Stláčanie plynu je proces spotreby vonkajšej energie na premenu plynu na tlakový potenciál a kompresor je tvorcom stlačeného plynu. Preto je základný výkon vzduchového bloku skrutkového kompresora neoddeliteľný od týchto štyroch aspektov: tlaku, prietoku, výkonu a špecifického výkonu.
Základný výkon vzduchového bloku skrutkového kompresora – tlak
Získanie tlakovej potenciálnej energie stlačeného vzduchu je najzákladnejšou funkciou vzduchového kompresora a skrutkový vzduchový kompresor nie je výnimkou. Špirálová časť skrutkového vzduchového kompresora zvyšuje tlak vzduchu spotrebou vonkajšej energie. Čím vyšší je tlak, tým viac energie sa spotrebuje a tým vyššie sú požiadavky na špirálová časť. Vzduchové kompresory zvyčajne delíme do štyroch kategórií podľa výstupného tlaku:
Nízky tlak: 0,2~1,0 MPa Stredný tlak: 1,0~10 MPa Vysoký tlak: 10~100 MPa Ultravysoký tlak: nad 100 MPa
Skrutkový vzduchový kompresor má zvyčajne výstupný tlak 0,2 až 4,0 MPa, čo znamená, že jeho výkon, uskutočniteľnosť a hospodárnosť sú v tomto rozsahu lepšie. To je určené štruktúrou a pracovným režimom vzduchového bloku kompresora a je to tiež tlakový segment s najväčším dopytom na trhu.
Tlak stlačeného vzduchu dodávaný vzduchovým kompresorom sa meria hlavne tlakovým pomerom, čo je pomer výstupného tlaku Pd k saciemu tlaku Ps. Čím vyšší je pomer, tým vyšší je výstupný tlak. ε=Pd/Ps Vzorec (6)
Pre hlavný motor skrutkového vzduchového kompresora existuje vnútorný tlakový pomer a vonkajší tlakový pomer.
Vnútorný tlakový pomer: pomer tlaku v medzizubovom objeme hlavného motora k saciemu tlaku, ktorý je určený polohou a tvarom sacích a výfukových otvorov;
Pomer vonkajšieho tlaku: pomer tlaku vo výfukovom potrubí k saciemu tlaku. Sací a výfukový tlak potrebný pre prevádzkové podmienky alebo procesný tok.
Keď je pomer vnútorného tlaku ≠ pomer vonkajšieho tlaku, hlavný motor spotrebuje viac energie; keď je pomer vnútorného tlaku = pomer vonkajšieho tlaku, hlavný motor je v najlepšom stave.
Pre hlavný motor skrutkového vzduchového kompresora, keď sú hlavný motor, okolitá teplota, sací tlak, otáčky hlavného motora a ďalšie faktory rovnaké, čím vyšší je výstupný tlak, tým vyššia je spotreba energie.
Základný výkon vzduchového bloku skrutkového kompresora – prietok
Prietok sa zvyčajne skladá z hmotnostného prietoku a objemového prietoku. V priemyselných špecifikáciách a normách pre systémy kompresie vzduchu sa ako metóda merania prietoku zvyčajne používa objemový prietok, ktorý sa v mojej krajine nazýva aj objem výfukových plynov alebo prietok na menovitom štítku: pri požadovanom tlaku výfukových plynov sa objem plynu vypúšťaného vzduchovým kompresorom za jednotku času prepočíta na stav nasávania, teda na objemovú hodnotu sacieho tlaku v sacom potrubí prvého stupňa a teplotu a vlhkosť nasávania. Jednotkou je m3/min. Objemový prietok sa delí na skutočný objemový prietok a štandardný objemový prietok.
Vzorky, výbery a typové štítky strojov zvyčajne používajú štandardný objemový prietok. V závislosti od odvetvia, regiónu a použitia má štandardný objemový prietok na trhu so stlačeným vzduchom dve definície podľa rozdielu v štandardnom stave (teplota, tlak a zložky):
Štandardný stav je tlak P = 101,325 kPa; štandardná teplota T = 0 °C; relatívna vlhkosť je 0 %. Často sa vyskytuje v priemyselných plynoch, chemickom priemysle alebo v dokumentoch o ponukách, označuje sa ako „štandardný štvorec“, zvyčajne so symbolom „VN“ a jednotkou Nm3/min.
Štandardný stav je tlak P = 101,325 kPa; štandardná teplota T = 20 ℃; relatívna vlhkosť je 0 %. Zvyčajne sa používa v normách pre stlačený vzduch a nazýva sa „štandardné pracovné podmienky“. Symbol je zvyčajne „V“ a jednotka je m3/min.
V našom priemysle vzduchových kompresorov sa zvyčajne používa štandardný objemový prietok. Prepočet objemového prietoku za tieto dva stavy možno vypočítať podľa vzorca:
V(m3/min)=1,0732VN(Nm3/min) Vzorec (7)
Pre hlavný motor skrutkového vzduchového kompresora, za rovnakých ostatných podmienok, čím väčšia je vzdialenosť medzi stredmi rotora, tým väčší je jeho objemový prietok; čím vyššie sú otáčky hlavného motora, tým väčší je jeho objemový prietok.
VObjemový prietok = qv objem kompresie hlavného motora × n rýchlosť hlavy Vzorec (8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 Vzorec (9)
Kde Z1 – počet zubov vnútorného rotora; n – rýchlosť vnútorného rotora; λ – pomer strán rotora; D – vonkajší priemer vnútorného rotora.
Preto z dôvodu hospodárnosti zvyčajne znižujeme typy hlavných motorov a môžeme upraviť objem výfukových plynov vzduchového kompresora určením otáčok hlavného motora tak, aby sme uspokojili dopyt na trhu.
Otáčky hlavného motora skrutkového kompresora však nemôžu byť nekonečne vysoké, zvyčajne medzi 800 a 10 000 ot./min. Preto výrobca hlavných skrutkových motorov vyvíja hlavné motory s rôznymi rozsahmi objemového prietoku, aby spĺňal požiadavky na prietok skrutkového kompresora.
Podľa rôzneho objemového prietoku stlačeného vzduchu možno vzduchové kompresory zvyčajne rozdeliť na:
Mikrokompresor<1m3>10～<100 m3min; large compressor ≥100 min
Hlavný skrutkový vzduchový kompresor je vhodný pre jeden stroj s prietokom 1～100 m3/min, čo je najspoľahlivejší a najekonomickejší model a zároveň hlavný model na trhu so vzduchovými kompresormi.
Čím vyšší je tlak, tým vyššia je spotreba energie hlavného motora; čím väčší je objemový prietok, tým vyššia je spotreba energie hlavného motora.
Čím menší je špecifický výkon hlavného motora skrutkového vzduchového kompresora, tým nižšia je jeho spotreba energie a tým lepší je výkon hlavného motora. Za podmienok konštantného prietoku platí, že čím vyšší je výstupný tlak, tým väčší je výkon na hriadeli hlavného motora, a teda tým väčší je jeho špecifický výkon.
Každý hlavný motor skrutkového vzduchového kompresora má optimálnu hodnotu špecifického výkonu, ktorá súvisí s otáčkami hlavného motora. Keď sú otáčky hlavného motora príliš nízke, zvyšuje sa únik, znižuje sa objem plynu a zvyšuje sa hodnota špecifického výkonu; keď sú otáčky hlavného motora príliš vysoké, zvyšuje sa trenie, zvyšuje sa výkon na hriadeli a zvyšuje sa hodnota špecifického výkonu. Musia však existovať optimálne otáčky, pri ktorých je hodnota špecifického výkonu najnižšia. Preto nie je nevyhnutne správne tvrdiť, že čím je hlavný motor väčší, tým je energeticky úspornejší.
Pri navrhovaní skrutkových vzduchových kompresorov a vzduchových kompresorov s premenlivou frekvenciou musíme pri zabezpečovaní kvality zohľadniť aj hospodárnosť, štandardizáciu a modularitu hlavného motora. Preto použijeme krivku špecifických výkonových hodnôt hlavného motora na navrhovanie a vývoj skrutkových vzduchových kompresorov s rôznym tlakom a prietokom.
Čas uverejnenia: 11. septembra 2024
