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      離心式空壓機真的更節能嗎?

      時間:2019-07-01 10:33???來源:德耐爾空壓機???作者:Denair???點擊:

        隨著我國工業的不斷發展,企業本身不僅面臨市場的激烈競爭,同時對自身的生產運營成本也提出了嚴苛的要求,“節流”即“開源”,離心式空氣壓縮機(以下簡稱離心機)作為通用的空氣壓縮設備,憑借壓縮空氣無油、運行效率高的特點,越來越得到用戶的青睞。

        然而,大部分用戶對“離心機非常節能” 只有一個概念上的認識,知道離心機比無油螺桿壓縮機等其他壓縮形式更節能,但并沒有系統地從產品本身到實際使用等綜合考慮這個問題。
      所以我們將從常用壓縮形式比較、市場上各品牌離心機差異、離心機空壓站設計、日常維護保養四個角度,簡單闡述這四個因素對“離心機是否節能”的影響。

        一、不同壓縮形式的比較
        無油壓縮空氣市場中,主要有螺桿機、離心機兩大類,氣量大致范圍如表1。


       
        由表1看出,無油螺桿機主要滿足小氣量需求,目前無油螺桿市場上各個品牌的競爭主要集中在75Kw ~ 315Kw。
        離心機最小也可以做到25m³/min, 那么,當需求氣量在50~70m³/min時,究竟是選擇多臺無油螺桿,還是選擇離心機更合適?
        
        1) 從空氣壓縮原理角度分析
        不考慮各個品牌螺桿轉子型線設計、內壓比設計等因素,螺桿機轉子間隙是影響效率的關鍵因素,轉子直徑和間隙的比例越高,則壓縮效率越高,同樣,離心機葉輪直徑和葉輪與蝸殼間隙比例越大,則壓縮效率越高。
        2) 兩種壓縮方式效率比較
        以某68m³m³/min 、8barg 用氣需求為例,離心機與螺桿機方案的功耗比較,見表2

       
       
        由表2 可知,
        a. 68m³/min需求時,離心機效率比螺桿機高;
        b. 根據壓縮間隙對效率的影響可以判斷: 螺桿機直徑越大,則效率越高,離心機氣量越小,葉輪直徑越小,則間隙占比越大,效率呈逐步下降趨勢;
        c. 由表3 也可以看出,離心機與螺桿機在不同工況下,基本保持同樣的變化水平。

       離心式空壓機更節能嗎?
       
        3) 理論結合實際的綜合效率比較
        單純的機器效率比較并不能反映實際使用的結果,從實際使用角度考慮,80%的用戶實際用氣都存在波動,見表4 典型的用戶用氣需求波動示意圖,但離心機的安全調節范圍只有70%~100%,當用氣量超過調節范圍時,會出現大量放空,放空即是能源的浪費,則這臺離心機的綜合效率就不高。
        如果用戶充分了解自己的用氣波動情況,多臺螺桿機的搭配,尤其采用N+1、即N臺定頻螺桿+1臺變頻機的方案,用多少氣產多少氣,變頻螺桿實時調節氣量的產出,則綜合效率反而比離心機高。
        因此,離心機到底節不節能,不能單純從設備角度出發,要充分考慮實際用氣的波動,如果想采用50~70m³/min 離心機,則需要保證用氣波動在15~21m³/min 的波動范圍,即盡量保證離心機不放空,如果用戶預判自己的用氣波動超過21m³/min , 則采用螺桿機方案會更節能。
        二、離心機的不同配置
        離心機市場主要由幾大國際品牌占據,如瑞典阿特拉斯·科普柯、日本IHI-Sullair、美國英格索蘭等、根據筆者了解,各個品牌基本只生產擁有核心技術的離心機葉輪部分,其他零部件采用全球供應商采購模式,因此,零部件的品質也對整機效率有重要的影響。
        
        1) 驅動離心機機頭的高壓電機
        電機效率對離心機的整體效率影響非常大,配置不同效率的電機,整機輸入功率計算差別見表3。
       
        由表5可知,高效電機在離心機長期使用中,能有效保證整機輸入功率最低,進而提高整機的運行效率。
        國家標準委員會頒布的GB 30254-2013 《高壓三相籠型異步電動機能效限定值及能效等級》中,對各個電機等級做了詳細的劃分,其中大于等于2級能效以上的電機,定義為節能電機,相信隨著該標準的不斷完善和推廣,電機會作為離心機是否節能的重要判斷標準。

        2) 傳動機構---聯軸器和齒輪箱
        離心機葉輪采用齒輪增速驅動,因此,連軸器的傳動效率,高、低速齒輪系統的傳動效率、軸承的形式等因素,都會進一步影響離心機的效率,但這些零部件的設計參數都被作為各個廠家的保密數據不對外公開,因此,只能從實際使用過程中做簡單判斷。
        a. 連軸器: 從長期運行角度考慮,干式疊片連軸器比齒式連軸器的傳動效率高,齒式聯軸器傳動效率下降快
        b. 齒輪增速系統:傳動效率下降,則機器噪音高、振動高,葉輪的振動值短時間內增高,傳動效率下降
        c. 軸承:采用多片式滑動軸承,可有效保護帶動葉輪的高速軸油膜穩定,啟停機時不會對軸瓦造成磨損
       
        3) 冷卻系統
        離心機每一級葉輪壓縮后都需要進行冷卻,再進入下一級進行壓縮
        a. 冷卻:冷卻器的設計應充分考慮不同季節進氣溫度、冷卻水溫度對冷卻效果的影響
        b. 壓降:氣體經過冷卻器時,要盡量減少氣體壓降
        c. 析出冷凝水:冷卻過程中冷凝水析出越多,下一級葉輪對氣體做功比例越多,則氣體壓縮效率越高
        d. 排出冷凝水:將冷凝水快速排出冷卻器,同時不產生壓縮空氣泄露冷卻器的冷卻效果對整機效率影響非常大,同時也考驗每一個離心機廠家的技術實力。
       
        4) 其他影響離心機效率的因素
        a. 進氣調節閥門的形式:多片式進氣導葉閥可在調節時對氣體預旋,減少一級葉輪整流,降低一級葉輪壓比,從而提高離心機效率
        b. 級間管道:設計緊湊的級間管道系統,可以有效降低壓縮過程的壓損
        c. 調節范圍:更寬的調節范圍意味著更少的放空風險,也是檢驗一臺離心機是否具備節能能力的重要判讀指標
        d. 內表面涂層:離心機每級壓縮的排氣溫度90~110℃,內部良好的耐溫涂層也是保證長期高效運行的保障
       
        三、空壓站設計階段
        離心式空壓站的系統設計目前還處在比較粗放的階段,主要體現在:

        1) 產氣量與需求量不匹配
        一個空壓站的氣量,在設計階段時會統計用氣點、乘以同時使用系數等數據等,已經留有充足的余量,但實際采購時要滿足最大、最不利工況這一指標,加上離心機選型的因素,因此從實際結果看,實際用氣大多小于采購的壓縮機產氣量,再加實際用氣波動、各品牌離心機調節能力的差別,離心機會發生階段性放空。

        2) 排氣壓力與用氣壓力不匹配
        很多離心機空壓站都只有1~2個壓力管網,以滿足最高壓力點為基準選擇離心機,但實際上,最高壓力點氣量需求占比很小,或者有更多低壓力的用氣點,需要通過下游減壓閥來降壓使用,根據權威數據,離心機每降低1barg 排氣壓力,總運行能耗可降低8%。

        3) 壓力不匹配對機器的影響
        離心機只有運行在設計點時效率才最高,舉例來說,設計排氣壓力8barg 的機器,實際排氣壓力在5.5barg , 則要參考6.5barg的實際運行功耗。

        4) 空壓站管理不到位
        用戶認為只要是穩定供氣保證生產,其他都可以先放一放,以上提到的問題,或者說節能點,都會被忽略,那么,實際運行的能耗就會遠高于理想狀態,而這種理想狀態,原本可以通過前期更細致的計算,對實際用氣波動的模擬,更詳細的氣量、壓力劃分、更準確的選型搭配去實現。

        四、日常維護保養對效率的影響
        日常維護保養也對離心機是否能高效運行起著及其重要的作用,除了機械設備常規的三濾一油、閥門閥體密封件的更換,離心機還需要注意以下幾點:

        1) 空氣中粉塵顆粒
        氣體經進氣過濾器過濾后,還是會有細小粉塵進入,長時間后會沉積在葉輪、擴壓器、冷卻器翅片上,影響吸氣量,進而影響整機效率。

        2) 壓縮過程中氣體特性
        壓縮過程中,氣體處于過飽和、高溫高濕狀態,壓縮空氣中的液態水會與空氣中酸性氣體結合,對氣體內壁、葉輪、擴壓器等產生腐蝕,影響進氣量,也會降低效率。

        3) 冷卻水的品質
        冷卻水中碳酸鹽硬度、總懸粒子物濃度的不同,導致冷卻器水側結污結垢,影響換熱效率,進而影響整個機器的運行效率。
       
        離心機是目前市場上效率更高的空氣壓縮機種類,在實際使用中,要想真正達到“物盡其用、盡享其效”,不僅需要離心機廠家不斷研發更高效的產品;同時,準確的選型方案,貼近實際的用氣需求,達到“用多少氣產多少氣、用多高壓力產多高壓力”也顯的尤為重要。此外,加強對離心機的維護保養,也是離心機長期穩定高效運行的可靠保障。

        隨著離心機使用越來越廣泛,希望越來越多的用戶不僅知道“離心機非常節能”,同時也能夠從整個系統的設計、運行維護保養的角度去達到節能的目標,提高企業自身的競爭力,為減少碳排放,維護綠色地球做出自己的貢獻!
       


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