Sprężanie gazu to proces polegający na wykorzystaniu energii zewnętrznej w celu uzyskania energii potencjalnej ciśnienia gazu, a sprężarka jest generatorem sprężonego gazu. Dlatego też podstawowe parametry sprężarki śrubowej są nierozerwalnie związane z tymi czterema aspektami: ciśnieniem, przepływem, mocą i mocą właściwą.
Podstawowe parametry sprężarki śrubowej – ciśnienie
Uzyskanie energii potencjalnej ciśnienia sprężonego powietrza to podstawowa funkcja sprężarki powietrza, a sprężarka śrubowa nie jest tu wyjątkiem. Sprężarka śrubowa zwiększa ciśnienie powietrza, pobierając energię z zewnątrz. Im wyższe ciśnienie, tym więcej energii jest zużywane, a tym samym wyższe wymagania stawiane sprężarce. Zazwyczaj sprężarki powietrza dzielimy na cztery kategorie w zależności od ciśnienia wyjściowego:
Niskie ciśnienie: 0,2~1,0 MPa Średnie ciśnienie: 1,0~10 MPa Wysokie ciśnienie: 10~100 MPa Bardzo wysokie ciśnienie: powyżej 100 MPa
Sprężarka śrubowa zazwyczaj charakteryzuje się ciśnieniem wyjściowym 0,2–4,0 MPa, co oznacza, że jej wydajność, wykonalność i ekonomiczność są w tym zakresie lepsze. Wynika to z konstrukcji i sposobu pracy modułu sprężarki, a jednocześnie jest to segment ciśnieniowy o największym zapotrzebowaniu na rynku.
Ciśnienie sprężonego powietrza wytwarzane przez sprężarkę powietrza mierzy się głównie za pomocą współczynnika ciśnień, czyli stosunku ciśnienia wyjściowego Pd do ciśnienia ssania Ps. Im wyższy współczynnik, tym wyższe ciśnienie wyjściowe. ε = Pd/Ps Wzór (6)
W przypadku silnika głównego sprężarki śrubowej powietrza rozróżnia się stosunek ciśnień wewnętrznych i stosunek ciśnień zewnętrznych.
Stosunek ciśnień wewnętrznych: stosunek ciśnienia w objętości międzyzębnej silnika głównego do ciśnienia ssania, który jest określany przez położenie i kształt otworów ssących i wydechowych;
Stosunek ciśnienia zewnętrznego: stosunek ciśnienia w rurze wydechowej do ciśnienia ssania. Ciśnienia ssania i wydechu wymagane dla danych warunków pracy lub przepływu procesu.
Gdy stosunek ciśnienia wewnętrznego ≠ stosunek ciśnienia zewnętrznego, silnik główny będzie zużywał więcej energii; gdy stosunek ciśnienia wewnętrznego = stosunek ciśnienia zewnętrznego, silnik główny jest w najlepszym stanie.
W przypadku głównego silnika sprężarki śrubowej powietrza, gdy główny silnik, temperatura otoczenia, ciśnienie ssania, prędkość obrotowa głównego silnika i inne czynniki są takie same, im wyższe ciśnienie wyjściowe, tym wyższe zużycie energii.
Podstawowe parametry sprężarki śrubowej – przepływ
Przepływ zazwyczaj składa się z przepływu masowego i objętościowego. W specyfikacjach i normach branżowych dotyczących układów sprężania powietrza, zazwyczaj stosujemy przepływ objętościowy jako metodę pomiaru przepływu, który w moim kraju nazywany jest również przepływem objętościowym spalin lub przepływem znamionowym: przy wymaganym ciśnieniu spalin, objętość gazu tłoczonego przez sprężarkę powietrza w jednostce czasu jest przeliczana na stan wlotowy, tj. wartość ciśnienia ssania w rurze dolotowej pierwszego stopnia oraz temperaturę i wilgotność ssania. Jednostką jest m3/min. Przepływ objętościowy dzieli się na rzeczywisty przepływ objętościowy i standardowy przepływ objętościowy.
Zazwyczaj próbki, selekcje i tabliczki znamionowe maszyn wykorzystują standardowy przepływ objętościowy. Ze względu na branżę, region i zastosowanie, standardowy przepływ objętościowy w zapotrzebowaniu rynku sprężonego powietrza ma dwie definicje, zależne od różnic w stanie standardowym (temperatura, ciśnienie i komponenty):
Stan standardowy to ciśnienie P = 101,325 kPa; temperatura standardowa T = 0°C; wilgotność względna 0%. Jest on często spotykany w gazach przemysłowych, przemyśle chemicznym lub dokumentach przetargowych, określany jako „kwadrat standardowy”, zazwyczaj z symbolem „VN” i jednostką Nm3/min.
Stan standardowy to ciśnienie P = 101,325 kPa; temperatura standardowa T = 20°C; wilgotność względna wynosi 0%. Jest on powszechnie stosowany w normach dla przemysłu sprężonego powietrza i nazywany jest „standardowymi warunkami pracy”. Symbolem jest zazwyczaj „V”, a jednostką m3/min.
Zazwyczaj standardowym natężeniem przepływu stosowanym w branży sprężarek powietrza jest to drugie. Przeliczenie natężenia przepływu w obu stanach można obliczyć za pomocą wzoru:
V(m3/min)=1,0732VN(Nm3/min) Wzór (7)
W przypadku głównego silnika sprężarki śrubowej powietrza, w tych samych warunkach, im większa odległość między środkami wirników, tym większy wydatek objętościowy; im wyższa prędkość obrotowa silnika głównego, tym większy wydatek objętościowy.
Przepływ objętościowy = qv objętość sprężania silnika głównego × n prędkość głowicy Wzór (8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 Wzór (9)
Gdzie Z1 — liczba zębów wirnika męskiego; n — prędkość wirnika męskiego; λ — współczynnik kształtu wirnika; D — średnica zewnętrzna wirnika męskiego.
Dlatego też, w trosce o oszczędność, zazwyczaj ograniczamy liczbę typów silników głównych i możemy dostosować objętość spalin sprężarki powietrza, ustalając prędkość obrotową silnika głównego w taki sposób, aby sprostać zapotrzebowaniu rynku.
Jednakże prędkość obrotowa głównego silnika sprężarki śrubowej nie może być nieskończenie wysoka, zazwyczaj między 800 a 10 000 obr./min. Dlatego producenci głównych silników śrubowych opracowują silniki główne o różnych zakresach przepływu objętościowego, aby spełnić wymagania przepływowe sprężarki śrubowej.
Ze względu na różny przepływ objętości sprężonego powietrza, sprężarki powietrza można zazwyczaj podzielić na:
Mikro kompresor<1m3>10～<100 m3min; large compressor ≥100 min
Główna sprężarka śrubowa nadaje się do pojedynczych maszyn o wydajności 1–100 m3/min. Jest to najbardziej niezawodna i ekonomiczna sprężarka. Jest to również główny model na rynku sprężarek powietrza.
Im wyższe ciśnienie, tym większe zużycie energii przez silnik główny; im większy przepływ objętości, tym większe zużycie energii przez silnik główny
Im mniejsza jest wartość mocy właściwej silnika głównego sprężarki śrubowej, tym mniejsze jest jego zużycie energii i lepsza jest jego wydajność. W warunkach stałego przepływu, im wyższe ciśnienie wyjściowe, tym większa moc na wale silnika głównego, a tym samym większa jest jego moc właściwa.
Każdy główny silnik sprężarki śrubowej ma optymalną wartość mocy właściwej, która jest związana z prędkością obrotową silnika głównego. Gdy prędkość obrotowa silnika głównego jest zbyt niska, wzrasta nieszczelność, zmniejsza się objętość gazu, a wartość mocy właściwej rośnie; gdy prędkość obrotowa silnika głównego jest zbyt wysoka, wzrasta tarcie, wzrasta moc na wale, a wartość mocy właściwej rośnie. Musi jednak istnieć optymalna prędkość, przy której wartość mocy właściwej jest najniższa. Dlatego nie jest do końca prawdą stwierdzenie, że im większy silnik główny, tym bardziej energooszczędny.
Projektując sprężarki śrubowe i sprężarki o zmiennej częstotliwości, dbając o jakość, musimy również uwzględnić ekonomiczność, standaryzację i modułowość silnika głównego. Dlatego do projektowania i rozwoju sprężarek śrubowych o różnych ciśnieniach i przepływach wykorzystamy krzywą mocy właściwej silnika głównego.
Czas publikacji: 11.09.2024
