Jaka jest poprawa wydajności jednostki głównej w dwuślimakowej sprężarce powietrza z mikroolejem w porównaniu z tradycyjną sprężarką dwuślimakową?

Definiowanie podstawowych technologii

Porównanie układu mikroolejowego z tradycyjnym rozpoczyna się od zrozumienia ich podstawowych zasad działania. Standard dwuślimakowa sprężarka powietrza działa w oparciu o sprawdzoną metodę wtryskiwania dużej objętości oleju do komory sprężania. Olej ten spełnia wiele kluczowych funkcji: działa jak chłodziwo pochłaniające ciepło sprężania, uszczelnia luzy między wirnikami oraz między wirnikami a obudową, aby zapobiec wewnętrznym wyciekom, oraz smaruje łożyska i przekładnie. Powstała mieszanina powietrza i oleju opuszcza następnie komorę sprężania i przechodzi wieloetapowy proces separacji w celu usunięcia większości oleju przed dostarczeniem sprężonego powietrza do układu. Dla kontrastu, A Dwuślimakowa sprężarka powietrza z mikroolejem został zaprojektowany w oparciu o filozofię minimalizacji zużycia oleju. Nadal wykorzystuje olej, ale wtryskiwana ilość jest precyzyjnie kontrolowana i znacznie zmniejszona. Podejście to wymaga zmian w profilach wirnika, technologii łożysk i strategiach chłodzenia, aby poradzić sobie ze zmniejszonymi efektami smarowania i uszczelnienia. Podstawową ideą jest dostarczenie wystarczającej ilości oleju do zapewnienia niezbędnego smarowania i uszczelnienia, zmniejszając w ten sposób straty energetyczne związane z przetwarzaniem dużej ilości oleju.

Rola oleju w tradycyjnej sprężarce dwuślimakowej

W konwencjonalnych sprężarkach dwuślimakowych zalewanych olejem lub smarowanych olej stanowi integralną część samego procesu sprężania. Objętość krążącego oleju może być wielokrotnie większa od objętości dostarczanego wolnego powietrza. Ta ogromna ilość jest wymagana, ponieważ olej jest głównym medium do usuwania ciepła. W miarę sprężania powietrza jego temperatura gwałtownie wzrasta, a olej wtryskiwany bezpośrednio do wirników pochłania to ciepło i odprowadza je do chłodnicy oleju. Zapobiega to osiągnięciu przez sprężone powietrze zbyt wysokich temperatur, które mogłyby uszkodzić urządzenia znajdujące się za nim lub samą sprężarkę. Co więcej, lepkość oleju pomaga w utworzeniu uszczelnienia hydraulicznego pomiędzy wirnikiem męskim i żeńskim. Uszczelnienie to ma kluczowe znaczenie dla utrzymania wydajności objętościowej; bez tego powietrze przepływałoby ze strony wysokiego ciśnienia z powrotem na stronę niskiego ciśnienia w kieszeniach wirnika, zmniejszając ilość powietrza skutecznie sprężanego na obrót. Olej tworzy również warstwę pomiędzy obracającymi się śrubami, zapobiegając kontaktowi metalu z metalem i zmniejszając zużycie. Chociaż jest to skuteczne, to duże uzależnienie od oleju powoduje nieodłączne straty energii związane z pompowaniem, oddzielaniem i chłodzeniem tak dużej objętości płynu.

Zmiana operacyjna w układzie mikro-olejowym

Konstrukcja układu mikrooleju stanowi celową zmianę sposobu wykorzystania oleju. Zamiast zalewać komorę sprężania, sprężarki te wykorzystują znacznie bardziej ukierunkowany układ wtrysku, często wykorzystując dysze, które rozpylają niewielką, obliczoną ilość oleju do komory. Celem nie jest użycie oleju jako głównego chłodziwa, ale zapewnienie wystarczającego smarowania wirników i minimalnego uszczelnienia w celu kontroli wycieków wewnętrznych. Aby zrekompensować zmniejszoną wydajność chłodzenia oleju, konstrukcje mikroolejów często wykorzystują inne metody chłodzenia. Może to obejmować bardziej wydajne chłodzenie powietrzem obudowy sprężarki lub zastosowanie chłodzonego cieczą płaszcza wokół elementu sprężającego. Same wirniki mogą mieć specjalistyczne powłoki, takie jak PTFE lub inne zaawansowane materiały, aby zmniejszyć tarcie i zużycie w środowisku o niższej zawartości oleju. Łożyska są często łożyskami wyższej jakości, uszczelnionymi na cały okres eksploatacji, których smarowanie nie jest uzależnione od krążącego oleju. To przeprojektowanie całego elementu sprężającego umożliwia niezawodne działanie układu przy użyciu ułamka tradycyjnie wymaganego oleju, co jest źródłem wzrostu wydajności.

Zmniejszenie zużycia energii w obiegu oleju

Jednym z najbardziej bezpośrednich obszarów poprawy wydajności dwuślimakowej sprężarki powietrza z mikroolejem jest redukcja pasożytniczych strat mocy związanych z cyrkulacją oleju. W tradycyjnym systemie do przemieszczenia dużej objętości oleju z separatora przez filtr do chłodnicy oleju, a następnie z powrotem do komory sprężania pod ciśnieniem wyższym niż końcowe ciśnienie powietrza, wymagana jest duża pompa olejowa. Moc wymagana do napędzania tej pompy stale pochłania całkowite zużycie energii przez system. Drastycznie zmniejszając objętość oleju, który należy przetoczyć, układ mikrooleju może wykorzystywać mniejszą, mniej wydajną pompę olejową. Przekłada się to bezpośrednio na niższy pobór prądu. Ponadto zmniejsza się również praca wymagana do przepchnięcia mieszaniny powietrza i oleju przez separator. Mniej oleju oznacza, że ​​mieszanina ma mniejszą gęstość i lepkość, co skutkuje niższym spadkiem ciśnienia w naczyniu separatora. Energia zaoszczędzona dzięki temu, że nie trzeba pokonywać spadku ciśnienia, przyczynia się do ogólnej poprawy wydajności jednostki głównej.

Niższe wewnętrzne różnice ciśnień

Wewnątrz komory sprężania sprężarki dwuśrubowej obecność dużej ilości oleju powoduje pewien opór dynamiczny płynu lub opór. Gdy wirniki się obracają, muszą poruszać nie tylko powietrze, ale także gęsty olej wypełniający przestrzenie międzypłatkowe i luzy. Ten opór wewnętrzny wymaga, aby silnik zużywał dodatkową moc, przekraczającą tę, która jest potrzebna do rzeczywistego sprężania gazu. W układzie mikroolejowym ten opór wewnętrzny jest znacznie niższy. Przy znacznie mniejszej ilości oleju w komorze sprężania, wirniki napotykają mniejszy opór lepkości. Oznacza to, że większa część mocy silnika jest kierowana na główne zadanie, jakim jest sprężanie powietrza, a mniej jest marnowane na ubijanie oleju. To zmniejszenie wewnętrznych strat mocy przyczynia się do wyższej wydajności adiabatycznej samego elementu sprężającego. Sprężarka może osiągnąć ten sam stosunek ciśnień przy mniejszym wejściowym momencie obrotowym, co stanowi zasadniczą poprawę jej parametrów mechanicznych i termodynamicznych.

Lepsze zarządzanie ciepłem i wydajność objętościowa

Choć może się to wydawać sprzeczne z intuicją, użycie mniejszej ilości oleju może prowadzić do lepszego zarządzania temperaturą w niektórych aspektach cyklu. W tradycyjnej sprężarce olej pochłania ciepło, ale ciepło to musi zostać następnie usunięte przez dużą chłodnicę oleju, która sama wymaga energii (dla wentylatorów lub pomp wody chłodzącej). Duża objętość oleju zajmuje również miejsce w kieszeniach wirnika, skutecznie zmniejszając objętość powietrza, która może zostać pochłonięta w każdym cyklu, co nieznacznie wpływa na wydajność objętościową. Układ mikrooleju z założenia pozwala na przetworzenie większej masy powietrza w stosunku do masy oleju. Ciepło jest zarządzane bardziej bezpośrednio, często przez obudowę sprężarki, co w niektórych konstrukcjach może stanowić bardziej efektywną ścieżkę odprowadzania ciepła. Zmniejszona objętość oleju oznacza mniej miejsca zajmowanego przez nieściśliwy płyn w komorze sprężania. Dzięki temu wirniki mogą zatrzymać nieco większą objętość powietrza na obrót, co prowadzi do marginalnego, ale mierzalnego wzrostu wydajności objętościowej. Większa ilość powietrza dostarczana na jednostkę mocy wejściowej oznacza lepszą wydajność mocy właściwej.

Implikacje dla mocy właściwej (kW/100 cfm)

Kulminacją tych indywidualnych ulepszeń jest odzwierciedlenie w kluczowym mierniku branżowym, jakim jest moc właściwa, zwykle wyrażana w kilowatach na 100 stóp sześciennych na minutę (kW/100 cfm). Liczba ta przedstawia ilość energii elektrycznej wymaganej do wytworzenia danego przepływu sprężonego powietrza pod określonym ciśnieniem. Ze względu na połączone skutki niższej mocy pompy olejowej, zmniejszonego oporu wewnętrznego i nieznacznie lepszej wydajności objętościowej, dwuślimakowa sprężarka powietrza z mikroolejem będzie generalnie wykazywać niższą moc właściwą niż porównywalny model tradycyjny. Na przykład, gdy tradycyjna sprężarka może mieć moc właściwą 18 kW/100 cfm, wersja z mikroolejem o tej samej wydajności może osiągnąć 17 kW/100 cfm lub mniej. Ta różnica, choć pozornie niewielka w przeliczeniu na jednostkę, kumuluje się w znaczne oszczędności kosztów energii w całym okresie eksploatacji sprężarki, szczególnie w zastosowaniach o dużej liczbie godzin pracy. To zmniejszenie mocy właściwej jest najbardziej bezpośrednią i wymierną demonstracją poprawy wydajności jednostki głównej.

Synergia projektowania i sterowania

Korzyści w zakresie wydajności wynikające z konstrukcji mikrooleju są często wzmacniane w połączeniu z nowoczesnymi strategiami sterowania, w szczególności napędami o zmiennej prędkości (VSD). Przetwornica częstotliwości umożliwia dokładne dopasowanie prędkości obrotowej silnika i wydajności sprężarki do zmieniającego się zapotrzebowania instalacji, unikając strat energii związanych z pracą przy pełnym obciążeniu, a następnie odpowietrzaniem lub pracą na biegu jałowym. Właściwa wydajność elementu sprężającego mikroolej zapewnia lepszą podstawę, na której może działać przetwornica częstotliwości. Gdy zapotrzebowanie jest niskie, przetwornica częstotliwości spowalnia sprężarkę. W maszynie z mikroolejem zmniejszona cyrkulacja oleju i niższy opór wewnętrzny występują przy wszystkich prędkościach, co oznacza, że ​​przewaga wydajności jest utrzymywana w całym zakresie roboczym, a nie tylko przy pełnym obciążeniu. Ta synergia między wydajną konstrukcją rdzenia a inteligentnym systemem sterowania pozwala na oszczędności energii wykraczające poza to, co mogłaby osiągnąć każda technologia samodzielnie, szczególnie w scenariuszach częściowego obciążenia, które są powszechne w większości zastosowań przemysłowych.