使用越來越廣泛,希望越來越多的用戶不僅知道“離心機非常節(jié)能”,同時也能夠從整個系統(tǒng)的設(shè)計、運行維護保養(yǎng)的角度去達到節(jié)能的目標,提高企業(yè)自身的競爭力,為減少碳排放,維護綠色地球做出自己的貢獻!
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