Het comprimeren van gas is een proces waarbij externe energie wordt verbruikt om gas onder druk te zetten en potentiële energie te genereren. De compressor is de producent van gecomprimeerd gas. Daarom zijn de basisprestaties van de schroefcompressor onlosmakelijk verbonden met deze vier aspecten: druk, debiet, vermogen en specifiek vermogen.
Basisprestaties van de luchtcompressor met schroefcompressor – druk
Het verkrijgen van de potentiële drukenergie van perslucht is de meest fundamentele prestatie van een luchtcompressor, en de schroefcompressor vormt daarop geen uitzondering. De compressorkop van een schroefcompressor verhoogt de luchtdruk door externe energie te verbruiken. Hoe hoger de druk, hoe meer energie er wordt verbruikt en hoe hoger de eisen aan de compressorkop. Over het algemeen worden luchtcompressoren ingedeeld in vier categorieën op basis van de uitgangsdruk:
Lage druk: 0,2~1,0 MPa Middelhoge druk: 1,0~10 MPa Hoge druk: 10~100 MPa Ultrahoge druk: boven 100 MPa
Een schroefcompressor heeft doorgaans een uitgangsdruk van 0,2 tot 4,0 MPa. Dit betekent dat de prestaties, de haalbaarheid en de economische voordelen binnen dit bereik liggen. Dit wordt bepaald door de structuur en de werking van het compressorgedeelte en is tevens het druksegment met de grootste marktvraag.
De persluchtdruk die door de luchtcompressor wordt geleverd, wordt hoofdzakelijk gemeten aan de hand van de drukverhouding, oftewel de verhouding tussen de uitgangsdruk Pd en de zuigdruk Ps. Hoe hoger de verhouding, hoe hoger de uitgangsdruk. ε=Pd/Ps Formule (6)
Voor de hoofdmotor van de schroefcompressor gelden een interne drukverhouding en een externe drukverhouding.
Interne drukverhouding: de verhouding tussen de druk in het volume tussen de tanden van de hoofdmotor en de zuigdruk, die wordt bepaald door de positie en vorm van de zuig- en uitlaatpoorten;
Externe drukverhouding: de verhouding tussen de druk in de uitlaatpijp en de zuigdruk. De zuig- en uitlaatdrukken die nodig zijn voor de bedrijfsomstandigheden of het procesverloop.
Wanneer de interne drukverhouding niet gelijk is aan de externe drukverhouding, verbruikt de hoofdmotor meer vermogen; wanneer de interne drukverhouding gelijk is aan de externe drukverhouding, functioneert de hoofdmotor optimaal.
Bij een schroefcompressor geldt voor de hoofdmotor dat, onder gelijke omstandigheden zoals motortemperatuur, aanzuigdruk, motortoerental, enzovoort, een hoger energieverbruik leidt tot een hogere uitgangsdruk.
Basisprestaties van de luchtstroom in een schroefcompressor
Stroming bestaat doorgaans uit massastroom en volumestroom. In de specificaties en normen van de luchtcompressie-industrie gebruiken we meestal volumestroom als meetmethode. Dit wordt in mijn land ook wel uitlaatvolume of nominale stroom genoemd: onder de vereiste uitlaatdruk wordt het volume gas dat per tijdseenheid door de luchtcompressor wordt afgevoerd, omgerekend naar de inlaattoestand. Dit volume wordt uitgedrukt in m³/min, waarbij de aanzuigdruk bij de eerste trap van de inlaatleiding gelijk is aan de aanzuigtemperatuur en -vochtigheid. De eenheid is m³/min. De volumestroom wordt onderverdeeld in werkelijke volumestroom en standaardvolumestroom.
Doorgaans wordt bij monsters, selecties en machinetypeplaatjes de standaard volumestroom aangegeven. Afhankelijk van de branche, regio en toepassing, bestaan er in de persluchtmarkt twee definities van de standaard volumestroom, afhankelijk van de standaardtoestand (temperatuur, druk en componenten):
De standaardtoestand is een druk van P=101,325 kPa; een standaardtemperatuur van T=0 °C; en een relatieve luchtvochtigheid van 0%. Deze wordt vaak aangetroffen in industriële gassen, de chemische industrie of aanbestedingsdocumenten en wordt aangeduid als "standaardvierkant", meestal met het symbool "VN" en de eenheid Nm³/min.
De standaardtoestand is een druk P = 101,325 kPa; een standaardtemperatuur T = 20 °C; en een relatieve luchtvochtigheid van 0%. Deze toestand wordt doorgaans gebruikt in de normen van de persluchtindustrie en wordt aangeduid als "standaard werkomstandigheden". Het symbool is meestal "V" en de eenheid is m³/min.
In onze luchtcompressorindustrie wordt doorgaans de laatstgenoemde volumestroom gebruikt. De omrekening van de volumestroom tussen de twee toestanden kan worden berekend met de volgende formule:
V(m3/min)=1,0732VN(Nm3/min) Formule (7)
Voor de hoofdmotor van de schroefcompressor geldt, onder verder gelijke omstandigheden, dat hoe groter de afstand tussen de rotorcentra, hoe groter het volumestroomdebiet; en hoe hoger het toerental van de hoofdmotor, hoe groter het volumestroomdebiet.
VVolumestroom = qv hoofdcompressievolume motor × n kopsnelheid Formule (8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 Formule (9)
Waarbij Z1 het aantal tanden van de mannelijke rotor is; n de snelheid van de mannelijke rotor is; λ de aspectverhouding van de rotor is; en D de buitendiameter van de mannelijke rotor is.
Om economische redenen beperken we daarom meestal het aantal hoofdmotoren en kunnen we het uitlaatvolume van de luchtcompressor aanpassen door het toerental van de hoofdmotor te bepalen, zodat aan de marktvraag wordt voldaan.
De snelheid van de hoofdmotor van een schroefcompressor kan echter niet oneindig hoog zijn, maar ligt doorgaans tussen de 800 en 10.000 toeren per minuut. Daarom ontwikkelt de fabrikant van schroefcompressormotoren motoren met verschillende volumestroombereiken om aan de stroomvereisten van de schroefcompressor te voldoen.
Afhankelijk van het volumestroomdebiet van de perslucht kunnen luchtcompressoren doorgaans worden onderverdeeld in:
Microcompressor<1m3>10～<100 m3min; large compressor ≥100 min
De belangrijkste schroefcompressor is geschikt voor individuele machines met een capaciteit van 1 tot 100 m³/min. Deze compressor is het meest betrouwbaar en economisch en is tevens het meest verkochte model op de markt voor luchtcompressoren.
Hoe hoger de druk, hoe hoger het energieverbruik van de hoofdmotor; hoe groter het volumestroom, hoe hoger het energieverbruik van de hoofdmotor.
Hoe kleiner het specifieke vermogen van de hoofdmotor van de schroefcompressor, hoe lager het energieverbruik en hoe beter de prestaties van de hoofdmotor. Bij een constante luchtstroom geldt: hoe hoger de uitgangsdruk, hoe groter het asvermogen van de hoofdmotor en dus hoe groter het specifieke vermogen.
Elke schroefcompressor heeft een optimale specifieke vermogenswaarde, die samenhangt met het toerental van de motor. Bij een te laag toerental neemt de lekkage toe, daalt het gasvolume en stijgt de specifieke vermogenswaarde; bij een te hoog toerental neemt de wrijving toe, stijgt het asvermogen en stijgt de specifieke vermogenswaarde. Er moet echter een optimaal toerental zijn waarbij de specifieke vermogenswaarde het laagst is. Daarom is het niet per se correct om te stellen dat een grotere motor automatisch energiezuiniger is.
Bij het ontwerpen van schroefcompressoren en frequentiegestuurde compressoren moeten we, naast de kwaliteitsborging, ook rekening houden met de economische aspecten, standaardisatie en modulariteit van de hoofdmotor. Daarom gebruiken we de specifieke vermogenscurve van de hoofdmotor voor het ontwerpen en ontwikkelen van schroefcompressoren met verschillende drukken en debieten.
Geplaatst op: 11 september 2024
