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专家浅析空压机的原理和构造

编辑:浙江凯盛压缩机有限公司  时间:2016-09-06

很多用户,对于空压机的原理与构造,一般了解的不是很清楚,就草草的购买空压机,那么今天看了这篇文章,相信您对空压机的原理与构造会了如执掌的。 

1、 电动机

一般电机功率250KW以下采用380V电机,电机功率超过250KW一般采用6KV和10KV电机。

防爆空压机是380V/660v,同一个电机接线方式不同,可实现380v和660V两种电压的选配,防爆机铭牌上标定的最高压力为0.7MPa,国家没有0.8MPa的标准,国家颁发的生产许可证上注明的是0.7MPa,实际使用中可达0.8MPa。

空压机配套的只有2极和4极两种异步电动机。

2极同步电动机的转速为3000r/min,空压机的异步电动机2极的转速≥3000×97﹪=2910 r/min,一般对用户讲是2960 r/min、3%是速差。

4极同步电动机的转速为1500r/min,空压机的异步电动机4极的转速≥1500×97﹪=1455 r/min,一般对用户讲是1480 r/min,3%是速差。

空压机配套的电机只有2极和4极的,其转速也是按国家标准可视为一个常数(1480 r/min、2960 r/min)。

服务系数:空压机行业的电机都是非标电机,是大机小标的一种现状。服务系数,一般采用1.1~1.2。举例200kw的空压机的电机的服务系数为1.15,那么该空压机电机的最大功率实际可达200×1.15=230kw,给用户讲时是储备了15﹪的功率,属添工加料。

普通电机是小机大标的一种现状。举例:100kw的电机能输出80%的功率就不错了,通常的说法是功率因数cos∮=0.8,是偷工减料。

防护等级:是指电机的防水,防尘等级,一般的IP23已足够用,但空压机行业中380V电机基本上选用IP55和IP54的,6KV、10KV电机基本上选用IP23,也有客户要求选用IP55或IP54。

绝缘等级:是指电机的耐高温防烧毁的能力等级。一般用的是F级,B级温升考核是指比F级高一个层级的标准考核。

启动方式:星三角转换的启动方式。

电机有普通与变频之分,变频空压机用变频电机,通过改变电机的频率来达到改变电机转速的目的,进而达到控制空压机排气量的目的。 

 2、 螺杆压缩机主机

压缩机 :是一种提升气体压力的机械;螺杆压缩机的核心部件是主机,俗称机头;主机的技术核心是螺杆副,也就是阴阳转子,粗的是阳转子,细的是阴转子。

主机的主要构造是由转子、机壳(汽缸),轴承和轴封组成。确切的说就是两根转子(一对阴、阳转子)两端套着轴承装在机壳内,把空气从一端吸入,依靠阴阳转子的相对转动,齿顶对齿沟的齿合,进而把空气进行压缩,提升气体的压力,然后从另一端排出。

主机进行气体压缩时需要动力的输入,需要冷却、密封和润滑,因此主机必须安装在空压机的系统中才可以工作。

螺杆机之所以属高科技产品 ,就是因为主机是高科技产品。

主机之所以称为高科技产品主要有两点:①加工精度非常高,非一般设备可以实现加工的;②转子是一个三维空间曲面,其型线只掌握在极少数几个外国公司手中。

从主机的结构上看,阴阳转子间是不接触的,有2-3丝的间隙,转子与机壳之间也是有2-3丝的间隙,也是不接触不摩擦的。转子端面与机壳之间也是2-3丝的间隙,也是不接触不摩擦的,因此主机的寿命主要取决于轴承和轴封的寿命。

轴承和轴封的寿命即更换周期,是和其受力状况和转速有关的。故而转速低,轴承又不额外受力的直联主机的寿命是最长的。相反、皮带机的主机转速高,轴承又受力,故其寿命就短。

主机轴承的安装是在恒温恒湿的车间内由专用的安装工具进行安装的,是技术性非常高的一项工作。轴承一坏,尤其是大主机,必须返到专业的维修工厂进行更换,加上往返运输的时间,维修用的时间,是会给用户造成很大麻烦的,在时间上用户就耽误不起,空压机一停,整个生产线就得停,工人就得放假,每天影响的工业产值以数万计。故而本着对用户负责的态度,尽可能的推荐低转速的没有增速齿轮的直联机。

3、油分罐的构造和分离原理

油分罐就是能够实现油和气的混合物相分离的一个罐子。油分罐一般为圆柱形的45#钢焊成的碳钢铁皮罐,用不锈钢做的油分罐非常罕见,一般情况下不用。另一作用就是储存润滑油。油分罐内有一个油气分离滤芯,简称油分芯,油分芯一般有23层左右的进口玻璃纤维层层缠绕而成,少数偷工减料可能只有18层左右。

其工作原理是当油和气的混合物以一定的流速穿过玻璃纤维层时,油滴被物理机械的阻挡,慢慢地凝露为大油滴之后在重力作用下,落到油分芯底部,然后有回油管把这部分过滤掉入油分芯底部的油导入机头内部,参与下一循环。回油管上有一单向阀,使得机油只能由油分芯底部流入主机的压缩腔。

实际上油气混合物在穿透油分芯之前,油气混合物中99%的油分已被分离掉到油分罐底部。

从主机出来的高压、高温(80℃左右)油气混合物是沿着油分罐内部的切线方向进入油分罐的,在离心力作用下,油气混合物中的油分大部分被甩到油分罐的内壁上,在重力的作用下沿着内壁流到油分罐的底部。另外一部分油滴在相互碰撞的过程中凝结成大油滴,最后也是在重力的作用下沉向油分罐底部,参与下次循环。

经油分芯过滤后的空气,经过最小压力维持阀(最小压力阀)流向后部冷却器冷却再排出空压机。

最小压力维持阀也是单向阀,可称之为油分罐上面的排气阀。位于油气桶上方油细分离器出口处,开启压力设定为0.45MPa左右,最小压力阀主要有以下功能:

(1)启动时优先建立起润滑油所需的循环压力,确保机器的润滑

(2)油气桶气体压力超过0.45MPa之后方行开启,可降低流过油气分离器的空气流速,除确保油气分离器效果之外,并可保护油气分离器因压力差太大而受损。

(3)止回功能:当停机后油气桶内压力下降时,防止管路压缩空气回流。

 油分罐端盖上面有个安全阀,当油分罐内的空气压力达到设定值的1.1倍时安全阀自动打开,放掉部分空气,降低油分罐内的气压。检查安全阀的方法是在压缩机满载工作时,轻拉安全阀上的泄气拉杆,若安全阀能向外排气,则视为正常。

油分罐上装有一个压力表,检测的是滤前压。油分罐的底部装有排污阀,要定期打开排污阀,放掉沉淀在油分罐底部的水和污物。

 油分罐旁边有一个透明的油位镜显示油分罐内由位的高低。正确的油位是当空压机正常工作时油面在上下度中间位置,过高会跑掉,过低会影响整机的安全性。

油分罐属于压力容器必须有制造资质的专业厂家生产。每个油分罐都有一个唯一的编号和合格证。

4、冷却器

风冷型螺杆机的机油冷却器和压缩空气后冷却器做成一体,为铝制板翅式结构,在真空炉内钎焊成型,一旦漏油几乎不可修复,只有更换。其工作原理是热油和高温(80℃左右)气体在各自管道内流动,电机拖动风扇转动,冷风垂直地吹过载有热油和高温气体的管道,实现热交换,用手感觉经过散热器热交换后的空气,会觉的非常烫手。

水冷型螺杆机一般采用管式散热器,水在管内流动,热油在管外流动,经热交换后冷水变热水。不少厂家为降低成本往往不用铜管而用钢管。水冷机必须另建冷却塔,把热交换后的热水冷却以便参与下次循环,水质对散热器影响非常大,冷却塔又增加不少成本,因此水冷机的用量远没有风冷机大,但粉尘比较大的场合比如水泥厂、有易熔性尘埃的车间、比如喷涂车间尽可能的使用水冷机。水冷型散热器一但结垢,很难清理,一般得用化学药水泡上几天,再用高压水或高压空气吹。水冷机冷却水的用量在JB/T6430-2002中有明确规定。每压缩1m3的空气大约需消耗水4升。

风冷型散热器流出的热空气原则上必须用导风罩导出或者必须采用非常有效的方式使热风尽可能有效的排出空压机房,比如加装工业风机向外抽热风。

经散热器流出的热风不能有效的排出,而参与空压机空气循环的话,其结果是灾难性的高温停机。

经后冷却器冷却过的压缩空气中含有大量的水分,其中大部分可以在储气罐中分离出来。

冷却后的压缩空气温度:水冷机比环境温度大约高10℃左右、风冷型比环境温度大约高15℃左右。

5、温控阀 

主要通过控制喷入主机的润滑油的温度来达到控制主机排气端的排气温度。机头排气温度过低,水分会在油分罐析出,造成润滑油乳化。油温≤70℃时温控阀控制住润滑油不让润滑油进入冷却器,当油温>70℃时温控阀只让部分热油经过油冷却器被冷却,冷却后的机油与另一部分未被冷却的热油混合进入主机,当油温≥76℃时,温控阀把通往油冷却器的通道全部打开,此时的热润滑油全部经过油冷却器冷却后再进入主机进行压缩。

温控阀可理解为进入机头的油的温度调控阀

6、 PLC和显示屏 

PLC可理解为一台电脑的主机,空压机液晶显示屏可以理解为电脑的显示屏。PLC具有输入、输出(给显示屏)、计算、储存的功能。

通过PLC使螺杆机变成一台高度智能化的傻瓜机,空压机的任何一个部件位出现故障都会通过PLC反映到显示屏上以便维修。

空压机运行时的电流大小、气压高低、温度高低都会通过PLC在显示屏上显示。

空压机的空滤、机滤、油分芯和润滑油到了更换时间,PLC会自动报警提醒以便更换。

显示屏上有按键,可以像电脑一样操作,调整排气压力的大小实现和用气设备的匹配。 

7、螺杆空压机其他组成部分

1、空气过滤器 

空滤芯是个纸质的干式的过滤器,是空气过滤的核心。做成折叠形状是为了增大空气穿透的面积。

空滤芯通气细孔约为3μm左右,主要功能是滤掉空气中大于3μm左右的灰尘和固态颗粒,避免螺杆转子过早磨损,机油过滤器和油分芯的过早阻塞。一般每500小时或更短的时间(视具体环境而定)取下用≤0.3MPa的空气自内向外吹,清理疏通被阻塞的通气细孔。压力太大会把细孔吹破吹大,反而起不到应有的过滤精度的要求。故用储气罐内的剩余的空气吹空滤芯时,一定要看清楚储气罐上压力表显示的压力,小心用>0.3MPa的空气会把空滤芯吹报废,进而使空滤芯失效,造成机头抱死。

2、进气阀又叫进气控制阀,通过它控制进入主机的气流大小,进而达到控制空压机排气量大小的目的。

容调式的进气阀是由反比例阀控制伺服气缸,伺服气缸的顶杆推动进气阀内的阀片进而控制进气量,可实现从0-100%的无级进气控制调节。

自油分罐导出的控制气路流向反比例阀时分为两路,A路通向伺服气缸,控制进气阀片的开合,B路通向放空电磁阀排入进气阀内。

3、 反比例阀和伺服气缸:比例是指A和B两气路之间的气流分配比例,反是相反的意思,即经过反比例阀进入伺服气缸的气量越小,进气阀的阀片打开越大,反之越小。

4、放空电磁阀在进气阀的旁边,当空压机停机时,让油分罐内和主机内的空气放空到进气阀片上方,通过空滤器排出,避免空压机再次启动时因主机内有油而造成空压机重车启动,进而加大启动电流而烧毁电机。

5、温度传感器的位置在主机的排气端,测量的是主机排出的油气混合物的温度,另一端接PLC,并在液晶显示屏上显示温度的高低 。 

6、压力传感器位置在空压机的排气端,即出气口,测量排出油分芯后的空气压力,未经过油分芯过滤前的气流压力叫滤前压,当滤前压与滤后压差≥0.1MPa时就该更换油分芯了,另一端接PLC,并在显示屏显示压力的大小。油分罐外面装有压力表,检测的是滤前压,电子屏上显示的是滤后压。

7、机滤机滤是机油过滤器的简称,油过滤器是一种纸质过滤器,过滤精度在10微米---15微米之间。其功能是除去油中的金属微粒、灰尘、氧化物、胶质等保护轴承及转子正常润滑。油过滤器堵塞会导致机头供油不畅,影响轴承寿命,引起排气高温,造成局部积碳。 

8、回油单向阀:油气分离器滤下的残油集中于油分芯底部的小圆凹槽中,经回油管引至主机,避免已被分离的润滑油再随空气排出。为防止主机压缩室内的油返流,在回油管后设置一个单向阀,如果机器运行中油耗突然增大,应检查单向阀的节流小孔是否堵塞。

9、空压机内的各种机油管

就是机油流通的管道,从主机排出的高温高压油气混合物通过的机油管外面必须套上波纹管,防止高压爆裂。联接油分罐到机头之间的回油管一般是铁的。

10、冷却散热器的风机

一般用的是轴流风机,由一个小电机拖动,使冷风垂直吹过散热器。某些机型不设温控阀,而是通过控制风扇电机的停转来控制油温的。当排气温度上升至85℃时,风扇开始运转;当排气温度低于75℃时,风扇自动停转,使温度保持在一定范围之内。设有温控阀的机型风机的启停同上。


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