Каковы улучшения эффективности основного блока микромасляного двухвинтового воздушного компрессора по сравнению с традиционным двухвинтовым компрессором?

Определение основных технологий

Сравнение микромасляной системы и традиционной системы начинается с понимания их фундаментальных принципов работы. Стандарт двухвинтовой воздушный компрессор работает по хорошо зарекомендовавшему себя методу впрыска большого объема масла в камеру сжатия. Это масло выполняет множество важнейших функций: оно действует как охлаждающая жидкость, поглощая тепло сжатия, герметизирует зазоры между роторами, а также между роторами и корпусом, чтобы предотвратить внутренние утечки, а также смазывает подшипники и шестерни. Полученная воздушно-масляная смесь затем выходит из камеры сжатия и проходит многоступенчатый процесс разделения для удаления большей части масла перед подачей сжатого воздуха в систему. Напротив, двухвинтовой воздушный компрессор с микромасляным маслом разработан на основе философии минимизации использования масла. Он по-прежнему использует масло, но его количество точно контролируется и существенно сокращается. Этот подход требует изменений в профилях роторов, технологии подшипников и стратегиях охлаждения, чтобы снизить эффект смазки и уплотнения. Основная идея состоит в том, чтобы обеспечить достаточное количество масла для обеспечения необходимой смазки и уплотнения, тем самым снижая затраты энергии, связанные с переработкой большого объема масла.

Роль масла в традиционном двухвинтовом компрессоре

В обычном двухвинтовом компрессоре с маслом или смазкой масло является неотъемлемой частью самого процесса сжатия. Объем циркулирующего масла может во много раз превышать объем подаваемого свободного воздуха. Такое огромное количество требуется, поскольку масло является основной средой для отвода тепла. По мере сжатия воздуха его температура резко возрастает, а масло, впрыскиваемое непосредственно в роторы, поглощает это тепло, унося его в маслоохладитель. Это предотвращает достижение слишком высоких температур сжатого воздуха, которые могут привести к повреждению последующего оборудования или самого компрессора. Кроме того, вязкость масла помогает создать гидравлическое уплотнение между ведущим и женским роторами. Это уплотнение имеет решающее значение для поддержания объемной эффективности; без него воздух будет просачиваться со стороны высокого давления обратно на сторону низкого давления внутри карманов ротора, уменьшая количество воздуха, эффективно сжимаемого за оборот. Масло также образует пленку между вращающимися винтами, предотвращая контакт металла с металлом и уменьшая износ. Несмотря на свою эффективность, такая сильная зависимость от нефти приводит к неизбежным потерям энергии, связанным с перекачкой, сепарацией и охлаждением большого объема жидкости.

Операционный сдвиг в системе микронефти

Конструкция микромасляной системы представляет собой преднамеренный сдвиг в использовании масла. Вместо заполнения камеры сжатия в этих компрессорах используется гораздо более целенаправленная система впрыска, часто с использованием форсунок, которые распыляют небольшое, рассчитанное количество масла в камеру. Цель состоит не в том, чтобы использовать масло в качестве основного охлаждающего средства, а в том, чтобы обеспечить достаточную смазку роторов и минимальное уплотнение для контроля внутренних утечек. Чтобы компенсировать пониженную охлаждающую способность масла, в конструкциях микромасла часто используются другие методы охлаждения. Это может включать более эффективное воздушное охлаждение корпуса компрессора или использование рубашки жидкостного охлаждения вокруг компрессионного элемента. Сами роторы могут иметь специальные покрытия, такие как ПТФЭ или другие современные материалы, для уменьшения трения и износа в среде с низким содержанием масла. Подшипники часто относятся к высококачественным, герметичным на весь срок службы, смазка которых не зависит от циркулирующего масла. Такая модернизация всего элемента сжатия позволяет системе надежно работать с использованием традиционно требуемой доли масла, что является источником повышения эффективности.

Снижение энергопотребления на циркуляцию масла

Одним из наиболее прямых направлений повышения эффективности микромасляного двухвинтового воздушного компрессора является снижение паразитных потерь мощности, связанных с циркуляцией масла. В традиционной системе требуется мощный масляный насос для перемещения большого объема масла из сепаратора через фильтр в маслоохладитель, а затем обратно в камеру сжатия при давлении, превышающем конечное давление воздуха. Мощность, необходимая для привода этого насоса, постоянно снижает общее энергопотребление системы. За счет резкого сокращения объема масла, которое необходимо перекачивать, микромасляная система может использовать меньший по размеру и менее мощный масляный насос. Это напрямую приводит к снижению электрического энергопотребления. Кроме того, уменьшается работа, необходимая для проталкивания воздушно-масляной смеси через сепаратор. Меньшее количество масла означает, что смесь имеет меньшую плотность и вязкость, что приводит к меньшему перепаду давления в резервуаре сепаратора. Энергия, сэкономленная за счет отсутствия необходимости преодолевать этот перепад давления, способствует общему повышению эффективности основного блока.

Меньший внутренний перепад давления

Внутри камеры сжатия двухвинтового компрессора наличие большого количества масла создает определенное динамическое сопротивление жидкости. При вращении несущих винтов приходится перемещать не только воздух, но и густое масло, заполняющее межлопастные пространства и зазоры. Это внутреннее сопротивление требует от двигателя расходования дополнительной мощности, превышающей ту, которая необходима для фактического сжатия газа. В микромасляной системе это внутреннее сопротивление значительно ниже. Поскольку в камере сжатия присутствует значительно меньше масла, роторы испытывают меньшее вязкое сопротивление. Это означает, что большая часть мощности двигателя направляется на основную задачу сжатия воздуха и меньше тратится на сбивание масла. Такое снижение внутренних потерь мощности способствует повышению адиабатического КПД самого элемента сжатия. Компрессор может достичь той же степени сжатия при меньшем входном крутящем моменте, что является фундаментальным улучшением его механических и термодинамических характеристик.

Улучшенное управление теплом и объемная эффективность

Хотя это может показаться нелогичным, использование меньшего количества масла может привести к лучшему терморегулированию в некоторых аспектах цикла. В традиционном компрессоре масло поглощает тепло, но затем это тепло необходимо отводить с помощью большого масляного радиатора, который сам требует энергии (для вентиляторов или насосов охлаждающей воды). Большой объем масла также занимает пространство внутри карманов ротора, эффективно уменьшая объем воздуха, который может всасываться в каждом цикле, что незначительно влияет на объемный КПД. Конструкция микромасляной системы позволяет обрабатывать большую массу воздуха по сравнению с массой масла. Управление теплом происходит более напрямую, часто через корпус компрессора, что в некоторых конструкциях может быть более эффективным путем отвода тепла. Уменьшенный объем масла означает, что несжимаемая жидкость занимает меньше места внутри камеры сжатия. Это позволяет роторам улавливать немного больший объем воздуха за один оборот, что приводит к незначительному, но измеримому увеличению объемного КПД. Больше воздуха, подаваемого на единицу входной мощности, является показателем улучшения удельной мощности.

Влияние на удельную мощность (кВт/100 куб. футов в минуту)

Кульминация этих отдельных улучшений отражена в ключевом отраслевом показателе удельной мощности, обычно выражаемом в киловаттах на 100 кубических футов в минуту (кВт/100 кубических футов в минуту). Эта цифра представляет количество электрической энергии, необходимой для производства заданного потока сжатого воздуха при заданном давлении. Из-за совокупного эффекта более низкой мощности масляного насоса, уменьшенного внутреннего сопротивления и незначительного лучшего объемного КПД микромасляный двухвинтовой воздушный компрессор обычно имеет более низкую удельную мощность, чем сопоставимая традиционная модель. Например, если традиционный компрессор может иметь удельную мощность 18 кВт/100 куб. футов в минуту, микромасляная версия той же производительности может достигать 17 кВт/100 куб. футов в минуту или меньше. Эта разница, хотя и кажется небольшой в расчете на единицу продукции, приводит к существенной экономии затрат на электроэнергию в течение всего срока службы компрессора, особенно в приложениях с большим количеством часов работы. Такое снижение удельной мощности является наиболее прямой и поддающейся количественной оценке демонстрацией повышения эффективности основного агрегата.

Синергия систем проектирования и управления

Преимущества эффективности микромасляной конструкции часто усиливаются в сочетании с современными стратегиями управления, особенно с приводами с регулируемой скоростью (VSD). Частотный преобразователь позволяет компрессору точно подбирать скорость двигателя и производительность по воздуху в соответствии с меняющейся потребностью установки, избегая потерь энергии, связанных с работой с полной нагрузкой и последующим выпуском воздуха или холостым ходом. Присущая микромасляному компрессионному элементу эффективность обеспечивает лучшую основу для работы преобразователя частоты. Когда потребность низкая, преобразователь частоты замедляет компрессор. В машинах с микромаслом уменьшенная циркуляция масла и меньшее внутреннее сопротивление присутствуют на всех скоростях, а это означает, что преимущество в эффективности сохраняется во всем рабочем диапазоне, а не только при полной нагрузке. Эта синергия между эффективной конструкцией активной зоны и интеллектуальной системой управления позволяет добиться экономии энергии, превосходящей возможности любой технологии по отдельности, особенно в сценариях частичной нагрузки, которые распространены в большинстве промышленных условий.