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空壓機(jī)為什么需要分級(jí)壓縮?壓縮一次不行嗎?
作者:阿特拉斯·科普柯  發(fā)布時(shí)間:2024-02-20

很多人都知道,兩級(jí)壓縮機(jī)適用于高壓生產(chǎn),一級(jí)壓縮機(jī)適用于大氣量生產(chǎn)。有時(shí),需要兩個(gè)以上的壓縮,那么為什么需要分層壓縮呢?當(dāng)對(duì)氣體的工作壓力要求較高時(shí),采用單級(jí)壓縮不僅不經(jīng)濟(jì),有時(shí)甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn),就必須采用多級(jí)壓縮。多級(jí)壓縮是將氣體從吸入后,經(jīng)過(guò)多次加壓達(dá)到所需的工作壓力。

1、節(jié)省功耗

采用多級(jí)壓縮,在兩級(jí)之間設(shè)置中間冷卻器的方法,可使壓縮后的氣體經(jīng)過(guò)一級(jí)壓縮后,先進(jìn)行等壓冷卻以降低溫度,再進(jìn)入下一級(jí)鋼瓶。溫度降低,密度增加,便于進(jìn)一步壓縮,與一次壓縮相比可大大節(jié)省功耗。因此,在相同壓力下,多級(jí)壓縮的面積小于單級(jí)壓縮的面積。階段越多,節(jié)省的能量就越多,就越接近等溫壓縮。

小貼士:噴油螺桿空壓機(jī)的空壓機(jī)非常接近恒溫過(guò)程。如果在達(dá)到飽和狀態(tài)后繼續(xù)壓縮冷卻,就會(huì)析出冷凝水。如果這些冷凝水和壓縮空氣進(jìn)入油氣分離器(油箱),就會(huì)使冷卻油乳化,影響潤(rùn)滑效果。隨著冷凝水的不斷增加,油位將不斷上升,最后冷卻油將隨壓縮空氣進(jìn)入系統(tǒng),污染壓縮空氣,對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重后果。

因此,為了防止冷凝水的產(chǎn)生,壓縮室內(nèi)的溫度不能太低,必須大于冷凝溫度。例如,對(duì)于排氣壓力為11bar(A)的空壓機(jī),冷凝溫度為68℃,當(dāng)壓縮室溫度低于68℃時(shí),冷凝水會(huì)析出。因此,噴油螺桿空壓機(jī)的排氣溫度不能太低,即由于冷凝水的問(wèn)題,限制了等溫壓縮在噴油螺桿機(jī)中的應(yīng)用。

空壓機(jī)

2、提高產(chǎn)能利用率

由于制造、安裝和運(yùn)行的三個(gè)原因,氣缸內(nèi)的間隙容積總是不可避免的,而間隙容積不僅直接降低了氣缸的有效容積,而且必須將剩余的高壓氣體膨脹到吸入壓力,使氣缸開(kāi)始吸入新鮮氣體,這等于進(jìn)一步降低了氣缸的有效容積。

不難理解,壓比越大,間隙容積內(nèi)殘余氣體膨脹越劇烈,氣缸有效容積越小。在極限情況下,即使間隙容積內(nèi)的氣體在氣缸內(nèi)完全膨脹后,壓力仍不低于吸氣壓力,則不能繼續(xù)吸排,氣缸的有效容積變?yōu)榱恪H绻捎枚嗉?jí)壓縮,則每一級(jí)的壓縮比很小,間隙容積中的殘余氣體可以略微膨脹,以達(dá)到吸入壓力,這樣氣缸的有效容積自然可以增加,從而提高氣缸容積的利用率。

3、降低排氣溫度

壓縮機(jī)的排氣溫度隨著壓縮比的增加而升高,壓縮比越高,排氣溫度也越高,但過(guò)高的排氣溫度往往是不允許的。這是因?yàn)?在油潤(rùn)滑的壓縮機(jī)中,潤(rùn)滑油的高溫會(huì)降低粘度,加劇磨損,而當(dāng)溫度過(guò)高時(shí),很容易在氣缸和閥門(mén)上形成積碳,加劇磨損,有時(shí)甚至?xí)l(fā)生爆炸。由于各種原因,排氣溫度受到很大限制,因此必須采用多級(jí)壓縮來(lái)降低排氣溫度。

小貼士:分級(jí)壓縮可以降低螺桿空壓機(jī)的排氣溫度,同時(shí)使空壓機(jī)的熱過(guò)程盡可能接近恒溫壓縮,達(dá)到節(jié)能的目的,但也不是絕對(duì)的。特別是對(duì)于排氣壓力低于13bar的噴油螺桿空壓機(jī),由于在壓縮過(guò)程中噴射了低溫冷卻油,使壓縮過(guò)程已接近恒溫過(guò)程,不需要二次壓縮。如果噴射冷卻是基于分層壓縮的,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造成本增加,而且氣體的流動(dòng)阻力增加,額外的功率消耗得不敷出。另外,如果溫度過(guò)低,在壓縮過(guò)程中形成冷凝水,會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)惡化,造成嚴(yán)重后果。

4、減小作用在活塞桿上的空氣力

在活塞式壓縮機(jī)上,當(dāng)壓縮比高且采用單級(jí)壓縮時(shí),氣缸直徑越大,作用在較大活塞面積上的氣體終壓力就越高,作用在活塞上的氣體力也越大。如果能采用多級(jí)壓縮,大大減小作用在活塞上的空氣力,就有可能使機(jī)構(gòu)輕量化,提高機(jī)械效率。

當(dāng)然,多級(jí)壓縮并不總是更好。因?yàn)榧?jí)數(shù)越多,壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜,尺寸、重量和成本都會(huì)增加;氣體通道增加,閥門(mén)的壓力損失和管理增加等,因此有時(shí)串聯(lián)越多,經(jīng)濟(jì)性降低,串聯(lián)越多,運(yùn)動(dòng)部件增加越多,故障的機(jī)會(huì)也會(huì)增加。由于摩擦增加,機(jī)械效率也會(huì)降低。

綜上所訴:影響壓縮機(jī)效率的主要是機(jī)頭的內(nèi)泄漏,多級(jí)壓縮可以降低每一級(jí)的壓比,而且壓比小,內(nèi)泄漏得到改善,所以多級(jí)壓縮有一定的節(jié)能效果。但是,如果機(jī)頭的加工精度高,則可以有效地控制內(nèi)部間隙,減少內(nèi)泄漏,并可以獲得顯著的節(jié)能效果。單級(jí)壓縮機(jī)頭的零件明顯少于多級(jí)壓縮,機(jī)器的可靠性要高得多。從可靠性的角度來(lái)看,高精度制造的單機(jī)壓縮更符合用戶(hù)的利益。

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