空压机技术分析（共10篇）
空压机技术分析 篇1
本文对往复活塞式、螺杆式空压机进行初步的及时分析、比较, 供有关人员在设备选型及使用时参考。
1 主机原理及结构分析
下面以国内某空压机制造大型企业生产的2V3.5-20/8空压机两个气缸是V型布置, 通过弹性联轴器电动机直接带动曲轴转动。然后通过连杆十字头, 使活塞作往复运动。该机为双作用机型。
活塞向上、向下运动均有空气被吸入、压缩和排出。当压缩空气从一级排气阀排出后, 经中间冷却器进入二级气缸, 压缩到额定压力后排出, 经二级冷却器、分离器、单向阀, 进入储气罐供用户使用。该机采用水冷方式, 采用油泵供油式润滑, 润滑油从油泵压出后, 进入曲轴中心孔, 通过曲轴、连杆、十字头等传动机构的油孔去润滑各摩擦部分。另外, 由于活塞环和填料箱密封环均采用填充聚四氟乙烯自润滑材料, 具有良好的自润滑性和耐磨性, 因而该机气缸为无油润滑。这种空压机与引进英国Belliss&Motcom公司技术制造的VH系列无基础空压机在结构上相近, 具有平衡性好, 运转平纹和效率较高等优点。
EP200型单机螺杆式空压机利用装在机壳中的两根相互啮合的螺杆 (阴阳转子) 高速转动使气体得到压缩。如果把阴转子齿槽与壳体构成的腔比作气缸, 那么阳转子在阴转子齿槽中的滑动就相当于活塞的往复运动。螺杆式压缩机主机的工作过程可分为3个阶段: (1) 吸气阶段 (2) 压缩阶段 (3) 排气阶段喷油式螺杆空压机在结构及原理上具有以下特点:
(1) 由于在阴阳转子的工作过程中, 转子四周充满了油, 排气最高效率出现在较低飞圆周速度上, 一般为20~50m/s, 因此排气量受到限制。
(2) 喷入的油既起到润滑阴阳转子啮合面作用 (阴转子直接由阳转子带动) , 又起到冷却压缩过程及密封闭腔作用, 因此冷却及润滑系统合二为一。
(3) 阴阳转子齿数之比为4:6 (也有2:4, 3:4, 6:8的) , 阳转子的转速为阴转子的1.5倍。在工作中, 阴阳转子的啮合是依次连续进行的。因此, 压缩是连续的, 气流没有脉动现象, 转动扭力也较均匀, 设备工作时震动很小, 可以实现无基础运转。
(4) 阴阳转子多为镜面加工技术的不锈钢转子或采用特殊喷镀工艺制成, 不仅精密度很高, 而且整体结构十分紧凑。就EP200而言, 主机外形尺寸约为:0.9m*0.5m*0.4m重量约为300kg。
除上述喷油式外, 螺杆空压机还有干式。干式在工作时没有喷油, 阴阳转子通过一对同步齿轮带动, 相互之间没有接触, 由于转速较低时, 泄漏量相对较大, 因而最高效率出现在较高的圆周速度上 (一般为40~120m/s) 。干式螺杆空压机主要用于不允许压缩气体被油污以及压缩比较低 (一般为4~5) 的场合。
2 可靠性分析
设备可靠性是设备在规定使用条件下, 在某一确定时间内完成额定功能的能力。尽管设备的可靠性在设计和制造阶段就已形成, 但可靠性好坏则体现在设备的使用阶段。空压机的主要性能指标, 如排气量、排气压力、排气温度均要求设备在规定时间内 (如进行中修前) 达到额定值, 以满足用气需要。因此, 也可视为可靠性指标。
2.1 排气量与排气压力
容积式空压机实际排气量受下列因素影响: (1) 气缸余隙; (2) 吸排阻力; (3) 吸气温度; (4) 空气湿度; (5) 漏气影响。由于往复活塞式空压机存在较大余隙而且易损件较多, 冷却条件也相对较差, 因此, 实际排气量不够稳定。同时, 往复活塞式二级排气阀的开启是利用气缸与贮气罐压力差来实现的, 排气压力取决于贮气罐压力。空压机压缩比处于变化之中, 压缩过程耗功也随着压缩比的变化而变化。所以, 往复活塞式空压机适用于压力波动较大的场合。另外, 由于活塞是往复运动, 压力是脉动的, 不能直接供给气动设备及用气装置使用, 必须装设缓冲罐。
螺杆式空压机由于主机密封、冷却条件均较好, 在额定排气压力下, 实际排气量比较稳定, 压缩终点的压力也与贮气罐压力无关, 而取决于主机阴阳转子啮合状况, 即本身结构。在贮气罐压力降低时, 压缩功并不降低。压缩机应在规定的排气压力范围内工作, 否则排气效率将大大下降。因此, 螺杆式空压机排气管不能直接安装在往复式空压机的气网中, 但可利用各自管道接到一个公用贮气罐中去。
此外, 在实际使用中, 还要求对排气量进行适当的调节, 大型空压机 (排气量>100m3/min) 目前正推广使用变频调速技术, 即根据负荷情况变化改变空压机转速。但中小型空压机通过设备本身结构 (含控制装置) 就可满足调节要求。往复活塞式空压机调节方法主要采用关闭吸气口调节法, 此法是在吸气口装一减荷阀, 当贮气罐的压力达到某已设定位时, 通过压力调节器使减荷阀关闭, 使空压机不能吸气而成为惰转, 排气量为零。另外还有附加余隙法和顶开吸气阀法, 这两种方法都较经济, 但前者结构比较复杂, 后者使用与大型空压机。
螺杆式空压机凄凉调节方法采取了余设计, 提高了调节可靠度, 如下分析: (1) ON/OFF控制, 此控制方法适用于间歇用气, 而且用气量与压缩机额定气量相匹配的工况。在O状态下, 吸气口蝶阀全开, 设备全气量供气;在OFF状态下, 吸气蝶阀全关, 机组处于空载运行。 (2) 调节器控制, 适用于空压机稳定在大排量持续供气的场合, 保证空压机在用气量比额定气量低, 或用气波动的情况下经济有效地运行。采取该控制方式时, ON/OFF功能仍然保留, 但可以通过压力调节器改变进气蝶阀开度使供气和用气平衡, 实现60%到100%额定排气量无级调节, 当低于60%额定排气量时, 即专为ON/OFF控制。 (3) 自动启动停机控制, 机组无论在ON/OFF状态控制还是在调节器控制状态, 该控制方式都起作用, 特别适用用气量变化大, 有大储气能力或有备用气源自动补充的场合。由上可见, 螺杆式空压机在供气稳定性及气量调节方面要比往复活塞式可靠。
2.2 排气温度
空压机排气温度是一个十分重要的可靠性指标。排气温度过高, 不仅会给空气净化 (如冷却干燥) 带来困难, 而且会给设备正常运转带来一系列问题。空压机的排气温度取决于吸气温度、压缩机理和冷却方式。对于往复活塞式空压机而言, 压缩过程是一个放热的多变压缩, 冷却越完善则多变压缩越接近于等温压缩, 空压机所消耗的功就小。效率也就越高, 同时冷却越好, 压缩排气温度也就越低。往复活塞式空压机 (两级与多级压缩) 冷却系统多采取缸套冷却、中间冷却及后冷却相结合的方式。其中中间冷却温度一般比冷却水高5~10°, 不超过环境温度10°以上。末级压缩出口温度为130~150°, 最后排气温度小于50°。
螺杆式空压机由于润滑油直接参与压缩过程。因此, 排气温度既取决于空气本身冷却效果, 也与润滑油冷却情况有关, 就EP200而言, 空气和润滑油均设有专门的冷却器, 以保证从主机排出的气体 (分离器后) 温度在88~110付, 经过后冷却器冷却到40°左右排入贮气罐。螺杆式空压机具有较低的排气温度既利于主机安全运行, 又有利于保证空气净化设备有效工作, 以提高压缩空气品质。
3维修性分析
往复活塞式空压机在维修性方面具有以下几个特点: (1) 易损件多, 更换周期短。活塞环、填料密封环、气阀等出现损坏将直接影响正常排气。因此, 必须严格进行三级保养, 及时更换易损件。 (2) 传动机构多采取曲柄连杆机构, 大中型机器还带有十字头组件, 由于所受载荷为冲击反复不平衡力, 不仅各运动付很容易出现局部剧烈磨损, 而且曲轴的主轴劲及曲轴劲、连杆大头分解面等也容易产生变形寄裂纹。另外, 为了使空压机整体受力平衡, 减小震动, 气缸多呈V型、L型、W型布置, 由此易造成气缸磨损不均匀, 出现椭圆度、擦伤拉毛等。为此, 往复活塞式大中修周期普遍较短。
相对而言, 螺杆式空压机的一个最大的优点就是只需很小的维护保养工作。除大中修需要专业人员进行外, 日常维护保养工作主要是:定期或根据仪表板的指示要求更换空气滤清器的滤芯、油过滤器滤芯及一定量的专用润滑油。必须指出, 由于润滑油循环量很大, 油又直接和空气接触, 所以当压缩空气放气或压力改变时会产生大量泡沫, 这是螺杆式空压机的一大难题。这种润滑油采用特种配方和工艺调制而成, 具有较好的抗氧化性、防锈性, 能同时满足润滑、密封及冷却要求, 不能随意取代, 以免影响设备正常工作。此外, 由于电机处于封闭壳中, 平常很难对电机升温、振动等情况进行观察, 必须严格按电机维护保养要求对主电机和风冷电机进行定期保养检查。
螺杆式空压机在维修性方面存在的主要问题: (1) 由于结构十分紧凑, 特别是密封隔声罩本身又构成风冷遮挡, 拆卸时有许多不便之处。 (2) 主机与主电机之间的连接采取齿轮直接啮合方式, 调整十分不便。同时, 电动机处于设备壳体内, 装卸也较困难。 (3) 各种零配件及电器控制元件质量要求高, 而且互换性差, 专用性强, 采购不便。
4 结论
螺杆式空压机与往复活塞式空压机相比, 具有排气压力稳定、排气量调节方便、排气温度较低、控制系统完善、维修量小、运转可靠等优点。因而具有较好的可靠性和维修性。 (2) 由于螺杆式空压机在排气量10~40m3/min, 排气压力0.7~1.3MPa使用条件下具有较高的效率, 因而在排气量、低排气压力场合应用前景广泛。 (3) 螺杆式空压机制造技术在国内总体上还处于起步阶段, 因而设备造价较高, 同时因机电配件价格高, 维修专业性强, 设备维护费用大, 在选用时还要进行经济分析, 以追求设备寿命周期费用最低。
空压机技术分析 篇2
【关键词】空气压缩机；中间冷却器；技术改造
0.前言
空压机是空气压缩机的简称，它是电能通过电动机带动空气压缩装置转化机械能的一种装置。主要构成是由电动机、油循环系统、气路循环系统、水路循环系统、配电系统、屏保护系统等组成。其中中间冷却器和后冷却器是屏保护系统中重要的降温保护装置。随着我国国民经济的快速发展，空压机广泛应用于工业、农业、矿山、交通建设、城市基础设施等各个领域。
1.空压机中间冷却器和后冷却器的工作原理
中间冷却器主要运用在气路循环系统和水路循环系统。
在空气压缩机工作时，气路循环不同的工作机制是：空气经过自洁式空气过滤器被吸入，通过PLC自动清洗过滤器，空气在经过进口导叶自动调节后进入一级压缩，经一级压缩后的气体温度较高，然后进入中间冷却器进行冷却（水走管内，气走管外，中冷器的水流量要求为110m3/n）之后进入二级压缩系统，为避免系统中的气体倒入压缩腔内（避免带压起动）在压缩机的排气管道安装有一只旋启式止回阀，压缩机排出的气体推开止回阀进入排气消声器，然后进入中冷却器、后冷却器，再进入排气主管道。
水路循环系统：冷却水通过管道进入空压机中间冷却器对一级压缩排出的气体进行冷却降温，再进入后冷器对排气进行冷却，还有一路对油冷却器进行冷却。
2.概况
云南铝业股份有限公司，是一家生产电解铝的国有大型企业，年销售收入近百亿人民币，企业有100m3和150m3两个空压站，有10多台空压机。
其中100m3空压站有7台空压机，到目前为止已经投入运行15年多，设备严重老化。随着生产的需求和发展，用风量不断的增加，为满足生产的需要，该设备长期满负荷运转，导致设备运行过程中Ⅱ级排气温度平均达到180℃以上，Ⅰ级排气温度高达170℃。厂家规定两者温度不能超过160℃，所以压力容器超温运行存在较大的安全隐患。同时，空压机中间冷却器和后冷却器温度也较高，中间冷却器温度高达70℃，后冷却器温度达57℃，严重超过厂家规定的运行温度不超过40℃的要求。
另外，我公司1-3号空压机与后面4-7号空压机存在结构差异。后4-7号空压机冷却效果较差一些，因生产单位用风量过大不得不启动运行。在运行后4-7号空压机时，较近的1-3号空压机须多开一台，在运行过程中加载5-10分钟时，因为过快超温，需要频繁加载和卸载，导致多开一台。设备使用效率低，浪费很多的电能，也增加了生产成本。
3.相关对策
根据以上100m3空压站存在的问题，我公司于2011年8月成立了攻关小组，其小组由笔者和8名人员组成。攻关小组经过系统的分析得出的结果为：造成空压机Ⅰ级、Ⅱ级排气、中间冷却器和后冷却器温度超标的原因主要是生产用气量日益家大，其次是设备中间冷却器管径过大，中心气体缓冲散热绕簧过密，在运行中活塞式空气压缩机气流在通过中间冷却器换热过程中有大量的废油集于缓冲散热绕簧上，长时间工作运行导致绕簧严重油垢堵塞而增加气流阻力。后冷却器冷却降温的效果不好造成。在当时情况下，改造中间冷却器和后冷却器的降温是以省投资、见效快、效益好的最好方法。
4.改造技术措施
经过攻关小组对系统的详细分析后，决定报请公司相关部门，得到了立项批准对公司100m3空压站4-7号机冷却效果较差的进行改造，其具体措施如下：
4.1中间冷却器改造
原先4-7号机中间冷却器工艺模式是压缩空气通过冷却器的铜管时，由铜管外的冷却水进行冷却，即“气内水外”。攻关小组经过研究决定，在原有的基础上合理设计，改变中间冷却器内芯结构，去掉绕簧。把冷却模式改为“气外水内”，并且将原冷却器拆流缸铜管长度由540mm改为3860mm的高效散热外翅管；管径每根由18mm改为16mm，铜管由原先433根改为250根；同时改变冷却器中间的挡板结构，增大冷却器水循环换热面积行程，增强冷却效果。
4.2后冷却器改造
因设备运行的时间较长，原有的冷却器冷凝水排放阀处在冷却器中间挡板的后端。大量的冷凝水、油、空气杂质组成的油污水排放不畅，污垢长期积累导致铜管冷却下降，冷却器温度升高，现将排放阀改造后放在中间挡板的前端，并加大排放管道直径，由原先的 增大到。
4.3冷干机改造
将冷干机的冷凝水排污阀由原来的手动排污改为自动排污，改变人工每小时排放一次的模式，设定自动排污时间为每隔5分钟排放一次，增加冷凝水的排放次数。
5.空压机冷却器技术改造的实施效果
通过对我公司100m3空压站4-7号空压机的改造，取得很好的效果。Ⅰ级排气温度由原先170℃，降为128℃；Ⅱ级排气温度由原先180℃，降为130℃。满足厂家规定不超过160℃的要求，提高设备的安全性。
中间冷却器温度由原先70℃，降为25℃；后冷却器温度由原先57℃，降为28℃，设备在运行中散热降温效果非常好。更为重要的是单台加载时间变长，延长有效使用时间。原先为满足生产需要须开5台空压机，经过改造后开4台就能满足生产需要。节约了大量的电量、水量和用油量。
经过改造后不仅提高空压机和相关设备的运行质量和安全，减少设备的维修次数，而且降低了维修成本和运行成本。卸载时单台空压机每小时节约电量339度，全年可节约高达2969640的电量，若每度电按照0.4元/度来计算，每年可节约电费120多万元；单台用油可节约500公斤，折合人民币7500元；节约用水1200m3/年，折合人民币2400元。由此可见，经改造后的冷却器比原来传热系数大幅度提高降温效果明显取得良好的经济效益和社会效益。
6.总结
空压机在工作时，还要注意相关的维修维护工作，在保证设备稳定运行的基础上，不断加强设备自身的技术改造，积极借鉴和积累经验，同时将更多的冷却器改造经验付诸实践，这样才能为工业生产和企业发展创造更高的效益。
在我国国民经济各个行业和各企业，只要充分发挥职工的积极性和主动性。立足本职岗位，充分发挥工人、技术人员、管理干部的积极性和创造性，针对本岗位在生产过程中出现的问题找原因，想方法，问题就一定可以得到解决，就会为本单位，甚至是为我国国民经济建设作出巨大的贡献。
【参考文献】
[1]郑华伟，张文芳.活塞式压缩机中间冷却器的改造实践应用[J].科技创新导报，2012（22）：76-76.
[2]曹进.空气压缩机的中间冷却器故障分析及改造设计[J].机械工程师，2012（6）：173-175.
[3]郝军.变频技术应用于空气压缩机冷却的效果[J].山东煤炭科技，2010（1）：56-57.
空压机技术分析 篇3
螺杆式空气压缩机如今在工业企业中应用非常广泛,由于螺杆式空压机的特殊性,其余热回收的潜力非常大,经济效益明显。以下具体对螺杆空压机余热回收的节能潜力和节能经济效益进行分析讨论。
1 空压机运行过程中所存在的问题
如图1所示,空压机在产生压缩空气的过程中,100%的轴功率转换成热量,在通过其自身的散热冷却系统来给高温高压的油、气降温的过程中,约有90%以上的热能被无端的浪费。对于空压机数量众多的企业,这部分节能潜力相当大。
2 螺杆空压机余热利用技术介绍
空压机余热利用技术是在不改变空压机原有工作状态的前提下合理利用空压机余热,通过水泵把冷却水经过冷热交换器把空压机的热油迅速冷却下来,将这部分余热经过热量回收装置转化为热水供生活及有需要的生产工艺等使用,不需要任何花费任何运行成本。同时优化空压机油降温的效果,实现主机节能。
3 余热回收利用改造的节能量及经济效益分析
3.1 节能量分析
以无锡天山水泥有限公司为例,该企业有4台110k W的空压机,企业共有员工200人,设置有职工浴室,企业通过1台燃料为原煤的热水锅炉供应浴室所需热水。以下对该企业空压机余热回收利用后所产生的节能量进行分析:
3.1.1 可回收热量计算
电力的热值为3 600 k J/(k W·h),即1 k W·h电力的低位发热量为3.6 MJ。根据实测,该空压机每小时耗电量约为90 k W·h。空压机余热回收的效率按72%计算,则该台空压机每小时可回收的热量Q1为:Q1=90 k W×1 h×3 600 k J/(k W·h)×1台×72%=233.28 MJ/h;每天空压机开机负载时间按照20 h计算,则每天回收热量Q2为:Q2=Q1×20 h=4 665.6 MJ;按年运行时间为330天计算,年可回收热量Q3为:Q3=Q2×330=1 539.6 GJ;热力当量折标系数为0.034 12 tce/GJ,则年回收的热量折标准煤即该项目的节能量为:A=Q3×0.034 12 tce/GJ=52.53 tce。
3.1.2 余热回收利用可产生热水计算
水的比热容为4.186 8 k J/(kg·K),即1 kg水吸收4.186 8 k J的热量,温度会上升1℃。
热量计算公式为Q=Cm·Δt,式中C为比热容,m为水量,Δt为温度变化值。
冬天时(冬天时间以10月到4月共7个月计),入水水温度低,以入水温为5℃计算,需要从5℃上升至55℃,温差为50℃。所以冬天空压机每天热回收可产生的热水量B1=Q2/[4.186 8 k J/(kg·K)×50]=22 t/D。
夏天时(夏天时间以5月到9月共5个月计)入水水温度高,以入水温为15℃计算,需要从15℃上升至55℃,温差为40℃。所以夏天空压机每天热回收可产生热水量B2=4 665.6 MJ/[4.186 8(k J/kg·K)×40]=28 t(夏季空压机的产热量更高,同样按72%计算)。
根据加权平均算法,1台110 kw空压机热回收平均每天可产热水量B3=(B1×7+B2×5)/12=24.5 t。经以上计算可知该空压机余热回收平均每天可产24.5 t热水。
3.1.3 结果分析
该企业共有员工200人,每人每天洗澡1次约为50 L,则每天消耗热水量C=200人×50 L/1 000=10 t/d(需求使用自来水)。
而空压机进行余热回收利用后1台空压机可产生24.5 t热水,所以该企业只需改造1台110 k W空压机进行热回收即可满足员工用热水需求。
3.2 经济效益分析(利润、投资回收期等指标分析)
企业原先采用热水锅炉,以原煤为燃料,根据企业之前的运行数据,锅炉年耗煤量约为150 t,采用余热利用之后,将取消原煤的使用,即可节约150 t原煤,原煤价格按1 000元/t计算,年可节约费用15×104元。
该项目总投资额为18.5×104元。利润、投资回收期等指标分析如下:a)本项目总投资费用I=18.5×104元;b)年运行费用总节省金额P=15×104元;c)新增设备年折旧费D=总投资费用I/设备使用年限Y=18.5/10=1.85×104元;d)应税利润T:P-D=15-1.85=13.15×104元;e)净利润=应税利润-各项应纳税金总和=13.15×(1-33%)=8.81×104元;f)年增加现金流量F=净利润+年折旧费=8.81+1.85=10.66×104元;g)投资偿还期N=总投资I/年增加现金流量=18.5/10.66=1.74年;h)净现值-初始投资额I=10.66×6.144 6-18.5=47×104元>0。
式中贴现率按10%,折旧按10年,年金现值系数按照6.144 6计算。
从以上计算可知,该项目方案各项指标均优于经济评估准则指标,因此方案在经济上可行。
该工程投资费用约为18.5×104元,预计投资回收期为:18.5×104元/15×104元=1.2年,约15个月。
3.3 值得注意的问题
如果企业用热水量不多而空压机数量及装机容量又很大,则需进行详细的可行性研究方案分析,通过以上分析得知,该企业虽然有多台空压机的余热可进行利用,但是就目前企业的需求,只需投资改造1台就能满足企业所需。所以企业在投资改造前需进行利润、投资回收期等指标分析,如用于工艺生产,则需考虑工艺温度是否能满足要求,不能盲目建设,应选择适合企业需要的余热回收方案,以免造成回收期时间较长,转换的热水较多所造成的浪费现象。
4 结语
空压机的使用几乎遍布各个行业,从以上的分析可知,空压机的余热利用具有非常大的节能潜力和经济效益,从十二五的节能规划和企业降低生产成本增加市场竞争力的角度考虑,空压机余热利用将是一项非常值得在工业企业中推广的项目。企业在进行余热回收技术改造时,可请当地的节能服务机构对企业的余热资源量、投资回收期等经济性数据进行测试对比分析,选择符合企业实际情况的余热回收方案。
摘要：随着十二五节能规划的发布以及企业日趋增长的能源成本压力,设备节能改造越来越受到重视。阐述了螺杆式空压机余热回收技术的应用的技术可行性和节能经济效益。
离心式空压机振动故障分析 篇4
关键词：空压机；轴振；异常分析
中图分类号：TH452文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）18－0012－02
某化工厂现有两套空分装置，分别为KDONAr－4000/1800/ 110型、KDONAr6000/2000/180型，其原料空气压缩机均为离心式压缩机，其中4000空分装置空压机为H440－6.2/0.98型，是2002年出产，6000空分装置空压机为DH63－32型，是2004年出产，两空压机均整体齿轮型结构，四级压缩、三级冷却，由同步电动机通过齿轮联轴器驱动大齿轮。一二级叶轮在一根齿轮轴上组成L轴转子，三四级叶轮在一根齿轮轴上组成H轴转子，分别与大齿轮啮合，靠大齿轮进行增速，电动机转速l 500 r/min，H440空压机L轴级转子转速12 387 r/min，H轴转子转速14 769 r/min；DH63空压机转子则分别为9 512 r/min、11 470 r/min。每只转子上有两只径向轴承，系可倾瓦轴承，采用油泵供油强制润滑。
可倾瓦轴承有5块瓦，周向均布，轴衬的配列位置与主轴颈同心，瓦块为钢制件，内孔浇铸巴氏合金，与垫块装在一起。装在轴承内的瓦块可以绕着自身的轴线（与主轴颈中心线平行）单独摆动，同时由螺栓周向限位，使它在工作时不会与轴颈一起转动，这种可倾瓦轴承对于减振很有效，油从轴承壳的外侧环形供入，经过轴承间隙回油。运转中，每块瓦块随着轴颈旋转而产生的流体动力调整自己的位置，从而使每个瓦块具有最佳油楔，由于瓦块之间的间隙大，油膜不连续，与油膜旋转有
关的不稳定性也就难以形成。每级叶轮轴上均装有两个测振点，图1中在转子轴正上方呈90 °分布，采用涡电流传感，经延长电流接至前置放大器后输出非标准电压信号，再经仪控柜上框架式监视器处理输出标准模拟量信号在DCS上显示，参与报警、联锁。
图1机组结构简图及测点分布图
注：1. 二级叶轮；2. 2A、2B测振点；3. 4A、4B测振点；4. 四级叶轮；5. 三级叶轮；6. 3A、3B测振点；7. 1A、1B测振点；8. 一级叶轮。
1故障分析
两台空压机运转多年，出现多次不同情况的异常轴振现象，现进行分析总结，以求找到克服异常轴振问题的办法。
1.1转子材料
4000空分H440空压机在2002年试车阶段发生两次、2004年发生一次运行中轴振渐升后突然超量程（200 μm）联锁停车，打开检查，叶轮出现裂纹或掉块，造成转子动平衡严重破坏，这种事故一般很少在空分行业发生，系产品制造质量问题。目前叶轮材质一般选用LV302不锈钢，未发生叶轮断裂事故。
1.2长周期运行叶轮上结垢
2005年投用的6000空分DH63－32空压机，运行到2008年，累计运行3.5 a。表现在三四级轴振（图1中测点3A、3B、4A、4B）缓慢上升，并超越报警值（64.75 μm），突破到70 μm、80 μm，一二级轴振测点（1A、1B、2A、2B）未超过25 μm，基本稳定。经停机检查，叶轮积灰多，且由于级问冷却器冷凝水排水不畅，造成三四级后盖板、叶轮上有水垢，污物的存在使转子动平衡破坏；对级间冷却器抽芯检查，其内壁腐蚀严重，底部许多锈渣，将L轴、H轴两套转子送专业厂进行流道清洗、探伤检查和动平衡校验，按照技术要求进行组装，开机后轴振正常，同时对冷却器内壁进行彻底除锈防腐，并将冷凝水吹除管由DN25扩大到DN50，防止运行中冷凝水积聚在底部被气流带走冲刷叶轮。2009年，DH空压机一级轴振上涨，一个月时间上涨20 μm，达到57 μm。三四级平稳未超过27 μm，仍是通过清洗叶轮、校正动平衡解决。
1.3瓦块存在损伤
DH63－32空压机2008年在处理四级出口管上管套环漏气后，开机后原本平稳的轴振持续上升，其中一级轴振比检修前涨30 μm达53 μm，二级轴振上涨13 μm达37 μm无法缓解，只好停机检查，发现二级轴承上边两瓦块损坏一块，其巴氏合金脱落，更换瓦块处理后开机平稳，各级轴振未超过30 μm。
1.4轴承间隙过小，瓦块接触面脏
近几年，H440空压机的油温、油压、气量均平稳，工艺上未进行任何操作时，出现多次各级轴振呈正弦波形异常波动情况，有时波动几个微米，有时十几个微米，有时突升、突降或伴随有轴温突变2 ℃左右。打开轴承检查，瓦块并未损坏，但瓦面上有油积炭现象，导致轴承间隙偏小、接触面不良，但对润滑油进行化验，油质合格。有时可从大齿轮齿上发现许多油渣，虽然润滑油化验合格，但不排除在特定运转条件下油质发生变化的可能性。每次清洗瓦块上油积炭后轴振平稳。后将原某厂供应的润滑油选用壳牌统一的L－TSA46汽轮机油，且将原3U80A－4型螺杆油泵更换为一台较大流量的3U80A－6型螺杆油泵来加强轴承的润滑，在以后的检修时没有发现轴瓦面上没有积炭现象，机器运行中轴振没有再出现正弦波形异常波动情况。
1.5仪控测点故障
2009年，H440空压机在检修完毕开机后二三级的两个轴振测点（2B、3B）不正常：测点3B一直上升、测点2B波动大，只好再次停机检查，发现固定传感器的紧固螺母松动脱落于传感器端头与转子主轴间而随轴转摩擦，影响了测量。于是对各轴振测点重新检查紧固传感器的固定螺母，开机后轴振正常。有时传感器与延电缆接头有油，也会测量有误。前置放大器使用时间长，线性差，也会使轴振波动。
1.6电动机与压缩机的对中
施工应按说明书要求，同轴度要合格。DH63空压机在2005年因轴振上涨检查中发现电动机与压缩机对中不合格，吊开电动机调整时发现电动机下边垫铁使用不规范：用了槽钢来代替垫铁且有的已经变形，压浆层也不符合规范，有垫铁高出压浆层现象，部分垫铁和电动机底座未结合紧密。以上导致运行中对中发生变化，轴振波动上涨。
2解决办法
（1）设备制造厂家必须保证产品质量。对转子、大齿轮这些核心组件必须确保材质可靠。如沈鼓DH空压机选用的叶轮材质LV302B高强度不锈钢，多年来，DH产品从未出现过叶轮裂纹问题。
（2）机组安装必须严格按照要求确保施工质量。联轴器对中，轴瓦间隙、地脚螺栓紧固、轴承盖与轴承间隙的过盈量、转子与密封的间隙以及电动机基础等，必须符合相关技术要求。
（3）润滑油定期化验、更换。每次换油时放净残油、清理干净油箱、过滤器、机壳及冷却器等。油品选用正规渠道、正规厂家供货。
（4）精心操作，避免压缩机工作点进入喘振区造成损坏。每次开机前必须试验联锁停机、油泵联锁起停和防喘振阀动作的可靠性，调整负荷要注意不能超压。巡检中注意冷却器的冷凝水排放，自洁式过滤器滤简阻力偏大或有吸扁破裂现象应及时更换。
（5）严格按照设备操作规程控制各项参数，避免油温过低、过高，波动大。油压符合要求，操作要平稳缓慢，杜绝大起大落。
（6）尽量减少开停机次数。每次大机组起动过程中都要发生较大振动，对轴瓦损伤大，所以减少停机次数，避免带负荷突然停机，加强对电气线路的巡检维护。
（7）每年要计划对机组大修一次。按说明书要求对级间冷却器、压缩机组、润滑系统做彻底维护，转子进行流道清洗，探伤检查、动平衡检验，冷却器抽芯检查、清理内壁锈蚀进行防腐等。
（8）每次检修完毕，仪表人员必须调整、紧固好传感器螺母，确定间隙电压符合技术要求，各连接点牢固可靠，杜绝测量有误的现象出现。
（9）改善空压机吸入口的空气质量，避免过滤器选址在下风向和灰尘多的地方，做好空压机进口过滤器周围的绿化防尘，更换自洁式过滤器滤筒时一定注意密封圈安装到位，防止空气短路不经滤简进入机组。
（10）引入安装空压机在线监测与故障诊断系统，引入新的测振判断技术，各大机组联网监控，以便能及时发现问题及早处理，也提高了设备管理的现代化水平。
3结束语
综上所述，通过对KDONAr－4000/1800/110型、KDONAr 6000/2000/180型，空压机振动原因进行分析，采取了上述有效的对策与处理措施，三、四级振动已明显好转，机组振动故障问题得到了有效解决。目前机组完全有能力做到安、稳、满、优运行8 000 h以上不停车，改造效果良好，提高了企业的经济效益。
Vibration Centrifugal Compressor Failure Analysis
Wang Shaohui
Abstract: This article discusses the abnormal air compressor shaft vibration problems, diagnose abnormal shaft vibration problem, the failure to accurately identify the source, and two air compressors to run over the years appear abnormal shaft vibration problems are analyzed.
Key words: air compressor; shaft vibration; anomaly analysis
空压机技术分析 篇5
从1893年世界第一台12 600 t自由锻造水压机在美国建成以来,万吨级液压机就一直占据着大型高强度零件锻造的核心装备地位,成为一个国家工业实力的象征。
中国锻造行业从1953年太重、沈重相继装备1 000 t和2 000 t水压机开始,经过近60年的发展,尽管还有重量众多的各类锻锤,但水压机一直是大型锻件生产的主导设备。有统计数据显示,中国现有自由锻造液压机210台以上,其中30多台为近7年来增加的25 MN以上吨位级别的新一代自由锻造液压机,80 MN~185 MN级的超过10台,而且为数不少的大压机还在继续增加。除几台基于对原有系统的利用和改造,仍沿用了水泵-蓄势器传动系统外,90%以上采用了油泵直接传动的全液压控制系统,并且都配置了先进的全液压轨道式锻造操作机和其他机械化辅助装置。
这些举世瞩目的成就,集中体现了中国装备制造业巨大的技术进步,不仅自由锻造液压机的数量、等级和装备水平达到了世界领先水平,而且,极大地提高了大锻件的制造能力,生产的技术含量高和质量要求高的大型锻件产品已经替代进口产品,使中国的锻件产量位居世界之首,进入了世界大锻件生产大国行列。
但不可忽视的是,中国仍有100台左右的水压机是20世纪50年代到90年代制造的。这些水压机结构大都是三梁四柱式,技术水平低、设备精度差,张力柱断裂、横梁开裂的事故时有发生;传动形式为水泵-蓄势器传动,无功功率损耗大,水资源浪费严重;操纵方式为接力器控制的提阀分配器,操控水平落后,锻件尺寸精度和生产效率低;配套工艺装备效率低,工模具搬运更换处理时间长,锻造车间能耗高。
为提高锻造行业的整体技术水平,适应锻造车间装备现代化和锻件生产经济性要求,开发研制新型结构和和传动系统的锻造液压机设备,更新传统水压机的结构、操控系统和配套设施的技术改造,满足使用工艺、降低功能消耗和利于操作维护,实现锻件最终成形是一个必然的发展方向。
2 现代自由锻造液压机的技术经济性分析
2.1 重要的关注点
新一代自由锻造液压机采用的是油泵直接传动的全液压控制系统,它取代了传统的水泵-蓄势器传动。该技术在世界发达国家二十多年前就已经在锻造压机上得到应用。在中国军工、航空、冶金、石化、船舶、汽车、铁路等行业工厂的压力加工车间,油压机和油泵站驱动装置的应用也非常广泛,数量一点都不比水压机少,很多制造工艺尤其适用于采用油压控制系统。究竟油泵直接传动系统是否适用于自由锻造压机,如何看待一个竞争力极强的现代自由锻造油液压机的角色和地位,应该说,重要的关注点在于从锻件生产的经济性观点出发,对现代自由锻造油液压机的技术性和经济性进行客观的分析和评价。
所谓锻件生产的经济性,是在确保安全与环保的前提下,以最低的耗费获得最大的经济效果,包括生产效率、产品质量、材料利用率和成本。锻件生产的资源消耗受多方面因素影响,诸如锻件的材料、批量、用途和所使用的锻造设备等,因而,以通常的吨锻件能耗或万元产值能耗来衡量经济效果会各有不同,甚至不可相比。然而,所购设备安装前的一次性资本支出,虽然是以折旧的方式分摊到产品中的埋没费用,但其技术性能及其对于锻件生产的经济合理性影响却是长期的、决定性的,是最重要的影响因素。它直接影响到设备投产后的剩余寿命周期费用,即输入到设备的能源和维护的经费支出。因而,以锻件实际负荷的能耗和设备的维护费用指标来评价锻件生产的经济性更为合理。
2.2 油泵直接传动系统的节能价值取向
2.2.1 传动方式的演变
锻造压机的传动方式和控制技术随着时代的技术进步在不断地发生着变化。19世纪,世界多采用能耗很高的蒸汽增压器传动的水压机;20世纪,经济节能的新型水泵-蓄势器传动系统问世,大部分水压机改为水泵-蓄势器传动;20世纪90年代后,高压大流量油泵及液压控制元件进入工业应用领域,为锻造压机的传动与控制技术进步奠定了基础;21世纪初以来,更为经济合理的油泵直接传动系统开始大规模地应用于自由锻造液压机,液压操纵和控制系统开始广泛采用电液伺服先导的二通式比例插装阀控制,以及正玄泵闭式传动系统;电气控制系统采用工控机与PLC两级控制和一人操作模式。因而使压机的速度、位置和压力得到精确的控制,实现了锻造液压机的自动化操作。
由此可知,水泵-蓄势器传动并非锻造压机与生俱有,优胜劣汰的设备技术进化同样在自由锻造加工领域是不可免的。
2.2.2 油泵直接传动系统的适应性
自由锻造生产中,“趁热打铁”的行话是一个永恒的真理,这也是所有金属热塑性成形工艺中普遍适用的一个准则。体现在液压机上最为关键的两个概念是力和速度。
对于力,水泵-蓄势器传动是“有多大的力使多大的劲”,与负载大小无关,即使是小型锻件,或小变形量精整,或空负荷回程,总是消耗蓄势器内储蓄的高压水,随着行程加大,压力将下降10%~15%;而油泵直接传动是随负载“量入为出”,功率消耗取决于工件的变形抗力,可满吨位连续工作。
对于速度,水泵-蓄势器传动升压速度快,但随负载抗力增大而降低,难以实现自动调节,节流调速能耗高;而油泵直接传动有个短暂的建压过程,工作速度与负载无关,泵的流量有多少,可保持的速度就有多快,可通过泵的组合或变量泵调整的节能方式改变加压速度。
简而言之,压力取决于负载,流量决定速度。油泵直接传动与控制系统对自由锻造工艺的优越性表现在,常锻时,具有平稳较快的可控的行程速度(包含空程和加压行程),通过油缸工作数量的选择获得更高的工作速度;轴类件精整时具有较高的快锻频次;通过自适应负载抗力的大小可获得恒功率控制;容易控制特殊锻件的变形速率,提高锻件的质量;由活动横梁即上砧的位置控制精度来保证高的锻件尺寸精度,达到±1~2 mm。所有这些都是在节能的条件下实现的,也是水泵-蓄势器传动很难做到的。
同时,由于全液压控制技术的应用,锻件尺寸自动测量、锻砧行程自动控制及其与锻造操作机的联动控制,锻造过程自动化才能得以实现。这对于提高锻件尺寸精度、材料利用率、提高生产效率和降低能源消耗和成本,具有举足轻重的经济意义。
2.2.3 两种系统的能耗和效率比较
第53页表1是一台15 MN锻造液压机在相同压下量、回程量和每分钟相同锻造次数条件下的各项指标比较,但两种传动系统的能耗和总效率截然不同。水系统总效率仅为30%~40%,而油系统可在70%以上。水系统的平均消耗功率是油的2倍以上,而总效率却是油的1/2。另据实测,同为30MN的锻造水压机,耗电大约为1.8 k W·h,而锻造油压机则低于1.2 k W·h。这就是国内外新造的锻造液压机为什么极少采用水泵-蓄势器传动的原因。因此,从锻件生产的技术经济性和节能降耗观点看,即使大型和特大型自由锻造液压机,今后也不应再采用水泵-蓄势器传动系统。
2.2.4 两种系统的可维护性比较
由油泵直接传动系统的负载特性可知,大量非工作时间,泵处于低压空循环状态,系统管道中的压力很低,加之采用高性能的密封件,以及油介质良好的润滑和防锈蚀性能,因而系统漏损极少,泵、阀、油缸、管件寿命长,造成火灾的可能性降为极低。一个可为“是油压机就漏油”正名的佐证是,中国锻压协会于2009年10月组团赴日考察,一个锻造企业正在工作的7台双柱式锻造油液压机绝无一点漏油现象,随机参观40 MN和80 MN的地下室油泵站时,地面和四壁全部用油漆涂装,看不到一片裸露的水泥,摸不到一滴漏油和一点粉尘,管理的精细和到位的维护令人难以置信。
反观我国水压机的泵站,从蓄势器到主阀分配器的所有法兰、管道中充满了高压水,应力腐蚀大,抗疲劳性能低,金属垫密封性能差;加载和卸压时的高压水冲击力大,压机摇晃,活动横梁运动精度差,导致主缸密封寿命低,人们习以为常的跑冒滴漏现象时时发生,令人叹为观止。
由此足以见证,锻造压机并非只是水泵-蓄势器传动的专利。油压机可以做到不漏油,而水压机却做不到不漏水。采用油泵直接传动全液压控制系统,可以在快速与噪音和振动一对矛盾之间实现一种技术上的平衡,但不能像操作锻锤一样随心所欲。
目前,高效率、高压、大流量的油泵、阀、密封等基础液压件虽然在国内是个空白,但并不成为制约发展油泵直接传动系统的锻造液压机的瓶颈。以设备技术参数相当的锻造液压机,采用水泵-蓄势站,包括压机操纵系统的造价与油泵直接传动采用进口全部液控、电控装置的造价大体相当,但是后者的使用寿命和大修维护时间间隔延长,大大降低了维修直接费用和间接费用支出,其中包括由于故障造成的减产而带来的利润损失和人力窝工,以及伴随事故而发生的材料利用率、能量、质量、人员费用开支以及其他方面所造成的费用损失。
2.3 预应力机架结构对于锻造压机的适用性
2.3.1 人所共知的一个事实
普通非全预应力三梁四圆柱式水压机的机架属于高次超静定空间受力框架,计算时通常做了种种假设。应用现代计算机三维有限元(FEM)接触问题分析法,使机架的变形和应力获得了科学的和精确的求解。结果显示:框架不再是那个刚性连接的平面框架,3个梁也不再是那个刚度无穷大的简支梁了。
事实上,水压机在恶劣的锻造工况下,圆形张立柱既作为机架又作为拉杆,还作为活动横梁的导向体。张立柱不但时时承受满吨位不规则的脉动轴向拉力,当偏心锻造时,还要承受活动横梁的横向推力和弯矩,以及由于上、下横梁变形而作用于内侧固定螺母处的角弯矩。因而,张力柱总是在大幅值的单向交变拉应力下工作,在快速加载和突然卸载产生剧烈振动和晃动,成为液压机构件中最易破坏的一个零件,导致张立柱发生断裂的例子屡见不鲜。有统计,16 MN以下的锻造水压机,立柱断裂和损坏了几十根,25 MN,31.5 MN,60 MN,120MN级的水压机立柱断裂事故都有发生。最近,一台60 MN非预应力三梁四柱模锻液压机在工作700万次后发生断裂。断口具有疲劳破坏特征,断裂和损坏部位大多处于立柱在下横梁上平面拧螺母的螺纹根部,或锥面与下横梁定位的立柱时,位于下横梁下平面拧螺母的螺纹处。
如果将油泵直接传动简单地应用在这样一个胚子上,或将焊接结构三梁和四圆柱式普通油压机作为锻造压机使用,其整体刚性和运动精度可想而知,造成焊缝开裂、油缸漏油的成因不言而喻。
2.3.2 何种的机架结构更适合于自由锻造工况
第54页图1为全预应力机架的拉杆拉伸和立柱压缩的力—变形三角形力学关系平衡图。当压机总装预紧完毕后,机架在“a”点达到平衡状态;承受工作载荷P时,在“b”点达到新的平衡。显然,立柱始终处于压应力状态,并且保持着一个梁与柱不开缝的残余压力P0,拉杆所承受的最大和最小拉力在P2与P1之间变化,拉应力的变化幅值仅为最大载荷应力的15%。实践证明,这种机架结构具有较高的整体刚性、抗疲劳强度、承载能力和安全可靠性。同时,上、下横梁的内侧不再需要固定螺母,无论是键定位或插入式,不开缝,无需频繁紧固外侧大螺母,处于立柱内的拉杆的循环应力幅值大为减小,永无磨损,可以说在整机寿命周期内不会产生立柱断裂事故,各个构件的使用寿命因此而延长,大大降低了设备维修费用和寿命周期成本。
这就是近几年无论双柱或四柱式新型的25 MN到185 MN自由锻造液压机均采用预应力机架的缘由所在。
2.3.3 主工作缸为什么可以不漏油
全预应力机架立柱的典型结构为中空的矩形或方形截面,因而也就为活动横梁提供了全封闭立柱外围四平面导向的条件。导滑面接触面积大、面压低、耐磨,导向元件寿命长,导向间隙调节和导板更换更加方便容易。由于导板磨损而导致间隙增大,活动横梁失去水准,可由传感器装置监控;特殊构造的活动横梁超长导向结构,使内侧导板能够随着立柱横向的微量变形保持自动贴合状态,有效地提高了导向精度,实现了偏载力向立柱的传递。
同时,在主缸的柱塞与活动横梁的连接方式上,采用了一种双球铰式活节摇杆轴结构设计,使允许的锻造偏心距提高了一倍。工作时,锻造力通过铰接式摇杆传递到活动横梁,而不是通过主柱塞直接传递;由于铰接式摇杆的适应性转动,使偏心锻造所产生的偏载力经立柱传递到上横梁,有效地减小了对油缸导套与密封处的水平作用力,从而提高了密封能力和延长了密封寿命。
毋庸置疑,新型构造的导向系统的优越性,都是传统圆张立柱和导套所无法比拟的,其贡献不仅在于技术层面上提高了压机抗偏心锻造能力,使压机保持高的运动精度,使主工作缸不漏油,还在于经济层面上提高锻件的尺寸精度和锻造质量,降低了维护经费支出和设备寿命周期成本。
2.4 锻造压机配套设备的必要性
2.4.1 必须装备的工模具机械化处理系统
相对于冲压压机、挤压机等,锻造压机的负荷率比较低,一些80 MN,100 MN水压机的负荷率仅为45%~55%,锻件年产量不到3万t。很多水压机缺少必要的机械化配套设施则是效率低下的主要原因之一。
据统计,锻造水压机上每锻造1 t成品锻件要反复搬运钢锭、坯料8.5次,若包含锻造工模具在内超过10次,导致辅助作业时间长,有效开机率低下。而在1台10 MN油泵直接传动双柱斜置式锻造液压机上,配置有1台100 k N·m全液压轨道式操作机、钢锭旋转升降台、双横向换砧装置、含有6种砧具的砧库。只由一个操作工操作所有设备,快速地调换不同砧具,由方坯一火干成了一支曲柄连杆锻件。
可见,无论是对锻造车间进行技术改造,还是新建,装备工模具和锻件机械化处理系统是必要的。如砧库、砧子横向移动装置、快速换砧和夹紧装置、钢锭旋转升降台装置或钢锭运送小车或工具操作机等“宜人化”功能性装置,不仅改善锻造车间的劳动环境和条件,实现锻造作业自动化、机械化操作和文明化生产,而且可缩短辅助时间,降低消耗,提高生产效率、设备负荷率和产量。与此同时,相对降低了固定费用,达到降低成本目的。
此外,装备大截面气割装置,锻造之前对钢锭冒口和底部进行切割,也是节省压机机动台时的必要措施。
2.4.2 配置锻造操作机的必要性。
在传统水压机锻造生产过程中,主要借助于锻造吊车、翻料机和钳把套筒进行坯料或钢锭的转动和送进。那么,现代锻造车间配置锻造吊车是必不可少的吗?
在国外普遍认为操作机是提高锻造工效和生产率必备的手段,因而所有锻造液压机上均配置有锻造操作机。某厂80 MN水压机配备了1台2 100k N·m/4 000 k N·m锻造操作机,生产效率比原先采用的两台锻造吊车提高了1.6~2倍。某厂140 MN水压机经现代化改造,配备了1台1 600 k N·m和4 000 k N·m锻造操作机,在600 MW级的低压涡轮转子轴的锻造中,锻造时间缩短了8%,设备负荷率可达到74%,实际月产量增加了20%。由于不受起重机更换工模具作业的限制,辅助时间缩短了12%。
相反,某新厂延续了传统水压机车间设备的配置思想,采用了1台200 t的锻造吊车,与1台现代的80 MN自由锻造油液压机配套。投产后,经常锻造80~90 t的钢锭,锻造吊套筒套料烟熏火烤苦不堪言,操作极为不便,效率极为低下。迫不得已,只好又筹划上1台100 t以上的锻造操作机。
事实证明,即使是油泵直接传动的锻造液压机,没有操作机的配合,压机的技术性能也不可能得到充分发挥。因此,在现代化的锻造车间,尤其在大型自由锻造液压机上配备轨道式锻造操作机已是必不可少,而且一台锻造液压机左右各配置一台有轨操作机已逐渐成为一个新的发展趋势。
3 现代双柱型自由锻造油液压机
太原重工股份有限公司在新型的自由锻造液压机进行开发和研制中,消化吸收了国外同类液压机的先进经验,运用现代设计方法和手段,成系列地开发了25 MN,35 MN,45 MN,63 MN,80 MN和125 MN级别的油泵直接传动的双柱斜置式预应力机架自由锻造液压机,以及与之配套的不同吨位的全液压轨道式锻造操作机成套装备,并实现了向市场供货。目前,正在为某公司研制一台世界最大吨位的200 MN双柱型自由锻造液压机,并在制订“双柱型自由锻造液(油)压机”推荐性国家或行业标准。
3.1 自由锻造压机技术进步的一个标志
历史雄辩地证明,基于对结构力学和材料力学知识的掌握,对于一个满足工艺参数要求的规范化设计,只要其构件能够借助于现有的装备和手段制造出来,对于压机结构的多样性及任何形式的结构设计没有一个必然的限制。
40年前的锻造水压机大都是四柱式结构,近40年以来,在国内外已建和在建的13台超过万吨级的自由锻造液压机中,10台为四柱式,双柱式为3台,分别是:1971年日本铸锻钢公司油泵直接传动的80/100 MN双柱式锻造压机,1976年法国克鲁索钢铁厂水泵-蓄势器传动的90 MN/110 MN双柱式锻造压机,两台都已使用了30多年。第三台诞生于2008年,150 MN双柱下拉式自由锻造液压机在韩国太熊公司投产,又使得诸如“双柱结构仅能用于80 MN以下压机、双柱下拉式结构只适用于30 MN以下的小型压机”划分说不再成立。
原来仅有一两台,大家在观望,现在多起来,被更多人接受,这就是进步。从2000年以来,世界仅35 MN级以上双柱结构锻造液压机就增加到20台以上,其中以63 MN,70 MN,80 MN级居多。正在某厂安装的185 MN自由锻造液压机,将双柱结构压机的设计技术演绎到了极致。但是还未投产就与世界之最擦肩而过,被太重制造的一台200 MN双柱型自由锻造液压机的记录所刷新。
除了具有前述预应力机架结构的所有优点外,双柱式锻造液压机较四柱具有较大的操作空间和工艺适应性、易于接近中心、钢锭进出空间大的特点,以及良好的可操作性和可视性。这也是引起人们重新审视和接受双柱式的原因之一。
3.2 双柱机架的稳定性判据
在大型自由锻造液压机上采用双柱结构机架的设计是具有挑战性的。
由于受锻件工艺设计如剁切、错移、扭转引起的偏锻,材料加热不均匀性影响,以及受工具位置影响等所引起的非对称加载,锻件抗力远小于常锻压力,都是在压机设计允许的偏心距锻造范围内。尤其是采用轨道式操作机后,极大地消除了意外大偏心加载的可能性。导致水压机加载和泄压时机架的晃动和不稳定因素主要是:水泵-蓄势器传动固有的高压水力冲击产生的横向力,三梁四圆柱结构必须承受单向大幅值的交变载荷,活动横梁圆导套的点接触应力状态而引起的不均匀磨损和导向间隙增大,任一侧的两根立柱都不可能均匀受力,会导致单根立柱承受偏心载荷。这里也有操作者的随意性问题。
从材料力学分析可知,构件的抗弯面积惯量,即截面惯性矩是衡量截面抗弯能力的一个判据。在截面面积相同的情况下,矩形横截面构件的惯性矩是最大的,抗弯曲性比圆形或是正方形截面更稳定。即使是四根矩形截面立柱,将任一侧的两根分体立柱截面的惯性矩叠加起来,总惯性矩也仅是具有相同截面面积和结构特性的一根整体立柱的1/4。关键是,必须以适当的方式利用这种效果。第56页图2显示的双柱斜置式机架布置,较四柱式具有较大的截面惯性矩和抗弯刚度,允许偏心锻造范围大,并且能够达到很好的平衡性和稳定性。
通过计算,万吨级锻造压机共振频率仅为3~5 Hz。实际上,在这样大的压机上,无论何部位产生300次/min的频率都是不可能的,因而也不必担心快速锻造时产生共振影响。
3.3 空心矩形立柱和多拉杆结构设计
实践证明,采用多根拉杆优于只用一根拉杆。空心矩形断面立柱的材料远离中性轴,多拉杆可随之远离布置,受力均衡。每根拉杆直径一般在φ160~φ240 mm间,材料的许用应力可达700 MPa,安全系数一般在2.5以上。拉杆螺纹根部加工误差小,产生的弯曲应力影响较小,材料组织和热处理性能均匀性好,可用较小的液压预紧缸分别变张力预紧每根拉杆,应力均匀一致性好。
传统水压机的四根张立柱虽然设置有限程套,能部分防止氧化皮、工具等对张立柱表面造成损伤,却不能阻隔由于钢锭或锻件的热辐射,对张立柱的应力和变形造成的不均匀影响。锻件大量的热能传递影响,与距离的平方成反比。恰恰在双柱斜置式机架中,才可能使拉杆由于立柱的阻热作用,更多地远离了热源。这种空心结构立柱犹如一个自然烟囱,既可直接阻隔来自钢锭或锻件热的热辐射,又可通过下横梁的出砂孔或立柱外侧开口,将冷空气吸入,使聚集在立柱内部的热气流从上横梁的出砂孔散出,有效防止了热辐射造成拉杆的不均匀伸长。
3.4 结构的整体性与安全性
任何一个设计人员宁愿或尽可能采用较少的构件,使主要构件整体化,尤其上横梁、活动横梁、下横梁、机架等各主要构件,以避免它们之间的连接问题,由此带来附加的磨损、潜在的失效以及维护和修理的附加要求。但任何1台万吨级以上的锻造压机,这几个构件的净重都会超过200 t,铸造、热处理和机加工都是有难度的。如果采用铸焊结构或焊接结构替代整体铸造结构,存在诸如材料重量增加、焊缝质量、退火处理、焊缝疲劳寿命等问题。因而常常要将主要构件分成2件或更多件,采用机械连接方式。同时,为了避免制造、运输、吊装等一系列问题,大凡超过100 MN的锻造压机大多是在当地借助于自身条件设计建造的。
但是,特殊的细节设计可将分体结构的不安全因素减少到最低。诸如应力集中部位结构的优化和加工处理,出砂孔光刀处理和磁粉探伤,上横梁安装主缸孔的大圆角过渡,防止活动横梁非正常下落措施,超允许偏心矩加载测控,拉杆防松和应力监测,事故状态或停电后的处置等。
4 结论
1)从锻件生产的经济性要求出发,在自由锻造液压机上采用油泵直接传动全液压控制系统、矩形或方形立柱全预应力机架结构、锻造操作机等机械化操作配套设备的趋势不可逆转。
2)对传统水压机的结构、操控系统和配套设施进行技术改造,开发研制满足使用工艺、高效低耗和利于操作维护、实现锻件近终成形的新型锻造液压机,是一个必然的发展方向。
参考文献
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[3]俞新陆.液压机的设计与应用[M].北京:机械工业出版社,2007.
空压机技术分析 篇6
1 TVR型动态选粉机结构特点和存在问题
TVR型动态选粉机是一种新型动态选粉机, 同TVS型静态选粉机一起使用, 兼顾了打散、烘干与分级的设计理念。其特别之处在于壳体由一个蜗壳体构成 (见图1) , 在蜗壳体偏心位置垂直安装一个锥形转子。在锥形转子大径端的蜗壳体侧壁上开有圆形出风口, 其密封采用气室和迷宫双重密封。在锥形转子小径端主轴穿过蜗壳体悬臂支承固定在两个轴承座上, 轴承座与传动支承架连接。在锥形转子的下部壳体上开设有一套刮料板和隔板以及一个粗粉下料管。其优点是物料适应性好, 烘干分级能力强, 选粉效率高, 单位电耗低。动态转子采用锥形结构形式, 可消除动态区流程的速度梯度, 减少或消除局部涡流现象。
由于其主轴承位于壳体外部, 因而也适合用于工况温度较高的场合。它的主要优势是卧式转笼, 单侧进风, 压损低, 可降低一定的风机压头;但正是因为单侧进风, 导致转子不能很好地进行360°方向全周分选, 存在局部风速不均、成品易跑粗和粒度不易控制 (比如在辊压机终粉磨中200μm筛的筛余控制难度大) 等问题。图2为TVR型动态选粉机锥形转子结构。
2 几种改进型结构优化设计方案
2.1 改进设计方案
针对TVR型动态选粉机结构, 根据“风走近路”原则, 沿转子外沿速度 (特别是径向速度) 明显是不一致的, 且不符合设计的理论计算值, 在此主要提出3种优化改进方案来对壳体内部流场进行整流, 具体位置见图3。
1) 在粗粉出口侧加调节风阀, 以提高该侧的风速, 拓宽分选区域;
2) 在风料入口加布风格栅板, 以均布入口的气流;
3) 在风料入口上侧蜗壳内 (蜗壳左侧) 加折流板, 以减少气流扩散。
2.2 改进方案的模拟技术分析
2.2.1 不加调节风阀、布风格栅板和折流板
图4所示为不加调节风阀、布风格栅板和折流板时TVR动态选粉机的总速度云图 (总速度包括切向速度和径向速度, 下同) 。可以看出, 风料入口风速不均, 特别是风管右侧与蜗壳交接处存在高风速区, 容易造成此处磨损严重;沿转子外沿周向速度分布也不均, 上侧和左侧风速减缓, 转笼底部入口及右侧风速偏高, 这也是造成成品粒径难以控制的主要原因;另外, 蜗壳左侧存在一个速度发散区, 削弱了此处进入转笼的风速, 不利于360°全周分选。
另外, 因为转子切向速度是一定的, 因此我们更为关心的是沿转子圆周的径向速度分布, 图5为不加调节风阀、布风格栅板和折流板时的转子外沿径向速度分布。
可以看出, 沿转子周向, 底部径向风速较高, 最高可达18m/s左右, 几乎与转子切向速度一致, 且存在一个明显回流 (回流速度4~5m/s) , 这是TVR型动态选粉机产生跑粗 (80μm筛筛余偏大) 的主要原因;而从转子顶侧到转子左侧, 径向风速虽然较平稳, 但波动范围数值偏低, 仅1~3m/s, 这与我们设计的理论风速是不一致的, 因此, 在实际使用中, 可能导致分选区域不足而造成选粉效率偏低。但是, 通过此径向风速分布我们可以得出另一有益结论, 将此选粉机用于水泥选粉, 可能得到较宽的粒度分布而降低需水量。
2.2.2 加调节风阀、不加布风格栅板和折流板
图6所示为加调节风阀、不加布风格栅板和折流板时TVR动态选粉机总速度云图。可以看出, 风料入口风速仍旧分布不均, 在右侧存在磨损“热点”区;但转子周向风速 (无论是转子外沿还是转子内沿) 均得到了一定改善, 分布较不加调节风阀时均匀;同时, 调节风的加入, 也有效弥补了蜗壳左侧存在的分选真空区。
图7所示为加调节风阀、不加布风格栅板和折流板时的转子外沿径向速度分布。
从图中可看出, 沿转子周向, 转子底部径向风速仍较高, 但较不加调节风阀时降低, 最大值约13m/s, 回流现象未得到改善, 最大值约6m/s。因此可以推断, 即使加了调节风, 也只能改善而不能彻底消除由于进口局部径向风速过高而导致的成品跑粗现象, 因为调节风的加入, 转子顶部和左侧区域径向风速成一轻微“M”形波动, 波动范围为2~5m/s, 相对更接近设计值 (“M”的低点正位于转子顶部) , 因此可认为该区域基本参与了分选作业, 弥补了此处的分选真空, 对提高分选效率和系统产量是有利的, 但流场分布仍不是十分理想, 在实际生产中适当地使用二次风能提高产量也印证了这一改进。
2.2.3 加调节风阀和布风格栅板, 不加折流板
图8为加调节风阀和布风格栅板, 不加折流板时TVR动态选粉机总速度云图。通过云图可以看出, 布风格栅板的加入, 效果并不明显, 风管右侧与蜗壳交接处仍存在一高风速区, 造成磨损, 虽然一定程度上拓宽了分选区域, 但并不明显, 另外, 会造成转子下部径向风速较之前更集中, 可能加剧跑粗, 因此布风板的位置和形式还需调整才能更好地起到布风效果。
图9为加调节风阀和布风格栅板, 不加折流板时的转子外沿径向速度分布。可以看出, 布风格栅板的引入并不能很好地均布入口气流, 转子底部仍存在一个径向高风速区 (最大约14.5m/s, 较之前要高) , 回流现象得到一定削弱 (最大约5m/s) , 转子左侧径向速度变得稍平缓 (特别是“M”左侧波峰) , 但改善不明显, 因此, 分析认为布风格栅板的加入能轻微改善转子顶部和左侧的分选流场, 但也会加剧转子底部的风速集中, 因此, 布风板的形式还需要优化改进。
2.2.4 加调节风阀和折流板, 不加布风格栅板
由上述可知, 入口布风格栅板虽然能一定程度改善转子上侧流场, 但效果并不十分理想, 图10为加调节风阀和折流板, 不加布风格栅板时的TVR动态选粉机总速度云图。可定性地看出, 折流板的引入, 起到了一定改善流场的作用, 适当延长了转子周向的分选区域, 对强化转子上侧流场有一定效果, 但物料进口风速分布仍不均匀, 存在不均高风速区。
图11为加调节风阀和折流板而不加布风格栅板时的转子外沿径向速度分布。可以看出, 与总速度云图的分布不太一致, 转子顶侧的径向速度并未得到有效改善, 因此可以推断是转子顶侧区域切向速度增加造成云图中的总速度增大的假象, 顶侧分选能力实际上并未得到有效提高, 但转子右上侧径向风速曲线有轻微的提升, 这对分选是有利的。因此可推断, 折流板的长度还需要加长, 特别是壳体顶部, 可能还需要加一块布风格栅板或引入另一块调节风阀才能得到较好的径向风速分布状态。另外, 风料入口区的风速不均现象并未得到改善。
2.2.5 颗粒运动轨迹分析
在加调节风阀的基本方案上进行颗粒相运动轨迹分析, 以找出实际运行中所关心的200μm与45μm颗粒运动轨迹, 判断是否能达到较好的分选效率、是否会发生明显的跑粗现象。
1) 200μm颗粒相运动轨迹分析
因为TVR型动态选粉机主要是针对辊压机生料终粉磨系统设计的, 因此对200μm筛筛余的控制就变得尤为重要, 图12为200μm颗粒在选粉机内的运动轨迹。可以看出, 200μm颗粒主要在转子右侧1/4区域冲向转子, 在其底部存在轻微的跑粗现象, 我们认为这是卧式转子选粉机本身存在的不可避免的缺陷, 自颗粒相进入到转子顶侧与左侧区域, 其主要沿蜗壳内壁滑移 (只在二次风口处存在轻微偏移, 但不会造成跑粗) , 最后完成粗粉的回收, 因此, 在加调节风阀的情况下, 200μm颗粒的运动轨迹基本上可满足辊压机生料终粉磨需求, 但跑粗现象不能完全避免。
2) 45μm颗粒相运动轨迹分析
图13为45μm颗粒在TVR型动态选粉机内的运动轨迹。可以看出, 45μm颗粒相的主要分选区域为转子底部和右侧1/4区域 (称为分选1区) , 由于调节风阀的加入, 转子左侧可进行再次分选 (称为分选2区) , 但在转子顶部存在分选空白区, 造成这种现象理论上应该是颗粒相在入口随气流加速后存在很大的惯性所致。因此, 如何根据上述分析和实际工况, 有效的引入折流板或外部风来改善转子顶部的分选空白区, 将其变成二次风分选区 (称为分选3区) , 是设计中必须考虑的问题。
2.3 小结
因为TVR型动态选粉机为卧式转子, 存在转子周围径向速度分布不均和跑粗现象是必然的, 而如何尽量营造出分选2区和分选3区, 减少跑粗是设计时需要做的工作, 经过分析, 认为可从以下几方面入手:
1) 在壳体左侧引入3个调节风阀, 可以有效地营造出分选2区, 提高分选效率;
2) 风料入口处布风格栅板的加入并不能很好地均布入口气流和解决跑粗现象, 但能将一部分风引到转子上侧和左侧, 因此可以将靠近左侧的布风格栅板加一个向右的倾角来强化这一效果;
3) 壳体内部折流板的长度还应该适当加长 (特别是壳体右上侧的折流板) , 条件允许的情况下, 应在壳体顶部再加一块折流板或引入外部风, 尽量营造出分选3区。
3 TVR-360型动态选粉机的运行实例
采用TRP型辊压机、TVR型动态选粉机、TVS型静态选粉机和旋风除尘器等构成一个新型的生料闭路终粉磨系统, TVR-360型选粉机技术参数见表1。
3.1 宁夏赛马兰山项目辊压机生料粉磨系统工业化生产情况分析
宁夏赛马公司的4 500t/d生产线辊压机生料粉磨系统配套使用了TVR-360型动态选粉机, 运转稳定, 分选效率较高, 运行效果良好, 达到了合同指标要求, 完成了达产达标的工作。本项目的合同保证指标是:系统产量220t/h;产品细度R80μm≤14%, R200μm≤2%;系统电耗17.5k Wh/t。系统主机配置见表2, 原料情况见表3。
其运行的单机状况如下:
1) 选粉机能满足260t/h产量要求, 即在台时产量260t/h情况下, 实际运行电流仅为60A左右 (该选粉机变频电动机额定电流为163A) , 计算可得选粉机实际运行功率为额定功率的36.9%, 有较大提升空间。
2) 成品细度可控。通过调节选粉机转速和系统风量, 成品80μm筛筛余可在8%~20%之间任意调节, 200μm筛筛余可控制<1.5%, 当控制在要求成品细度时 (80μm筛筛余≤14%) , 选粉机电动机转速约为1 080r/min (该变频电动机额定转速为1 500r/min) , 计算得选粉机运行转速为额定转速67%, 转速可调范围比较充裕。
3) 通过合理的风量与转速调节, 选粉机粗粉回料中的细粉含量<10%, 即有效地控制了漏选率, 选粉效率能达到在85%以上。
4) 正常工况下, 出V型选粉机压力约为-2 950Pa, 出TVR-360型生料动态选粉机压力约为-4 300Pa, 即V型选粉机出口到TVR型选粉机出口之间压差约为1 350Pa, 除去风管的沿程阻力损失 (200~300Pa) , TVR-360型生料动态选粉机本机压损仅为1 000Pa左右, 因此系统循环风机可以选用较低的压头, 有效降低了系统能耗。
5) 在产量为260t/h时, 选粉机运转电流为60A左右, 计算可得此时选粉机运行功率为33.68k W, 即选粉机本机单位电耗为0.13k Wh/t, 低于通常生料磨选粉机的0.3~0.5k Wh/t的单机运行功率。
6) 由于TVR-360型生料动态选粉机主轴承位于壳体外部, 因此可采用更高温度的烘干热源对原料进行烘干, 只要保证可靠稳定的热风, 即使来料水分>8%, 仍能保证成品水分<0.5%。赛马兰山现场在开机初期曾因管道喷水问题, 导致进入TVR-360型生料动态选粉机内部风温大于300℃, 但未造成设备元件的损坏, 且正常运行时轴承温度较低, 约为15~40℃。
采用TVR动态选粉机后生料制备系统生产运行现状见表4。
经过对该系统的不断完善, 以及对TVR-360型生料动态选粉机的逐步了解, 从目前的使用情况看, TVR-360型生料动态选粉机能满足辊压机生料终粉磨系统在产量、细度、烘干等方面的需求, 具有物料适应性好、选粉效率高、产品单位电耗低、单机压损低、烘干能力强等特点。
3.2 中材萍乡项目辊压机生料粉磨系统工业化生产情况分析
中材萍乡项目的两台TVR-360型动态选粉机一开始的调试工作进展并不太顺利, 由于对第一条辊压机生料终粉磨生产线的认识和准备工作不足, 系统生产出现了一些问题。由于选粉机在安装过程中的质量控制不好, 选粉机的转子密封不尽如人意, 出现了200μm筛筛余过高的情况, 系统产量也达不到设计要求。为此, 我们在安装现场对选粉机的密封结构进行了改进和调整, 增加了布风格栅板和涡壳折流板。现在反回头来看, 调整和修改密封结构形式是必要的, 但是增加布风格栅板和涡壳折流板似不太合适 (相关技术讨论不在本文进行) 。本项目的合同保证指标是:系统产量2×260t/h;产品细度R80μm≤14%, R200μm≤2%;系统电耗14k Wh/t。系统主机配置见表5, 系统工艺流程见图14, 原料情况见表6, 采用TVR动态选粉机后生料制备系统生产运行现状见表7。
3.3 商洛尧柏项目辊压机生料终粉磨系统工业化生产情况分析
该项目的合同保证指标是:系统产量260t/h;产品细度:R80μm≤18%, R200μm≤2%;系统电耗14k Wh/t。系统主机配置见表8, 原料情况见表9, 生产运行现状见表10。
4 TVR型动态选粉机的市场应用前景
截止到2015年底, 已经有3个厂家5条水泥生料生产线在应用TVR型动态选粉机, 另外还有2条生产线的TVR型动态选粉机正在安装制造。也就是说, 目前有7台TVR型动态选粉机已经开始应用。
TVR型动态选粉机是与辊压机生料终粉磨系统配套的新型选粉机, 在当前国家积极号召节能减排, 淘汰水泥行业落后产能的前提下, 代表了生料粉磨的发展方向和最新技术, 可用于水泥及相关行业所有生料及相关物料的分选、新建项目和老线的改造。
辊压机生料终粉磨系统是目前投入工程使用中最节能的粉磨设备, 其综合电耗可比立磨系统降低3k Wh/t, 本机电耗较立式转子选粉机电耗低0.2k Wh/t左右, 选粉机运行稳定, 电流波动小, 设备本身空气阻力较低, 因此, 总体来说, 配备TVR型动态选粉机的辊压机生料终粉磨系统, 其操作控制更容易, 系统电耗也更省。若按照辊压机生料终粉磨系统电耗较立磨系统电耗节省3k Wh/t, 工业用电按0.85~1.00元/k Wh计算, 则一个5 000t/d的熟料生产线仅生料粉磨系统年可节约电费220~255万元。
参考文献
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联合站空压机节能技术应用 篇7
喇嘛甸油田联合站共有螺杆式空压机22套, 空压机的电动机功率为22 kW, 出气量为15 m3/h, 运行压力在0.6 MPa左右, 单台压缩机平均年耗电量13.6×104kWh。空压机设计时必须考虑最大容量, 而实际工作中大部分时间不是满负荷运行, 清扫管线时间占运行时间10%左右, 扫线压力0.7MPa, 仪表风运行压力只需0.15 MPa, 无效压力消耗较大。空压机加载时压力在0.6～0.8 MPa之间, 压力达到要求后, 空压机还在继续工作, 直到上限时卸载, 造成部分电能浪费;压缩气进入气动元件前需要减压至0.15 MPa左右, 造成电能极大浪费;卸载时自动关闭进气阀门, 同时打开卸载阀泄压, 造成电能浪费;另外由于现场采用直接启动或星角切换启动控制方式, 电动机起动电流大, 影响电网的稳定及其他用电设备正常运行, 频繁的启停还降低了设备使用寿命。
2 螺杆式空压机工作原理
空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备, 在工业生产中有着极其广泛的应用, 在各种行业中它担负着为工厂中所有气动元件、各种气动阀门提供气源的职责。螺杆式空压机是由一对相互平行啮合的阴阳转子在气缸内转动, 使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化, 空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧, 实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端, 阴转子的槽和阳转子的齿被主电动机驱动而旋转。
3 节能改造情况
目前喇二联合站、喇Ⅲ-1联合站共有4台22kW螺杆式空压机, 用于仪表和扫线气源, 采用传统的加、卸载供气控制方式。针对喇二联合站、喇Ⅲ-1联合站运行特点, 编制一组自适应无模型控制算法。无模型控制算法是一种全新的控制算法, 它与传统的控制算法最大的不同就是无需建立被控对象的数学模型, 即不依据被控对象的数学模型, 而是依据被控对象对控制律的控制功能的需求。它完全打破了PID线性组合的框架, 应用功能模块组合的思想, 所形成的无模型控制器是一个非线性控制器[1]。
空压机自己带有一个控制器 (用来加/卸载) , 一般的变频改造用其输出的信号做闭环。该信号是压力上/下限值的输出, 不是实时压力的输出。因为模/数转换要消费时间, 控制器计算上/下限也要消费时间, 所以数据交换慢。我们的改造不用这个输出, 直接取传感器的压力信号 (4～20 mA) , 采用R485通讯方式传输, 提高控制响应速度。R-485接口信号电平比R-232的低, 就不易损坏接口电路的芯片, R-485的数据最高传输速率为10 Mbps, RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合, 抗共模能力增强, 即抗噪声干扰性好。数据交换较一般方式快5～10倍, 保证控制响应速度。
3.1 无速度传感器矢量控制技术
矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量, 根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制, 从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制, 并同时控制两分量间的幅值和相位, 即控制定子电流矢量。采用矢量控制技术, 使电动机在低速运转时提供更大的转矩。通过调整电动机转速来调整气体流量, 电动机输出的功率与流量需求基本上成正比关系, 始终保持电动机高效工作。矢量控制精度达到0.2%, 保证闭环控制运行的精确度。
3.2 设定空压机工作压力范围
使压力区间保持在0.02 MPa之内, 近乎恒压运行, 当用气量减小时, 空压机自动降低输出功率, 加载幅度灵活控制。降低了电动机输入功率, 节约了电能, 达到了既满足生产运行需求, 又实现节能的目的[2]。
4 改造效果分析
目前喇二联合站、喇Ⅲ-1联合站4台22 kW螺杆式空压机安装NAD-K-220L型空压机优化节能装置。改造后, 压缩机组的供气量与系统所需量动态匹配, 压缩机电动机转速会随着系统用气量的不同而进行调节, 避免了电动机空转以及频繁的加卸载所带来的能量损耗, 使电动机的输入功率大大降低, 节电效果显著。从目前运行情况来看, 空压机优化节能装置在工频、变频运行的情况下均能顺利启动, 装置提供的各项功能可以正常使用。安装后, 我们对空压机的运行情况进行了跟踪测试。测量数据见表1、表2。
1) 变频控制系统具有精确的压力控制能力。通过使空压机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配, 可以使管网的系统压力保持恒定, 有效地提高了供气的质量。输出频率精确到0.01 Hz, 能够精确地响应实际压力的变化, 压力控制精度达到0.01 MPa。高精度的控制系统可减少电能损耗。
2) 减少空压机的启动次数并且降低启动电流, 运行电流降低30%, 延长设备的使用寿命。
3) 压力传感器与控制器的传输方式采用R485通讯方式, 数据交换比常规A/D转换方式快5～10倍。
4) 变频器有软启动功能, 可减少起动时对压缩机和机械部件所造成的冲击, 增强了系统可靠性, 延长了压缩机使用寿命并减少了空压机启动对电网的冲击[3]。
5 结语
1) 变频技术和无模型控制算法的组合应用, 优化了空压机的各项运行参数, 降低了空压机输出功率, 取得一定节能效果。
2) 无模型控制技术是一类兼有现代控制理论与经典PID的优点, 不依赖被控对象的数学模型, 彻底解决了普通变频改造存在的问题, 螺杆式空压机无模型控制控制效果良好, 系统运行稳定。
3) 空压机节能改造符合当前节能减排的需要, 实现了精细节能, 挖掘了设备的节能潜力。
参考文献
[1]周华生.空气机供风系统节能改造[J].机械工程师, 2009 (5) .
[2]张艳君, 王晓慧.浅谈空气压缩机的选择及节能措施[J].甘肃科技, 2008.24 (8) .
浅谈空压机余热回收技术及其应用 篇8
空压机余热回收技术作为一种典型的工厂节能改造技术, 能够对空压机余热进行回收, 并重新在发电、企业员工的生活热水及企业生产流体预热等方面进行利用, 从而大大减少了余热余能的浪费, 减少了能源的消耗, 起到了节能的效果。
2 空压机的工作原理
空压机主要是应用于工厂、建筑及矿山等多个行业之中, 并发挥设备的优越性, 源源不断的提供具有一定压力的压缩空气, 从而使得工艺流程中对气源的需求得到更好的满足。
另外在化工领域, 空压机作为动力源, 也发挥着不可替代的作用。空压机在市场上种类繁多, 其中螺杆式空压机由于独特的优势, 在诸多行业中得到了较为广泛的应用, 具有一定的代表性。空压机的应用可以获得安全无害的压缩空气, 具有着良好的调节性能, 但需要消耗大量的能量是其主要缺陷, 一般在企业工业化生产中, 空压机的电量消耗能够占到企业用电量的十分之一之多。
螺杆式空气压缩机主要是在吸气、密封及输送、压缩、排气这样四个过程中完成使命。壳体中的齿沟还会存在一个与螺杆啮合的过程, 当螺杆在壳体内进行转动时, 因为齿沟啮合面的转动会使得吸入的油气密封输送至排气口, 这样使得进气口吸入空气和机油;由于齿沟啮合过程中的间隙在输送过程中是不断变小的, 这样油气便会受到压缩;齿沟啮合面其处于旋转状态, 当其转至壳体排气口时, 便会有较高压力的油气混合物从机体排出。如图1 为空压机的结构原理。
空压机在连续运行时, 会出现压缩机及机油的温度升高现象, 在空压机系统中, 机油有着清洁、密封、防诱、润滑、缓冲及冷却的特点, 这也使得机油温度在到达一定程度后, 主体的工作温度便会在风机的作用下降低;在机油温度下降后, 低于一定温度后停止转动。
通过上述空压机的工作原理可以看出, 空压机所需的大量电能大部分用于压缩空气, 从而将原动机中的一部分机械能实现与气体压力能的转换。同时有大量的热量在机油、油气及机体中蓄积, 而热量的来源主要是压缩空气时所排放出来的, 随风机运行排放到环境中, 这部分约占90% 的热量理论上是可以进行回收再利用的, 因此空压机余热回收有着广阔的市场前景。利用余热回收技术在有效实现回收能量的最大化的同时, 还可以促进能量损耗的减少, 使得空压机效率提高, 并延长空压机的使用寿命。
3 空压机余热回收技术
为了将机油管路引出, 可以在空压机机油冷却回路上进行三通电动阀的加装, 也就是将空压机中的机油冷却装置外置, 实现水冷系统的改造成功, 但改造后原风冷系统并没有去掉, 而是作为冷却系统的备用而存在, 具体改造示意图如图2 为所示。
因为水冷要比风冷能产生更为优质的效果, 自然在对空压机应用余热回收技术后, 空压机的正常工作和性能是不会受到任何干扰和影响, 此外, 该技术的应用有效减少设备的维护成本, 延长空压机的寿命。其中还会有可以用于洗澡或生活用水的中温水产生, 这是通过水冷系统换热所得到的, 这样便实现了余热的回收利用。
空压机余热回收是在原有的油路管道中接入换热器, 具体操作为加装三通电磁阀, 主要安装位置为原油路系统的进出口处。再将机油引出后, 换热器就可以发挥换热的作用。为了使得系统的安全性更高, 可将在继续保留原有风冷系统的同时, 并联空压机余热回收系统。当实现油气系统分离后, 便会产生高温气。将高温气直接通向原有的气冷却系统。这样在经过温度感应器时, 便会得到一个准确的温度。如果得到的高温油温度大于76℃, 就可以再热交换后, 再次进入油路循环系统, 从而有效地减少了机油的消耗量。在整个系统中, 还设置了保温水箱和储水箱, 分别用于供水水箱和用户水箱。另外, 为了预防特殊情况, 在控制系统中还设置了紧急处理工作模式、防冻模式等一系列的保护措施。
4 空压机余热回收技术的应用实例
空压机余热回收技术适用于各化工企业及生产制造企业, 如原料药发酵制药企业, 企业为了提供发酵菌种合适的生长环境, 需要进行大量的压缩空气操作。
4.1 利用装置压缩热能回收
热能回收该项目主要是对在压缩空气时所产生的热能利用余热回收的装置来实现再利用, 当空压机组排气温度至130 度时, 在该热空气下, 对热媒水进行加热至85 度, 这样便可以得到可供回收的热源, 夏季该热源可作用于吸收式制冷机中, 冬季可以用于供热, 从而可以实现热能回收再利用的目标, 还可以对压缩的空气降温。真正实现了节能环保的作用。
4.2 安装施工装置
在调整好空压机组的供气系统后, 要对空压机组进行停机改造, 也就是拆除机组中原来存在的冷却器, 并在冷却器的后端安装余热回收装置。
4.3 施工吸收式制冷机组
安装好独立的余热回收一次水煤循环系统, 并实现真空热能回收机组与一次水热媒管路的对接, 安装好空压机中的冷却器及热能回收装置, 从而当一次水热媒进入装置时, 利用泵组的输送, 将一次水热媒由真空热能回收机系统送至吸收式制冷机组蒸发器, 对吸收式制冷机组的安装地点可以独立选择, 要注意的是在进行管道的铺设时, 对制冷机组中的总管路与冷水出水管路的连接进行检查。
4.4 采暖管道的对接
在空压机余热回收技术应用后, 对接暖气水泵进口管路与真空热能回收机组中的一次水热媒管路, 这要花费约2 天的时间完成, 而施工的关键是铺设和安装管路。
在整个空压机余热回收技术应用过程中, 吸收式冷水机组是制作周期最长的设备, 约要90 天。设备的安装需要17 天左右, 最后为3天的调试, 从而整个空压机余热回收技术的具体实施工作完成。
4.5 空压机余热回收经济效益的核算
采用空压机余热回收改造后, 能够实现较大的经济效益, 现对前一年未使用余热回收技术与今年改造后的相关数据进行对比计算。在夏季, 制冷机组需要7 个月的运行时间, 而且是不停止工作的, 一天24小时不间断, 夏季的制冷量为2600kw/h, 电制冷机耗电量是450kw/h, 空压机余热回收技术的应用使得改造后的运行电费节约了105.2 万元;在冬季可以供热, 越有4 个月的供热时间, 也是每天24 小时不间断, 每小时要用3 吨蒸汽, 一顿蒸汽价值为190 元/ 吨, 通过前后两年对比, 在蒸汽费用上余热回收技术的应用共节约了164.3 万元。
由于空压机余热回收技术的实际应用需要对换热器、吸收式溴化锂和余热回收机组进行投资, 这些前期投资费用约为500 万元, 运行一年后可以节约269.4 万元的运行成本, 通过上图可以看出, 两年内即可以收回投资成本, 并且随着使用时间的增加, 余热回收技术带来的经济效益不断凸显, 有着较强的实际应用价值, 另外还具有着较高的环境效益和社会效益。
5 结束语
应用余热回收技术, 对压缩空气压缩热能进行有效的回收利用, 使得压缩空气冷却的投入成本得到减少, 还可以将回收的热能进行供热制冷使用, 可谓实现了一箭双雕的双重目的, 是极具市场潜力的一项节能技术。随着我国的不断发展, 能源供需矛盾的状况仍将长期存在, 因此大力推行节能减排改造, 构建资源节约型和环境良好型社会十分必要。空压机余热回收技术作为一种典型的节能改造, 在诸多行业中都有着成功的案例, 其不仅不会对空压机的正常运行造成不利影响, 反而能够促进设备稳定运行。余热回收再利用大大减少了能源物质的消耗, 降低了企业的运行成本, 并且还有着较强的社会和环境效益, 相信随着相关技术的不断发展, 空压机余热回收技术也一定会得到更为广泛的推广和应用。
摘要：本文主要针对介绍空压机余热回收技术进行研究, 并对该技术在实际生产中的应用情况进行了阐述。
关键词：空压机,余热回收,应用
参考文献
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空压机技术分析 篇9
关键词：空压机站 润滑油 流失及防范
中图分类号：TH418 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（c）-0053-01
1 刮油器部件效果不佳造成润滑油的流失
刮油器部件结构设计的不合理、安装错误、零件加工的质量欠佳及刮油环长期运转造成的磨损，都会造成刮油器部件的刮油功能下降，致使机身油池里的润滑油沿着活塞杆与刮油环之间的间隙进入接筒。如果进入接筒内的润滑油量比较大，则一定是刮油器存在问题。解决方法如下。
（1）检查刮油环的方向是否装反，使刮油环失去了最好的刮油效果，正确的安装方向是单向刮油环的刀刃朝向机身侧。
（2）观察刮油环的磨损情况，确认拉紧弹簧是否能起到紧固刮油环的作用。如刮油环磨损严重，应更换刮油环，弹簧失效应更换新弹簧。
（3）检查刮油环与刮油盒之间的间隙值，间隙过小甚至无间隙，致使刮油环不能在刮油盒内部活动，刮油环的刀刃不能与活塞杆密切贴合，刮油环失去了良好的刮油功能。反之，间隙值过大，由于活塞杆做往复运动，刮油环会随着活塞杆运动，左右撞击刮油盒，故刮油环同样不能起到很好的刮油作用，正确的刮油环与刮油盒的间隙值应在0.05～0.1mm之间。
没有接筒结构的压缩机出现油流失时，就应考虑下面的原因。
2 填料泄露是润滑油耗损的关键
有人认为润滑油的耗损与填料泄露毫无关系，其实不然，填料泄露是空气压缩机润滑油损耗最重要最直接的原因。就全国统一规范设计的5L-40/8型及4L-20/8型空压机为例，该压缩机填料部件结构是底部（靠近机身侧）为刮油环，上部（气缸侧）为密封环，该填料部件为二合一结构，既起到刮油作用，防止机身内的润滑油进入气缸，又起到防止气缸内的气体外泄、密封气体作用。当刮油器工作状态不佳，不能把粘附在活塞杆润滑油全部刮掉，润滑油就会沿着活塞杆与刮油环之间的间隙进入气缸内，致使润滑油耗损。如果填料的密封环工作不佳，当活塞部件向缸盖方向运动时，一级气缸内就会形成负压，机身内的大量油气就会被吸入到气缸内，尤其是刮油环工作效果也欠佳时，油雾及液态润滑油就会进入气缸内。试想，每分钟几百转活塞往复运动，将会有多少含油气体被吸进气缸里，其润滑油流失速度是非常惊人的，这就是为什么压缩机机身并不存在缺陷却造成漏油，而润滑油会大量流失的重要原因。
3 呼吸器的功能
活塞式压缩机的机身部件中安装曲轴、连杆、十字头传动部件，是压缩机的心脏，机身的下部储藏润滑油以及回收润滑传动部件流出的润滑油，起到一个油箱的作用，相当于一个密封的容器，为了机身内的通风换气，防止润滑油气化形成高浓度的可燃性气体引起爆炸燃烧的危险发生，要求严格的工艺性压缩机通常采用氮气置换的方法，大多数压缩机是在机身上安装一定数量的呼吸器来达到这个目的。呼吸器的另一个重要功能，能够起到缓解填料部件泄露造成的负压吸气，造成损耗润滑油的平衡作用。
4 空压机站润滑油流失的防范措施
润滑油是引起空压机站燃烧爆炸的罪魁祸首。如何防止润滑油超量进入气缸是关键所在。机身油池内的润滑油流失是最危险的，一旦发生一级填料泄露严重，大量的润滑油就会吸入气缸，后果可想而知。
（1）运转的压缩机日常操作维护。
一定要经常通过视油板观察油位状况，一旦发生超过正常油耗的油位下降，应及时查明原因，消除隐患。千万不要忽视润滑油流失将会带来的严重后果。
（2）应选择合适的润滑油。
应按产品使用说明书规定选用润滑油，为保证压缩机安全运转，对润滑油提出的要求是：所有的油膜应该是暂时的，即不断的蒸发和更新。蒸发的油应能很快地随空气进入压缩机的冷区，此处的积碳危害较小。有的粘度较高，蒸发得较慢，进而滞留在热区并强烈的氧化。因而认为采用高闪点润滑油比较安全的想法是错误的。闪点越高的润滑油越容易产生较多的积碳，而闪点较低的润滑油积碳较少，即比较稳定
（3）清除油积碳沉淀物。
因为完全避免油的氧化和分解是不可能的，因此，适时、定期的清除压缩空气系统中废润滑油和分解物具有特别的重要性。压缩机通气通道内清除油积碳沉淀物每六个月至少一次，有油过滤器时，在油过滤器之前，或者储气罐之前，包括储气罐在内都要清洗。清洗剂可选用苏打、碱或者烷基苯磺酸钠溶液。清洗结束后，必须从系统中仔细除去化学剂，因为它的存在会引起腐蚀加速积碳的形成。
如压缩机介质要求绝对无油时，建议在更换新刮油环时做透光检查，即将刮油环安装在活塞杆上，用灯光照射，如果透光，应用铸铁或钢材按照活塞杆直径尺寸做研磨棒，涂金剛砂、机油把新的刮油环在研磨棒上作往复运动，使刮油环的刃口研磨至安装在活塞杆上达到不透光的程度，即可杜绝刮油器漏油现象出现。
5 结论
综上所述，填料环及刮油环的结构、加工质量、安装、磨损等是空压机站压缩机润滑油流失的主要因素，而润滑油是空压机站爆炸燃烧的重要原因，必须引起高度重视，否则由于润滑油的流失，将会对企业的安全生产埋下隐患，造成重大经济损失。
参考文献
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[2]Ⅱ·N伏罗巴伊，A·A沙列诺夫著，杨绍侃，金光熹等译.提高活塞式压缩机的可靠性与经济型[M][苏].
空压机技术分析 篇10
空压机是工厂里最重要的机器设备之一。空压机供气领域能否应用变频调速技术,在节省电能的同时改善空压机性能,提高供气品质,降低生产设备的故障率,延长设备的使用寿命备受社会各界关注。只有解决节能这一全球性问题,才能提高企业的竞争力。为节约能源,对企业中原有的工频空压机进行技术改造,将变频调速技术引入空压机领域,尝试用变频控制取代原有控制模式,是近年来各企业争相研究的重要课题。目前企业中工频空压机的运用仍非常普遍,空压机变频改造市场非常巨大。
1 空压机概况
空压机,是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备,简单地说空压机就是一种提供压缩空气的机器,担负着为工厂所有气动部件提供气源的职责,它在国民经济和国防建设的许多部门中应用极广,特别是在纺织、化工、动力等工业领域中已成为必不可少的关键、核心设备,尤其是螺杆式的空气空压机几乎所有的工业领域都在广泛应用,成为压缩空气的主流产品。
空压机发展至今,其机械结构方面原理是成熟的,但大部分空压机自身仍存在着明显的技术弱点,如:传统的空压机供气控制方式几乎全部是采用加载、卸载的控制方式,由于频繁加、减载,电动机在工频启动时,电机功率大,启动电流大,对电网的冲击大,工作条件恶劣,设备寿命短,调节速度慢,自动化程度低等。且据不完全统计,我国电能的60%是被各行各业中广泛使用的大型工业设备(风机、水泵、锅炉、空压机等)所消耗,而空压机则占了60%耗电量中的15%左右。另据权威机构调查,空气压缩系统在五年的总成本中,运转能源消耗费用占约79%,压缩系统初期购置费用仅占总成本的约12%,因而只有设法最大限度地降低空压机高额的运转能源消耗费用,才能从根本上降低企业的运营成本,提高企业的竞争力。
2 空气机变频改造的必要性
2.1 空压机工频运行和变频运行的比较
空压机电机功率一般较大,启动方式多采用空载(卸载)星—三角启动,加载和卸载方式都为瞬时。这使得空压机在启动时会有较大的启动电流(4~7倍),加载和卸载时对设备机械冲击较大;不光引起电源电压波动,也会使压缩气源产生较大的波动;同时这种运行方式还会加速设备的磨损,降低设备的使用年限。由于一般空气压缩机的拖动电机本身不能调速,因此就不能直接使用压力或流量的变动来实现降速调节输出功率的匹配,电机不允许频繁启动,导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行,电能浪费巨大。变频调速技术具有显著的节电效果以及优良的调速性能,且适用性广,安全可靠性强,足以延长设备使用寿命,如若对空压机进行变频改造,能够使电机实现软起软停,减小启动冲击,延长设备使用年限;同时由于电机运行频率可变,实现了空压机根据用气量的大小自动调节电机转速,减少了电机频繁的加载和卸载,从而较大幅度减小电动机的运行功率,使得供气系统气压维持恒定,便可以实现节能的目的。
2.2 一台空压机五年各项费用比例
以某企业一台Atlas(阿特拉斯)ZR160空压机五年费用为例,经调研得知:
空压机五年各项费用比例大致如下:
购置费用占12%
安装费用占2%
维护费用占7%
用电费用占79%
在以上各项费用中,用电费用占了79%,可见,只有将普通空压机进行变频改造,把空压机的用电费用降下来,才能从根本上降低企业的运营成本,提高企业的竞争力。
2.3 空气机变频改造的优点及实际意义
空气机经变频改造,可节约能源,提高供气量,降低运行成本,提高压力控制精度,延长压缩机的使用寿命,降低空压机的噪音,并提高功率因数,最大限度地降低空压机高额的运转能源消耗费用,从根本上降低企业的运营成本,从而提高企业的竞争力。
3 空压机变频改造方案设计原则
根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求,空压机变频改造后系统应满足以下要求:
1)电机变频运行状态保持储气罐出口压力稳定,压力波动范围不能超过±0.02Mpa。
2)系统应具有变频和工频两套控制回路。如一套线路出现故障,自动切换到另一线路,不影响生产。
3)根据空压机的工况要求,系统应保障电动机具有恒转矩运行特性。
4)为了防止非正弦波干扰空压机控制器,变频器输入端应有抑制电磁干扰的有效措施。
5)在用电气量小的情况下,变频器处在低频运行时,应保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围。
6)根据生产工艺要求,变频改造后,适当降低压缩气供气系统的供气压力,将原来的高压变流量供气改变为变频恒压变流量供气方式。
4 空压机变频节能改造实例
4.1 改造前系统现状
某公司现有二台阿特拉斯科普柯ZR160无油空气压缩机,使用状况为一用一备。
目前的用气量为不到两台机的排气量,这就使其中一台机大部分时间处于空转状态,造成能量的浪费。
此两台机为普通空压机,其马达转速始终保持在额定转速1485转/min,不具备根据耗气量的大小自动调节转速来改变排气量以达到节能目的。
4.2 改造的目标与任务
通过变频改造,使空压机达到节能运行的目的。
4.3 变频节能原理
4.3.1 变频调速原理
根据交流异步电动机的转速和电源频率之间遵循的关系:
转速n=60 f/p×(1-s))
式中,f为电源频率,s为电动机转差率,P为电动机绕组的极对数。
当P和s确定后,电动机转速与电源频率成正比,所以改变电源频率即可改变电机转速n,从而实现变频调速。
4.3.2 变频器节能原理
负载所需的功率和它的转速有一定关系,电机的轴功率与电机的转速三次方成正比,所以,电机的转速下降,电机所需的功率也明显下降,即达到了节能的目的。
空压机属于恒转矩负载,即转矩在不同速度下是相同的,但所需功率也和速度成正比关系,所以当转速降低时所需功率也随之下降,从而达到节能目的。
4.3.3 普通空压机的电能损失
普通空压机的工作状态主要有两种,一种是加载状态,一种是空载状态。加载状态时,空压机进气阀打开,吸入自由空气,输出压缩空气,满足生产的需要;空载状态时,空压机进气阀关闭,并停止输出压缩空气,空压机处于空转状态。空转时电机克服机械阻力,需消耗额定功率的30%左右,所以一台160KW的ZR160空压机的空载功率为48KW。
普通空压机的压力控制是上下限控制,空压机的功率消耗和输出压力成正比,输出的压力越高消耗的功率也越大,从输出压力的下限到上限的1巴的压差将消耗总功率的7-10%。一台160KW的ZR160空压机就要多消耗功率约16千瓦。
在一个空压系统中,如果有多台空压机同时运行,每台空压机的输出压力都将随着管网的压力波动而在上下限之间波动,所以每台机都将多消耗7-10%的额定功率。
4.3.4 变频空压机的节能原理
变频空压机的压力设定可以是一个点,即可以将满足生产设备要求的最低压力作为设定压力,变频空压机将根据管网压力上下波动的趋势,调节空压机转速的快慢,控制压缩空气输出量的多少,从而达到稳定管网压力,满足生产要求。这样就减少甚至消除空压机的卸载运行,节约了电能。另:变频空压机本身的启动平稳,没有大电流的冲击,也减少了启动时的电能浪费。
4.4 节能改造效益
4.4.1 节电效果计算
如:经实际调研,某企业2009年度空压机的运行时间及状况如下:
空压机的平均加载率为:64.7%
空压机的平均空载率为:35.3%
每年节电可用下列两公式计算:
空载消耗电能=每年运行时间×卸载功率×1.2
加载时压力波动浪费电能=每年运行时间×电机功率×7%
每年按运行两台ZR160空压机计算
空载消耗电能=(1210+2350)×48×1.2=205056度
加载时压力波动浪费电能=(3510+3220)×160×7%=75376度
总计每年节电:280432(度)
4.4.2 实际用电计算
经调研,该企业2009年1月份到2009年12月份共计12个月的实际运行记录如下:
统计出该企业空压站两台ZR160空压机实际用电总计927072(度)。
变频改造后(企业生产情况和上年度比变化不大的情况下)
空压站节电率可达到280432÷927020×100%=30.25%。
若按每度电为人民币0.65元计,则改造后空压机每年节电280423度,折合人民币:182,275.00元。
每年平均节约电费为:182,275.00元,每月平均节约电费为:15,190.00元
可见变频改造后节电效果是极为显著的。
4.5 具体改造方案
4.5.1 空压站达到经济运行配置条件
如果空压站中都是相同型号的空压机,那么只需配置一台变频空压机,也就是将一台空压机改造成变频机,并同其它的普通空压机配合使用即可达到节电的目的。当生产所需的耗气量少于一台机的产气量,只需要运行变频空压机供气,如果耗气量多于一台机的产气量,就需要启动普通空压机,并使其一直加载运行,同变频空压机配合使用;变频机仍将随着耗气量的变化来调节排气量,达到节电的目的。
4.5.2 控制方式
将一台空压机改造即可以变频方式运行,也可在变频器出现故障时手动切换为原有方式运行。
空压机的运行控制仍然由空压机的本机电脑控制,原有的保护功能、加卸载方式不变。
空压机的电机转速,由安装在储气罐上的压力变送器将电压信号传送给变频器,变频器根据气压变化的趋势改变输出频率控制空压机电机的转速。
空压机本机电脑的控制参数的设定必须和变频器控制参数的设定相协调,否则将达不到节电目的或节电效果不理想,还可能对空压机的机械方面造成不利影响。
另两台机可自动根据管网压力变化决定是否启动运行,启动方式保持原有人工启动方式。
4.5.3 操作方式
改造后的空压机操作,仍然保持在本机电脑上操作,开机、停机以及各种运行参数的查看都在本机电脑上。
如果要修改设定的工作压力,则必须在本机电脑和变频器上同时修改。
如果要将变频空压机切换回原有方式运行,则需人工手动的方式在控制电柜上进行切换。
4.6 改造具体项目
为了减少变频器的协波对电源及设备的影响需加装输入及输出滤波器。
用atlas copco的专用变频机软件修改现有电脑控制程序,并增加主电机的温度保护及反转保护功能。
主电机的过载保护改由变频器担当。
改装主电机冷却风扇,以保持电机良好的冷却,使电机线圈温度不超过95℃,电机表面温度不超过80℃。
选用矢量型变频器,并且能够和atlas copco的变频空压机电脑软件配合。
根据空压机目前的加载率,变频器的输出频率可设定在最高50Hz最低25 Hz。
5 结束语
综上所述,变频调速技术在应用中所取得的节能效果是显而易见的。变频调速技术以其显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性、系统的安全性和延长设备使用寿命等优点已成为现代技术的一个主要发展方向,变频节能系统的应用是社会生产发展的必然趋势,它有着早改造、早受益、早使用、早发展的特点。国家经贸委已将变频调速列入重点实施的10项资源节约综合利用技术改造工程之一。《中华人民共和国节约能源法》明文规定,将变频调速列入通用节能技术加以推广。因此,利用变频调速技术是解决目前缺电问题的最佳手段。通过对普通空压机进行变频改造,变频节能系统的推广应用,必将为企业节省大量能源,创造更大效益。
摘要：空压机是工厂最重要的机器设备之一,为使空压机能提供稳定的压力及运转模式,节约能源,提高企业的竞争力,对企业中的工频空压机进行变频改造是近年来各企业争相研究的重要课题。本文分析了传统工频空压机供气系统中存在的缺点,强调空压机变频改造的必要性,提出了空压机变频改造方案的设计原则,阐述了变频节能改造原理,计算了变频改造后的节能效果,并用实例提出了螺杆空压机变频节能改造的技术方案。
关键词：空压机,变频,节能,改造
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