Stláčanie plynu je proces spotreby vonkajšej energie na získanie tlakovej energie. 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 vzduchových kompresorov a skrutkové vzduchové kompresory nie sú výnimkou. Hlavný motor skrutkových vzduchových kompresorov zvyšuje tlak vzduchu spotrebou vonkajšej energie. Čím vyšší je tlak, tým viac energie sa spotrebuje a tým vyššie sú požiadavky na hlavný motor. 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: 10~100MPa
Ultravysoký tlak: nad 100 MPa
Skrutkové vzduchové kompresory majú zvyčajne výstupný tlak 0,2 až 4,0 MPa, čo znamená, že ich 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.
Vzorec ε=Pd/Ps (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 vzduchové kompresorové systémy 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. Jednotka 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 vzorca „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.
Objemový prietok V = qv objem kompresie hlavného motora × rýchlosť hlavy n 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.
Špecifický výkon a výpočet vzduchového bloku skrutkového kompresora
Výkon na hriadeli spotrebovaný objemovým prietokom za jednotku času, keď je vzduchový blok kompresora v prevádzke. Jednotka špecifického výkonu je: kW/(m3/min).
Vzorec pre výpočet je nasledovný:
SER vzduchový blok = Pd vzduchový blok/qv Vzorec (10)
Pd vzduchový koniec – výkon hriadeľa vzduchového konca;
qv – objemový prietok kompresorového motora za jednotku času
Jeho špecifická hodnota výkonu je:
SER vzduchová koncovka = 117/23,1 = 5,065 (kW/(m3/min))
Čím menší je špecifický výkon vzduchového bloku skrutkového kompresora, tým nižšia je jeho spotreba energie a tým lepší je výkon vzduchového bloku. Za podmienok konštantného prietoku platí, že čím vyšší je výstupný tlak, tým väčší je výkon na hriadeli vzduchového bloku, a tým väčší je jeho špecifický výkon.
Každý skrutkový kompresor 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 hodnota špecifického výkonu sa zvyšuje; keď sú otáčky hlavného motora príliš vysoké, zvyšuje sa trenie, zvyšuje sa výkon na hriadeli a hodnota špecifického výkonu sa zvyšuje. 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 kompresorov a kompresorov s premenlivou frekvenciou musíme zabezpečiť kvalitu a zároveň zohľadniť hospodárnosť, štandardizáciu a modularitu hlavného motora. Preto použijeme krivku špecifických výkonov hlavného motora na návrh a vývoj skrutkových kompresorov s rôznymi tlakmi a prietokmi.
Čas uverejnenia: 17. júla 2024
