Stiskanje plina je proces porabe zunanje energije za pridobitev tlačne energije. Kompresor je ustvarjalec stisnjenega plina. Zato je osnovna zmogljivost vijačnega zračnega kompresorja neločljivo povezana s temi štirimi vidiki: tlakom, pretokom, močjo in specifično močjo.
Osnovne lastnosti vijačnega zračnega kompresorja – tlak
Pridobivanje potencialne energije stisnjenega zraka je najosnovnejša zmogljivost zračnih kompresorjev, vijačni zračni kompresorji pa niso izjema. Glavni motor vijačnih zračnih kompresorjev povečuje tlak zraka s porabo zunanje energije. Višji kot je tlak, več energije se porabi in višje so zahteve za glavni motor. Zračne kompresorje običajno delimo v štiri kategorije glede na izhodni tlak:
Nizek tlak: 0,2~1,0 MPa
Srednji tlak: 1,0~10 MPa
Visok tlak: 10~100MPa
Ultra visok tlak: nad 100 MPa
Vijačni zračni kompresorji imajo običajno izhodni tlak 0,2~4,0 MPa, kar pomeni, da so njihova zmogljivost, izvedljivost in ekonomičnost v tem območju boljše. To je odvisno od strukture in načina delovanja zračnega dela kompresorja, poleg tega pa je to tudi tlačni segment z največjim povpraševanjem na trgu.
Tlak stisnjenega zraka, ki ga zagotavlja zračni kompresor, se meri predvsem s tlačnim razmerjem, ki je razmerje med izhodnim tlakom Pd in sesalnim tlakom Ps. Višje kot je razmerje, višji je izhodni tlak.
Formula ε=Pd/Ps (6)
Za glavni motor vijačnega zračnega kompresorja obstajata notranje tlačno razmerje in zunanje tlačno razmerje.
Razmerje notranjega tlaka: razmerje med tlakom v medzobnem prostoru glavnega motorja in sesalnim tlakom, ki ga določata položaj in oblika sesalnih in izpušnih odprtin;
Razmerje zunanjega tlaka: razmerje med tlakom v izpušni cevi in sesalnim tlakom. Sesalni in izpušni tlak, potreben za obratovalne pogoje ali procesni pretok.
Ko je razmerje notranjega tlaka ≠ razmerje zunanjega tlaka, glavni motor porabi več energije; ko je razmerje notranjega tlaka = razmerje zunanjega tlaka, je glavni motor v najboljšem stanju.
Pri glavnem motorju vijačnega zračnega kompresorja velja, da če so glavni motor, temperatura okolice, sesalni tlak, hitrost glavnega motorja in drugi dejavniki enaki, višji kot je izhodni tlak, večja je poraba energije.
Osnovne lastnosti zračne enote vijačnega zračnega kompresorja – pretok
Pretok je običajno sestavljen iz masnega in volumskega pretoka. V industrijskih specifikacijah in standardih za sisteme zračnih kompresorjev se kot metoda merjenja pretoka običajno uporablja volumski pretok, ki se v naši državi imenuje tudi izpušni volumen ali pretok na imenski tablici: pri zahtevanem izpušnem tlaku se volumen plina, ki ga zračni kompresor izpusti na časovno enoto, pretvori v stanje sesanja, to je prostorninska vrednost sesalnega tlaka na prvi stopnji sesalne cevi ter sesalne temperature in vlažnosti. Enota je m3/min. Volumski pretok se deli na dejanski volumski pretok in standardni volumski pretok.
Običajno vzorci, izbori in imenske ploščice strojev uporabljajo standardni volumski pretok. Zaradi panoge, regije in uporabe ima standardni volumski pretok na trgu stisnjenega zraka dve definiciji glede na razliko v standardnem stanju (temperatura, tlak in komponente):
Standardno stanje je tlak P = 101,325 kPa; standardna temperatura T = 0 °C; relativna vlažnost je 0 %. Pogosto se pojavlja v industrijskih plinih, kemični industriji ali razpisnih dokumentih, imenovan "standardni kvadrat", običajno s simbolom formule "VN" in enoto Nm3/min.
Standardno stanje je tlak P = 101,325 kPa; standardna temperatura T = 20 °C; relativna vlažnost je 0 %. Običajno se uporablja v standardih industrije stisnjenega zraka in se imenuje »standardni delovni pogoji«. Simbol je običajno »V«, enota pa je m3/min.
Običajno se v naši industriji zračnih kompresorjev uporablja standardni volumski pretok, ki je slednji. Pretvorbo volumskega pretoka v obeh stanjih lahko izračunamo po formuli:
V(m3/min)=1,0732VN(Nm3/min) Formula (7)
Pri glavnem motorju vijačnega kompresorja, pod enakimi drugimi pogoji, velja, da večja kot je razdalja med središči rotorja, večji je njegov volumski pretok; višja kot je hitrost glavnega motorja, večji je njegov volumski pretok.
V volumski pretok = qv volumen kompresije glavnega motorja × n hitrost glave Formula (8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 Formula (9)
Kjer je Z1 – število zob moškega rotorja; n – hitrost moškega rotorja; λ – razmerje stranic rotorja; D – zunanji premer moškega rotorja.
Zato zaradi ekonomičnosti običajno zmanjšamo število vrst glavnih motorjev in lahko prilagodimo glasnost izpušnih plinov zračnega kompresorja z določitvijo hitrosti glavnega motorja, da zadostimo povpraševanju na trgu.
Vendar pa hitrost glavnega motorja vijačnega kompresorja ne more biti neskončno visoka, običajno med 800 in 10.000 vrt/min. Zato proizvajalci glavnih vijačnih motorjev razvijajo glavne motorje z različnimi območji pretoka, da bi zadostili zahtevam glede pretoka vijačnega kompresorja.
Specifična moč in izračun zračne strani vijačnega kompresorja
Moč gredi, ki jo porabi prostorninski pretok na enoto časa, ko deluje zračni blok zračnega kompresorja. Enota za specifično moč je: kW/(m3/min).
Formula za izračun je naslednja:
SER kompresorski blok = Pd kompresorski blok/qv Formula (10)
Pd zračni blok – moč gredi zračnega bloka;
qv – prostorninski pretok kompresorskega bloka na časovno enoto
Njegova specifična moč je:
SER zračni konec = 117/23,1 = 5,065 (kW/(m3/min))
Manjša kot je specifična moč vijačnega zračnega kompresorja, manjša je njegova poraba energije in boljše je delovanje zračnega bloka. Pri konstantnem pretoku velja, da višji kot je izhodni tlak, večja je moč gredi zračnega bloka, zato je večja njegova specifična moč.
Vsak vijačni kompresor ima optimalno specifično moč, ki je povezana s hitrostjo glavnega motorja. Ko je hitrost glavnega motorja prenizka, se poveča puščanje, zmanjša se prostornina plina in specifična moč se poveča; ko je hitrost glavnega motorja previsoka, se trenje poveča, moč na gredi se poveča in specifična moč se poveča. Vendar mora obstajati optimalna hitrost, pri kateri je specifična moč najnižja. Zato ni nujno pravilno trditi, da večji kot je glavni motor, bolj je energetsko varčen.
Pri načrtovanju vijačnih kompresorjev in kompresorjev s spremenljivo frekvenco moramo zagotoviti kakovost, hkrati pa upoštevati tudi ekonomičnost, standardizacijo in modularnost glavnega motorja. Zato bomo za načrtovanje in razvoj vijačnih kompresorjev z različnimi tlaki in pretoki uporabili krivuljo specifične moči glavnega motorja.
Čas objave: 17. julij 2024
