Het comprimeren van gas is een proces waarbij externe energie wordt verbruikt om gas drukpotentiële energie te laten verkrijgen. 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 functie van luchtcompressoren, en schroefcompressoren vormen daarop geen uitzondering. De hoofdmotor 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 hoofdmotor. We delen luchtcompressoren doorgaans in vier categorieën in 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
Schroefcompressoren hebben doorgaans een uitgangsdruk van 0,2 tot 4,0 MPa. Dit betekent dat hun prestaties, haalbaarheid en economische voordelen binnen dit bereik liggen. Dit wordt bepaald door de structuur en werking van het persluchtgedeelte van de compressor, en het 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 aanzuigdruk 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
Debiet bestaat doorgaans uit massastroom en volumestroom. In de industriële specificaties en normen voor luchtcompressorsystemen gebruiken we meestal volumestroom als meetmethode. Dit wordt in mijn land ook wel uitlaatvolume of nominaal debiet 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. Het volumestroomdebiet wordt onderverdeeld in werkelijk volumestroomdebiet en standaard volumestroomdebiet.
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℃; en een relatieve luchtvochtigheid van 0%. Deze waarde wordt vaak aangetroffen in industriële gassen, de chemische industrie of aanbestedingsdocumenten en wordt aangeduid als "standaardvierkant", meestal met het formulesymbool "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.
V volumestroom = 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.
Specifiek vermogen en berekening van de luchtcompressorkop van een schroefcompressor
Het asvermogen dat wordt verbruikt door de volumestroom per tijdseenheid wanneer het persluchtgedeelte van de compressor in werking is. De eenheid van specifiek vermogen is: kW/(m³/min).
De berekeningsformule is als volgt:
SER luchteinde = Pd luchteinde/qv Formule (10)
Pd luchtuiteinde – asvermogen van het luchtuiteinde;
qv – luchtvolumestroom per tijdseenheid
De specifieke vermogenswaarde is:
SER luchteinde = 117/23,1 = 5,065 (kW/(m3/min))
Hoe kleiner de specifieke vermogenswaarde van de schroefcompressorcompressor, hoe lager het energieverbruik en hoe beter de prestaties van de compressor. Bij een constante luchtstroom geldt: hoe hoger de uitgangsdruk, hoe groter het asvermogen van de compressor en dus hoe hoger de specifieke vermogenswaarde.
Elke schroefcompressor heeft een optimale specifieke vermogenswaarde, die samenhangt met het toerental van de hoofdmotor. Bij een te laag toerental van de hoofdmotor neemt de lekkage toe, daalt het gasvolume en stijgt de specifieke vermogenswaarde; bij een te hoog toerental van de hoofdmotor 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 groter toerental van de hoofdmotor automatisch energiezuiniger is.
Bij het ontwerpen van schroefcompressoren en frequentiegestuurde compressoren moeten we de kwaliteit waarborgen en tegelijkertijd rekening houden met de economische aspecten, standaardisatie en modulariteit van de hoofdmotor. Daarom gebruiken we de specifieke vermogenscurve van de hoofdmotor om schroefcompressoren met verschillende drukken en debieten te ontwerpen en te ontwikkelen.
Geplaatst op: 17 juli 2024
