低壓噴油螺桿壓縮機(jī)排氣含油量過(guò)高的原因分析及如何降低排氣含油量低壓噴油螺桿壓縮機(jī)排氣含油量過(guò)高的原因分析及如何降低排氣含油量 冉 鵬,羅吉榮,司 超 (陜西漢機(jī)精密機(jī)械股份有限公司,陜西漢中723000) [摘 要]:針對(duì)噴油螺桿壓......
低壓噴油螺桿壓縮機(jī)排氣含油量過(guò)高的原因分析及如何降低排氣含油量
冉 鵬,羅吉榮,司 超
(陜西漢機(jī)精密機(jī)械股份有限公司,陜西漢中723000)
[摘 要]:針對(duì)噴油螺桿壓縮機(jī)在低壓應(yīng)用中排氣含油量過(guò)高的問(wèn)題,通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)對(duì)噴油雙螺桿壓縮機(jī)排氣含油量過(guò)高的原因進(jìn)行分析,從油氣分離桶,油氣分離濾芯配置方面著手,找出原因并找出解決方案。以及改進(jìn)噴油螺桿壓縮機(jī)油氣分離系統(tǒng)的配置,加強(qiáng)油氣分離效果,獲得含油量更低、更潔凈的高品質(zhì)壓縮空氣。
[關(guān)鍵詞]:低壓壓縮機(jī);微油螺桿壓縮機(jī);油氣分離
中圖分類(lèi)號(hào):TH455 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1006-2971(2022)04-0037-05
1 引言
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)增長(zhǎng),各類(lèi)壓縮機(jī)的需求量不斷增大,同時(shí)也對(duì)壓縮空氣的質(zhì)量進(jìn)一步提高,如何獲得含油量低、潔凈的高品質(zhì)壓縮空氣,是壓縮機(jī)行業(yè)和用戶(hù)十分關(guān)注的一個(gè)課題。
噴油螺桿壓縮機(jī)作為一種壓縮空氣制造設(shè)備,具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、故障率低、噪聲小、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)良特點(diǎn)。但是在低壓(排氣壓力<3bar)環(huán)境下,壓縮空氣中混入的潤(rùn)滑油氣體微粒很難被有效的分離出來(lái),這就造成油氣分離不徹
底,壓縮空氣含油量過(guò)高。在一些對(duì)于壓縮空氣含油量有嚴(yán)格要求應(yīng)用領(lǐng)域,噴油螺桿壓縮機(jī)也就被拒之門(mén)外,而且潤(rùn)滑油流失過(guò)快也會(huì)縮短壓縮機(jī)的保養(yǎng)周期,提高壓縮機(jī)的使用成本。
2 油氣分離系統(tǒng)簡(jiǎn)介
按分離機(jī)理的不同,噴油螺桿壓縮機(jī)機(jī)組中采用兩種不同的油氣分離方法:①機(jī)械碰撞法,即依靠油滴自身重力的作用,從氣體中分離較大的油滴。實(shí)測(cè)表明,對(duì)直徑大于1μm的油滴,都可采用機(jī)械碰撞法被有效地分離出來(lái)。②親和聚結(jié)法,既通過(guò)特殊材料制成的元件,使直徑在1μm以下的油滴,先聚結(jié)為直徑更大的油滴,然后再分離出來(lái)。
現(xiàn)在常見(jiàn)的油氣分離系統(tǒng)通常都有油氣分離桶,油氣分離濾芯和回油管路組成,并且使用最小壓力閥來(lái)保證油氣分離桶內(nèi)的壓力。一般情況下,需要將壓縮空氣在進(jìn)入油氣分離桶之前的流速控制在15~25m/s之間,壓縮空氣進(jìn)入油氣分離桶內(nèi)部之后,速度會(huì)進(jìn)一步下降,然后通過(guò)內(nèi)桶與外桶不停地碰撞,將壓縮空氣中較大的油滴分離出來(lái),這些油滴會(huì)沿著油氣分離桶內(nèi)壁滑落到油氣分離桶底部的潤(rùn)滑油油池中。噴油螺桿壓縮機(jī)排氣溫度通常在80℃以上,所以經(jīng)過(guò)一次油氣分離的壓縮空氣中依然含有很多微小的油粒和油蒸汽,這種狀態(tài)下的潤(rùn)滑油分離難度更大,所以這不僅對(duì)油氣分離濾芯的材質(zhì)有特殊要求,壓縮空氣通過(guò)油氣分離濾芯的速度也必須控制在<0.7m/s才行,因?yàn)榻?jīng)過(guò)一次油氣分離的壓縮空氣中所含的潤(rùn)滑油顆粒都非常微小,在這種情況下壓縮空氣流速越低,分離效果越好。
3 低壓噴油螺桿壓縮機(jī)排氣含油量過(guò)高的原因分析及解決方案
很多廠家制造低壓噴油螺桿壓縮機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn),相對(duì)于常壓(排氣壓力8bar) 噴油螺桿壓縮機(jī),采用相同的油氣分離系統(tǒng)時(shí)低壓(排氣壓力<3bar)噴油螺桿壓縮機(jī)制備出的壓縮空氣往往含油量遠(yuǎn)大于常壓機(jī)型。為找出排氣壓力對(duì)壓縮空氣含油量的影響,特設(shè)置以下實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,找出低壓噴油螺桿壓縮機(jī)壓縮空氣含油量過(guò)高的原因。
普通噴油螺桿壓縮機(jī)大多用于對(duì)壓縮空氣沒(méi)有特殊要求的工礦企業(yè),對(duì)于壓縮空氣含油量沒(méi)有明確的要求,所以大多數(shù)噴油螺桿壓縮機(jī)廠家都是按照固定時(shí)間內(nèi)的耗油量或者以壓縮空氣總含油量<5mg/m3為合格標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)最終計(jì)算結(jié)果顯示,這兩種合格標(biāo)準(zhǔn)最終的壓縮空氣含油量相近,所以本文中所有試驗(yàn)都以壓縮空氣總含油量<5mg/m3合格標(biāo)準(zhǔn)。但是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求,這種質(zhì)量的壓縮
空氣在很多應(yīng)用領(lǐng)域是無(wú)法使用的。所以我們本次實(shí)驗(yàn)不僅要找出低壓噴油螺桿壓縮機(jī)壓縮空氣含油量過(guò)高的原因,而且要找出進(jìn)一步降低壓縮空氣含油量的方法。
3.1 不同排氣壓力下壓縮空氣含油量測(cè)試
本次試驗(yàn)的目的是找出在油氣分離系統(tǒng)配置相同的情況下,排氣壓力對(duì)壓縮空氣含油量的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?我們選取一臺(tái)容積流量為10m3/min噴油螺桿壓縮機(jī),并采用常壓(8bar)配置的油氣分離系統(tǒng),該系統(tǒng)由油氣分離桶,油氣分離濾芯和回油管路組成。
首先,我們需要根據(jù)油氣分離設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)值,選取合理的油氣分離桶與油細(xì)分離器。本次實(shí)驗(yàn)中選取的油氣分離桶進(jìn)氣口管徑為DN50,進(jìn)氣口截面積為1.96×10-3 m3,油氣分離濾芯中濾紙展開(kāi)面積約為0.28 m2。本次試驗(yàn)的測(cè)試儀器采用DUSTTRAK-Ⅱ氣溶膠監(jiān)測(cè)儀,并且在每個(gè)試驗(yàn)狀態(tài)下?。到M數(shù)據(jù)求平均值,以保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。
第一步,把排氣壓力設(shè)置為8bar,用儀器檢測(cè)顯示5次測(cè)試的壓縮空氣平均含油量為僅為0.631mg/m3,見(jiàn)表1,此時(shí)的壓縮空氣含油量達(dá)到大多數(shù)廠家的合格標(biāo)準(zhǔn)。
第二步,把排氣壓力設(shè)置為5bar,此時(shí)用儀器檢測(cè)顯示5次測(cè)試的壓縮空氣平均含油量為1.39mg/m3,見(jiàn)表2??梢钥闯觯藭r(shí)的壓縮空氣含油量也滿(mǎn)足大多數(shù)廠家的合格標(biāo)準(zhǔn),但是相對(duì)于排氣壓力為8bar時(shí)增加了約1倍。
第三步,把排氣壓力設(shè)置為2.5bar,此時(shí)用儀器檢測(cè)顯示5次測(cè)試的壓縮空氣平均含油量為8.44mg/m3,見(jiàn)表3。此時(shí)的壓縮空氣含油量已經(jīng)超出了大多數(shù)廠家的合格標(biāo)準(zhǔn)。
3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
通常來(lái)說(shuō),造成壓縮空氣含油量主要原因有:油氣分離系統(tǒng)中油氣分離元件的損壞,潤(rùn)滑油變質(zhì)等。但是根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)第一步、第二步可以排除以上這些原因,因?yàn)樵诖藢?shí)驗(yàn)中影響壓縮空氣含油量的因素只有排氣壓力,其余配置均相同。那么,我們就必須根據(jù)以上的試驗(yàn)參數(shù),通過(guò)計(jì)算去找出低壓環(huán)境下壓縮空氣含油量超標(biāo)的原因。
螺桿壓縮機(jī)的內(nèi)壓比εi,是指齒間容積的內(nèi)壓縮終了壓力與吸氣壓力之比。通常壓縮機(jī)主機(jī)在設(shè)計(jì)的時(shí)候內(nèi)壓縮終了壓力會(huì)略小于排氣壓力,但是為方便計(jì)算,我們?cè)谠O(shè)計(jì)試驗(yàn)過(guò)程中讓內(nèi)壓縮終了壓力等于排氣壓力。
排氣壓力不同會(huì)造成的容積效率、噴油量、內(nèi)泄漏等因素的變化,但是這些因素對(duì)于計(jì)算結(jié)果影響不大且計(jì)算過(guò)于復(fù)雜,因此在計(jì)算時(shí)不考慮這些因素,同時(shí)在假設(shè)在試驗(yàn)中這3種排氣壓力下壓縮機(jī)的容積效率均為為90%。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值,壓縮空氣在進(jìn)入油氣分離桶之前的流速要求是15~25m/s之間,壓縮空氣進(jìn)入油氣分離濾芯的速度應(yīng)<0.7m/s。
由式(1) 計(jì)算得出,當(dāng)排氣壓力為8bar時(shí),εv=4.42,則此時(shí)排氣口容積流量為2.03m3/min,可以得出此時(shí)壓縮空氣進(jìn)入油分桶的流速約為
17.2m/s,通過(guò)油氣分離濾芯時(shí)流速約為0.12m/s。
當(dāng)排氣壓力為5bar時(shí),εv=3.16,則此時(shí)排氣口容積流量為2.84m3/min,可以得出此時(shí)壓縮空氣進(jìn)入油分桶的流速約為24.1m/s,通過(guò)油氣分離濾芯時(shí)流速約為0.17m/s。
當(dāng)排氣壓力為2.5bar時(shí),εv=1.92,則此時(shí)排氣口容積流量為5.21m3/min,可以得出此時(shí)壓縮空氣進(jìn)入油分桶的流速約為39.8m/s,通過(guò)油氣分離濾芯時(shí)流速約為0.31m/s。
通過(guò)對(duì)比以上計(jì)算結(jié)果可以看出,當(dāng)使用相同的油氣分離系統(tǒng)時(shí),排氣壓力越低,壓縮空氣進(jìn)入油氣分離桶的速度會(huì)增加,壓縮空氣進(jìn)入油氣分離桶的速度越高,最終產(chǎn)出的壓縮空氣含油量也越高,當(dāng)壓力低到一定程度時(shí),就會(huì)導(dǎo)致壓縮空氣進(jìn)入油氣分離桶的速度超過(guò)其使用要求,最終造成壓縮空氣含油量超標(biāo)。
由此我們可以得出:在同等容積流量下,采用相同的油氣分離系統(tǒng),排氣壓力越低,壓縮空氣中含油量越高。想要解決這個(gè)問(wèn)題,只需要通過(guò)計(jì)算壓縮空氣進(jìn)入油氣分離桶的速度,選用合適型號(hào)的油氣分離桶就可以有效降低壓縮空氣含油量。
在此次的試驗(yàn)中,壓縮空氣的流速都滿(mǎn)足油氣分離濾芯的使用要求,且壓縮空氣進(jìn)入油分桶的速度也不是固定值,所以在此次實(shí)驗(yàn)中暫時(shí)無(wú)法看出油氣分離濾芯對(duì)壓縮空氣含油量影響有多大。
3.3 低壓噴油螺桿壓縮機(jī)含油量解決方案
針對(duì)以上試驗(yàn)以及結(jié)果分析,我們雖然找出了低壓油螺桿壓縮機(jī)排氣含油量過(guò)高的主要原因,但是無(wú)法判斷壓縮空氣通過(guò)油氣分離濾芯的速度對(duì)壓縮空氣含油量有什么影響,所以我們需要進(jìn)一步試驗(yàn)。在相同容積流量下,選用更大型號(hào)的油氣分離
桶和濾紙展開(kāi)面積不同的的油氣分離濾芯進(jìn)行試驗(yàn),驗(yàn)證前面的觀點(diǎn)是否正確,同時(shí)找出壓縮空氣通過(guò)油氣分離濾芯的速度對(duì)含油量的影響。
這次試驗(yàn),我們依然使用上面試驗(yàn)中使用的容積流量為10m3/min噴油螺桿壓縮機(jī),綜合考慮到空壓機(jī)機(jī)箱尺寸以及經(jīng)濟(jì)效益,我們將油氣分離桶更換為進(jìn)氣口管徑為DN65的油氣分離桶,進(jìn)氣口截面積為1.96×10-3 m3,同時(shí)分別選用濾紙展開(kāi)面積約為0.41m2的油氣分離濾芯和第一次試驗(yàn)使用的展開(kāi)面積約為0.28m2的濾紙。因?yàn)樵谏厦鎸?shí)驗(yàn)中,排壓為8bar、5bar時(shí),壓縮空氣含油量均達(dá)到了合格標(biāo)準(zhǔn),為簡(jiǎn)化流程所以以下試驗(yàn)僅針對(duì)排壓2.5bar進(jìn)行。
在試驗(yàn)之前,先計(jì)算以上配置是否合理,由式(1) 計(jì)算得出,當(dāng)排氣壓力為2.5bar時(shí),εv =1.92,則此時(shí)排氣口容積流量為5.21m3/min,可
以得出此時(shí)壓縮空氣進(jìn)入油分桶的流速約為23.4m/s,此流速滿(mǎn)足油氣分離桶的要求,說(shuō)明該配置較為合理,可以進(jìn)行試驗(yàn)。
試驗(yàn)開(kāi)始:把排氣壓力設(shè)置為2.5bar,首先使用濾紙展開(kāi)面積約為0.28m2的油氣分離濾芯,通過(guò)計(jì)算可以的得出通過(guò)油氣分離濾芯時(shí)流速約為0.28m/s,使用儀器檢測(cè)顯示5次測(cè)試的壓縮空氣平均含油量為3.68mg/m3,見(jiàn)表4。此時(shí)的壓縮空氣含油量滿(mǎn)足大多數(shù)廠家的合格標(biāo)準(zhǔn)。
把排氣壓力設(shè)置為2.5bar,首先使用濾紙展開(kāi)面積約為0.41m2的油氣分離濾芯,通過(guò)計(jì)算可以的得出通過(guò)油氣分離濾芯時(shí)流速約為0.21m/s,使用儀器檢測(cè)顯示5次測(cè)試的壓縮空氣平均含油量為2.36mg/m3,見(jiàn)表5。此時(shí)的壓縮空氣含油量相對(duì)使用濾紙展開(kāi)面積約為0.28m2的油氣分離濾芯時(shí)有明顯的下降。
本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不僅驗(yàn)證了第一次試驗(yàn)得出的結(jié)論是正確性,在低壓應(yīng)用的環(huán)境中,只要將壓縮空氣進(jìn)入油氣分離桶的速度控制在合理的范圍內(nèi),就可以有效降低壓縮空氣的含油量。同時(shí),通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比我們可以看出:在同等條件下,油氣分離濾芯的展開(kāi)面積越小,壓縮空氣通過(guò)油氣分離濾芯的流速越高,則最終得到的壓縮空氣中含油量越高。
4 降低噴油螺桿壓縮機(jī)排氣含油量
在前面的試驗(yàn)中,我們通過(guò)改變油氣分離系統(tǒng)的配置來(lái)解決壓縮空氣含油量過(guò)高的問(wèn)題,可以保證噴油螺桿壓縮機(jī)無(wú)論在高壓還是低壓使用環(huán)境中都能保證滿(mǎn)足出廠標(biāo)準(zhǔn)。但是在一些對(duì)于壓縮空氣含油量有嚴(yán)格要求應(yīng)用領(lǐng)域,噴油螺桿壓縮機(jī)的排氣含油量依然達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。為了達(dá)到更好的過(guò)濾效果,獲得含油量更低、更潔凈的高品質(zhì)壓縮空氣。我們將通過(guò)分析,合理改進(jìn)油氣分離系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn),找出降低壓縮空氣含油量的方法。
4.1 油氣分離系統(tǒng)配置
想要進(jìn)一步降低壓縮空氣含油量,首先必須分析壓縮空氣中所含的潤(rùn)滑油的物理狀態(tài),針對(duì)潤(rùn)滑油的物理狀態(tài)進(jìn)行合理配置,將潤(rùn)滑油分離出來(lái)。常規(guī)噴油螺桿壓縮機(jī)最終排出壓縮空氣中所含的油都是直徑1μm以下的微小油滴,以及氣態(tài)的油蒸
汽,這種狀態(tài)下的潤(rùn)滑油只有使用油氣分離濾芯才能將其從壓縮空氣中分離出來(lái)。所以我們只需要在常規(guī)配置的油氣分離系統(tǒng)內(nèi)部再增加一層油氣分離濾芯和回油管路,這樣可以對(duì)壓縮空氣再進(jìn)行一次過(guò)濾,可以有效降低壓縮空氣的含油量。
新配置的油氣分離系統(tǒng)是一種三層過(guò)濾油氣分離系統(tǒng),該油氣分離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。雖然在理論上來(lái)說(shuō),油氣分離濾芯過(guò)濾層數(shù)越多,則最終過(guò)濾效果越好,但是過(guò)濾層數(shù)越多零件的加工制造難度也會(huì)增加很多,并且更多的油氣分離濾芯在油
氣分離桶內(nèi)的空間也無(wú)法排布。多以使用雙層油氣分離濾芯是目前較為合理的一種選擇。
為了驗(yàn)證以上理論的正確性以及實(shí)際油氣分離效果如何,我們需要進(jìn)行第3次試驗(yàn),本次試驗(yàn)依然采用容積流量為10m3/min的噴油螺桿壓縮機(jī),并且將排氣壓力設(shè)置為2.5bar,因?yàn)榍懊嬖囼?yàn)已經(jīng)得出:在同等配置下,排氣壓力越低則壓縮空氣含油量越高,所以只需要針對(duì)低壓進(jìn)行試驗(yàn),就可以看出三層過(guò)濾油氣分離系統(tǒng)的油氣分離能力。
試驗(yàn)開(kāi)始,將排氣壓力設(shè)置為2.5bar,為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性,本次試驗(yàn)?。到M數(shù)據(jù),見(jiàn)表6。可以看出,使用三層過(guò)濾油氣分離系統(tǒng)之后,5次測(cè)試壓縮空氣平均含油量為0.038mg/m3,最高含油量為0.058mg/m3。
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13277-91,本次試驗(yàn)當(dāng)壓縮空氣的含油量小于01mg/m3,已經(jīng)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中含油量等級(jí)2級(jí)要求,這個(gè)等級(jí)的壓縮空氣除
了食品飲料加工,噴漆等極少的行業(yè)之外,其余大部分應(yīng)用環(huán)境下都是可以使用的。
通過(guò)以上試驗(yàn)可以看出,增加一層油氣分離濾芯可以有效降低壓縮空氣含油量。雖然在油氣分離桶內(nèi)部增加油氣分離濾芯會(huì)遇到裝配空間不足、裝配難度過(guò)大等問(wèn)題,但是考慮增加外部過(guò)濾系統(tǒng)這樣也可以進(jìn)一步降低壓縮空氣含油量。本次試驗(yàn)的目的是找出怎么改進(jìn)現(xiàn)有油氣分離系統(tǒng)可以降低壓縮空氣含油量,上面的試驗(yàn)已經(jīng)可以得出結(jié)論,所以就不再進(jìn)行進(jìn)一步降低壓縮空氣含油量的試驗(yàn)。
5 結(jié)論
綜合以上所有試驗(yàn)可以看出:
(1)使用同等配置的油氣分離系統(tǒng),噴油螺桿壓縮機(jī)排壓越低,則壓縮空氣的含油量越高。
(2)同等容積流量的壓縮機(jī)在配置油氣分離系統(tǒng)時(shí),隨著排氣壓力的變化,需要根據(jù)計(jì)算選用合理的油氣分離桶。
(3)合理增加油氣分離系統(tǒng)中油氣分離濾芯的層數(shù)可以有效降低壓縮空氣的含油量。
參考文獻(xiàn):
[1] 邢子文.螺桿壓縮機(jī)—理論、設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].西安:西安交通大學(xué)教材,2018.
[2] 李蔚蔚,高相家,秦濱.螺桿壓縮機(jī)油氣分離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
[J].合肥:合肥通用機(jī)械研究院,2009.
[3] 項(xiàng)慧芬.噴油螺桿壓縮機(jī)油氣分離系統(tǒng)的改進(jìn)[J].壓縮機(jī)技術(shù),2000.
[4] 褚曉東.螺桿壓縮機(jī)油氣分離器油氣機(jī)理分析[J].壓縮機(jī),2007.
作者簡(jiǎn)介:冉鵬(1988-),男,陜西漢中人,助理工程師,本科,主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)