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電動螺桿空氣壓縮機四大系統流程解析



發布時間:2018/11/1 10:31:42 點擊次數:1021次

壓縮機是一種提升氣體壓力的的機械。壓縮機有許多結構型式,螺桿壓縮機是當代最流行的結構型式。與傳統的活塞壓縮機相比,螺桿壓縮機最突出的優點是可靠性高,此外無振動,噪音易消除,排氣純凈。

螺桿壓縮機的核心部件是機頭

機頭主要由轉子、汽缸、軸承座、軸承和軸封組成。

機頭工作時需要輸入動力,需要潤滑、冷卻,因此機頭必須安裝在系統中才能工作。

螺桿壓縮機系統主要由以下零部件構成:

● 動力系統:機頭、電機、傳動部件

● 三閥:進氣控制閥、最小壓力閥、溫控閥

● 三濾:進氣過濾器、油過濾器、油分芯

● 油氣分離罐

● 冷卻系統:冷卻器、冷卻風扇

● 管路部件,其中含氣體管路部件、油管路部件、回油管、控制管路部件

此外還有:

● 控制系統,其中含主控器、啟動盤、壓力傳感器、溫度傳感器、

放空電磁閥、加載電磁閥

一、空氣流程

1、氣體由空氣濾清器濾除塵埃之后,經由進氣閥進入機頭被壓縮,并于潤滑油混和。與油混和的壓縮空氣排至油氣分離桶,再經油氣分離器、壓力維持閥及后冷卻器之后進入用氣管網。

2、氣路各主要元件功能說明

A、空氣濾清器

空氣濾清器通常為一干式紙質過濾器,過濾紙細孔徑約5微米左右,主要功能是濾除空氣中的塵埃,避免螺桿轉子過早磨損,避免油過濾器和油氣分離濾芯過早堵塞,工作環境較好時每工作500小時,應該取下清除表面灰塵,清除的方法是使用低壓空氣將灰塵由內向外吹除。在使用環境比較差的環境下,要求每班次清理空濾芯,特別差的環境,要求加裝二級過濾,空濾過濾效果好壞,對主機的壽命及油品的壽命影響是最大的。

B、進氣閥

常用的進氣閥有旋轉碟片結構和往復閥板機構,利用碟片或閥板開啟或關閉進氣口,控制進入機頭的氣流。有兩種控制方式:一種是開關方式,當儲氣罐壓力達到高限設定值,關閉進氣口,當壓力降到低限設定值,重新打開進氣口。另一種容調方式,當儲氣罐達到一定壓力時,旋轉碟片在比例閥的控制下微閉進氣口,當儲氣罐壓力進一步增大時,進氣口進一步縮小,當儲氣罐壓力略有減少時,進氣口將有所加大,使壓力穩定在一定范圍。當壓力未達到容調壓力,進氣閥碟片全開,進氣口完全打開。

進氣閥一般為常閉閥,防止啟動時大量氣體進入機頭,加大電機啟動電流。

進氣閥上有一個進氣旁通閥,用來防止機器啟動和空載時,機頭內形成高度真空,影響潤滑油的霧化。

C、機頭

空氣是在機頭內被壓縮的。機頭在驅動機帶動下不斷吸入氣體,然后通過轉子旋轉縮小氣體腔的容積,使氣體壓力提高,在氣體被壓縮的過程中,溫度不斷提高,噴入機頭的潤滑油呈霧態與空氣混和,起到冷卻作用,把溫度限定在許可范圍內。潤滑油還有潤滑和密封作用,潤滑油在機頭內部的各個間隙部位形成油膜密封。機頭排出的氣體是油氣混和物。

D、油氣桶

油氣桶有油氣分離和儲油兩種功能。壓縮后的油氣混合物排至油氣桶,在油氣桶內通過碰撞、轉折等分理出大部分潤滑油;油氣桶外面裝有油位計、有加油孔。靜態勢時潤滑油的油位應該在油位計上下限之間。油氣桶下方裝有含油排水閥。應該在每次冷啟動前略微打開該閥,以便排除油氣桶內的冷凝水(因為水比油重,靜止一段時間后水會沉淀在最下部),一旦有油流出,迅速關閉。由于油氣桶的流道很大,其內部氣流流速很低,有利于油滴分離,起到粗分離油和空氣的作用。絕大多數潤滑油是在進入油氣分離濾芯前分離下來的。對于在機組使用在空氣濕度較大地區必須每天進行排水,防止油品變質,及軸承生銹。

E、油氣分離器

油氣分離器濾芯采用多層細密的特種纖維制成,壓縮空氣中殘存的細小霧狀油粒在油氣分離濾芯中被凝聚成大油滴,在重力作用下淌到油氣分離濾芯底部的集油池。通過油氣分離濾芯后,壓縮空氣中的潤滑油幾乎被完全濾除,殘余油粒直徑小于0.1微米,氣體含油量小于3PPM。

F、安全閥

當油氣桶內壓力比額定壓力高出1.1倍時,安全閥會自動跳起泄壓,,使壓力降到額定排氣壓力以下。檢查安全閥的方法是在壓縮機滿載工作時,輕輕打開閥掰,若安全閥能向外排氣,就視為正常。安全閥向外排氣時會帶出高溫油霧,應注意安全。

G、最小壓力閥

最小壓力閥又稱為壓力維持閥,位于油氣分離器上方出口處,開啟壓力設為0.45MPa左右。最小壓力閥有以下作用:

a、啟動時迅速建立潤滑所必須的循環壓力,確保機器不被磨損。

b、控制通過油氣分離濾芯的氣體流速,防止高速氣流破壞油氣分離效果,將潤滑油帶出系統。避免造成油氣分離濾芯兩側壓差太大傷害濾材。

c、止回功能,當機器停止工作或進入空載狀態時,油氣桶內壓力下降,最小壓力閥可以防止儲氣罐氣體回流到油氣桶。

H、后冷卻器

壓縮空氣通過最小壓力閥進入后冷卻器。對于風冷壓縮機,后冷卻器與油冷卻器制成一體,一般為板翅式,有風扇將空氣吹過冷卻器板翅,把壓縮空氣的熱量帶走。冷卻后的壓縮空氣一般比環境溫度高10~15℃,冷卻后的壓縮空氣含有大量水份,其中大部分可以在儲氣罐內分離出來。

二、潤滑油流程

1、由于油氣桶內的壓力比機頭進氣腔高,潤滑油在壓差驅動下經過溫控閥、油冷卻器和油過濾器,然后分成兩路進入機頭,一路直接噴入壓縮腔,另一路經過軸承組后再進入壓縮腔,在壓縮腔內與空氣混和后排入油氣桶。絕大部分油經過粗分離后沉淀在油氣桶下部,少量油霧經過油氣分離濾芯后沉積在濾芯底部,然后被回油管引入機頭進氣腔。

2、潤滑油在機頭內除潤滑作用外,還起冷卻和密封作用。潤滑油熱容量比較大,每升高一度所需熱量遠遠大于空氣。驅動機輸入到機頭的能量都將轉化為熱量,為了控制溫升,向機頭內噴入潤滑油,用潤滑油吸收大部分熱量。潤滑油在機頭內呈霧態分布,與空氣的接觸面積很大,所以換熱十分迅速完善。轉子之間,轉子與機頭之間有較長的間隙,通過間隙的泄漏不但減少流量,還會導致高溫、高耗能和高噪音。潤滑油在相對運動零件之間形成的油膜具有優良的密封作用,可以有效的防止高壓氣體向低壓側的滲漏。

3、油路各主要元件功能說明

A、溫控閥

溫控閥主要是通過控制噴入機頭的潤滑油溫度達到控制機頭排氣溫度的。機頭排氣溫度過低,水份會在油氣桶內析出,造成潤滑油乳化。冷機啟動時溫控閥迫使潤滑油不經過油冷卻器直接進入機頭。當油溫上升到70℃以上,溫控閥逐漸打開通油冷卻器的通道,讓一部分潤滑油經過油冷卻器,再與熱油混和后進入機頭。當油溫上升到76℃時,溫控閥完全打開通油冷卻器的通道,此時潤滑油全部經過油冷卻器冷卻后再噴入機頭。

由于進入溫控閥的潤滑油未經過濾,溫控閥內部通道較復雜,易于引起污物淤積,長期使用后溫控閥故障率較高,常引發機器高溫保護。此外溫控閥完全打開通油冷卻器的通道后,無法完全切斷熱油直接進入機頭的通道,進入機頭的潤滑油溫度始終高于油冷卻器出口溫度,造成冷卻效率低。所以一些近代機型不設溫控閥,通過控制風扇電機的啟停來控制油溫,當機頭排氣溫度上升到90℃時,風扇開始運轉,如果溫度低于70℃,風扇停止運轉,把溫度保持在一定范圍內。

可通過檢查與溫控閥連接的四根油管,可以判斷溫控閥的工作是否正常,四根油管分別為:油分桶至溫控閥,溫控閥至油冷卻器,油冷卻器至溫控閥,溫控閥至油過濾器;正常溫度分別為:高,高,低,略高。

B、油冷卻器

風冷螺桿壓縮機油冷卻器一般與后冷卻器做成一體,為鋁制板翅式結構,在真空爐內釬焊成型。水冷螺桿壓縮機一般采用管殼式換熱器,潤滑油在管外流動,水在管內流動。水質對水冷換熱器的工作狀態和壽命影響很大。受水資源影響,水冷螺桿壓縮機需求量遠遠低于風冷螺桿壓縮機。但是某些場所必須使用水冷螺桿壓縮機,如粉塵嚴重的場合;有易熔性塵埃的場合,如噴涂車間;對噪音特別敏感的場合。

C、油過濾器

油過濾器是一種紙質過濾器,過濾精度在10微米~15微米之間。其功能是除去油中的金屬微利、灰塵、氧化物、膠質等保護軸承及轉子正常潤滑。油過濾器堵塞會導致機頭供油不暢,影響軸承壽命,引起排氣高溫,造成局部積碳。

D、回油管路

為避免被分離的油隨壓縮空氣進入管網系統,油氣分離濾芯中凝聚的潤滑油必須及時通過回油管引到機頭進氣腔。為防止停機時機頭中的油氣通過回油管返流,回油管路中安裝有單向閥。單向閥上有節流小孔,防止大量壓縮空氣跟隨潤滑油通過回油管路從油氣罐進入機頭進氣腔。節流小孔通徑一般為0.5~1毫米,對污物十分敏感,一旦堵塞,會引起排氣大量含油。一旦發現排氣含油異常,首先應該檢查回油管溫度,如果油管溫度接近常溫,就表明回油管堵塞。

三、控制系統

1、控制系統的作用是:

A、自動調節壓縮機排氣量,使儲氣罐的壓力保持在設定范圍內。

B、在電腦調溫系統中,自動停止和啟動風扇電機,使機頭排氣溫度保持在設定范圍內。

C、在發生超溫,超壓,過電流等情況下報警或停機。

D、在開機和停機時按設定時序啟閉各電器元件。

2、控制系統由檢測元件,分析元件、執行元件和人機界面構成。檢測元件有溫度傳感器(或溫度開關)、壓力變送器(或壓力開關)、壓差開關等;分析元件主要是PLC(電腦板);執行元件有加載電磁閥、放空電磁閥,接觸器;人機界面主要是液晶顯示器、按鍵和信號燈。

3、系統各主要元件

A、加載電磁閥

加載電磁閥為兩位三通常閉電磁閥,通徑一般在1.5左右。它在PLC的指令下控制油氣桶至進氣閥執行汽缸的管路的通斷。加載電磁閥得電時,允許油氣桶內的壓縮空氣進入進氣閥執行汽缸,將進氣口打開。加載電磁閥失電時,切斷油氣桶至進氣閥執行汽缸的通道,并放空執行汽缸內的存氣,將進氣口關閉。

B、放空電磁閥

放空電磁閥是一個兩位兩通常開電磁閥,其通徑必須與進氣旁通閥的通徑相適應。放空電磁閥通徑和進氣旁通閥的通徑應能夠保證壓縮機空載時,油氣桶內壓力在0.2MPa左右。壓縮機卸載時和停車時,放空電磁閥失電,將油氣罐內氣體釋放到進氣濾清器。

C、反比例閥

又稱容調閥,該閥在超過設定壓力時才起作用。此時反比例閥隨儲氣罐壓力的進一步升高而降低輸出壓力,減小進氣閥的開度,使機器排氣量隨儲氣罐壓力的提高而減少。實現連續調節氣量的功能。

D、傳感器

壓縮機一般裝有溫度傳感器和壓力變送器,它們輸出5~20mA電流給PLC,PLC將電流轉化成相應的溫度值和壓力值。有時用溫度開代替溫度傳感器、用壓力開關代替壓力變送器。

E、PLC

PLC是一個分析計算元件,俗稱電腦板或主控器。PLC具有輸入、輸出、計算、存儲功能。可以接收開關信號和模擬信號的輸入。可以將模擬信號轉化為數字信號。可以將輸入信號與設定值比較,根據比較結果選擇必要的操作。PLC接收來自按鍵的輸入,并將檢測到的信號和分析結果通過液晶屏顯示。PLC有通訊功能,可以實現多臺壓縮機聯控、遙控和數據遠傳。PLC可以與變頻器聯機對壓縮機電機施行變頻調速。

PLC功能的詳細介紹見附錄:

《MAM-100型空壓機控制器說明書》

《聯動控制說明》

《螺桿機INTERNET網絡遠程監控系統說明》

《電腦網絡監控系統計算機部分軟件部分說明》

四、傳動系統

根據傳動方式的不同,螺桿壓縮機分為直聯壓縮機,皮帶傳動壓縮機和齒輪傳動壓縮機。

傳動方式對螺桿壓縮機的耗能、運行經濟型、可靠性有顯著影響。機頭來源對機器的傳動方式有重要影響。以50Hz電制為基礎設計的機頭,核心轉速為同步3000轉/分鐘,主要壓縮機規格都可以采用無內外變速的直聯驅動。進口機頭基本是按60Hz電制設計,核心轉速為同步3600轉/分鐘,所以在我國50Hz供電條件下要么通過變速實現原設計目標,這種變速往往引起能耗、成本、耗材、可靠性的變化;要么偏離最佳工況讓機頭在邊緣條件下工作。

1、直聯壓縮機

直聯壓縮機是通過彈性聯軸器將電動機動力傳遞給機頭,直聯壓縮機的傳動環節幾乎不消耗能量,是效率最高的傳動方式。聯軸器除每隔3年更換一次彈性體外,沒有其他維護工作。采用新型的法蘭式彈性聯軸器,更換彈性體十分方便,無需拆卸機頭、管路和閥門。直聯壓縮機的陽轉子轉速等于電機轉速,所以直聯螺桿壓縮機轉速比較低,壽命和可靠性最高。

2、皮帶傳動壓縮機

皮帶傳動兼有傳遞動力和改變轉速的作用,皮帶傳動依靠摩擦力傳遞動力,本身需要消耗一定的能量,約占傳遞功率的2%~3%。皮帶必須有一定的張力才能獲得足夠的摩擦力,皮帶張力使電機和機頭的軸承承受額外的徑向負荷,皮帶傳動壓縮機對電機和機頭的軸承要求更高。皮帶傳動壓縮機生產成本較低,一般僅用于小型壓縮機和經濟型壓縮機。皮帶張緊力不足時會造成皮帶打滑,傳遞動力不足,不僅會造成皮帶高溫磨損,還會造成壓縮機轉速降低減小排氣量。需要經常檢查皮帶張緊情況,及時拉近皮帶或更換皮帶。皮帶必須成組更換。

3、齒輪傳動壓縮機

齒輪傳動同樣兼有傳遞動力和改變轉速的作用,齒輪傳動本身也需要消耗一定的能量,但是比皮帶傳動效率要高。齒輪傳動需要額外的增加軸承,對機器的潤滑系統也有更高的要求。因為螺桿壓縮機的齒輪屬高速重載齒輪,對加工精度和材質的要求很高,生產成本較高。齒輪傳動主要有兩個優點:第一產品變型較容易,通過改變齒輪傳動比改變機頭轉速,可以利用同一個機頭生產不同排氣量的機器。其次齒輪傳動壓縮機傳動環節沒有耗材和易損件。

4、復合傳動壓縮機

一種有內部含增速齒輪的直聯傳動壓縮機。外部用聯軸器傳遞動力,內部用齒輪改變轉速。

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