【壓縮機(jī)網(wǎng)】“我認(rèn)為我的空氣壓縮機(jī)并沒有制造出期望質(zhì)量的空氣，尤其是三號空氣壓縮機(jī)。”

 

　　這就是阿肯色州一家工廠的維護(hù)經(jīng)理在他辦公室里對我們說的話。我們當(dāng)時花了整個上午在他的壓縮空氣系統(tǒng)上安裝數(shù)據(jù)記錄設(shè)備。

 

　　那時是初夏，空氣壓縮機(jī)位于生產(chǎn)車間的夾層樓上，室外和室內(nèi)的溫度都在升高。壓縮空氣系統(tǒng)由三臺500匹馬力的離心式空氣壓縮機(jī)和一臺350匹馬力的無油變頻單螺桿空氣壓縮機(jī)組成。

　　圖文無關(guān)

 

　　空氣壓縮機(jī)的所有進(jìn)氣口都在內(nèi)部，因此夾層中的環(huán)境空氣（而非外部空氣）被壓縮了。理論上正常的操作是對兩個離心壓縮機(jī)進(jìn)行基本負(fù)載，使其中一個處于待機(jī)狀態(tài)，然后單螺桿變頻壓縮機(jī)作為備用。但是通常所有四個空氣壓縮機(jī)都必須運(yùn)行才能滿足工廠的需求，這樣一來壓縮空氣系統(tǒng)就沒有備用設(shè)備。

 

　　那天早上，在安裝電子監(jiān)測設(shè)備和變壓器/質(zhì)量流量計時，我們注意到夾層樓的溫度很高。安裝完設(shè)備后，我們在午餐時間休息了一下，然后回到工廠，與工廠工作人員會面，討論問題，并檢查了我們的設(shè)備，以確保出發(fā)前一切正常。在對測量設(shè)備進(jìn)行檢查時，還應(yīng)在每個空氣壓縮機(jī)的入口處讀取環(huán)境溫度。這天阿肯色州的氣溫超過32℃，非常適合檢查空氣壓縮機(jī)入口處的溫度如何。

 

　　事實(shí)證明，入口處溫度非常高！

 

　　如一開始時提到的，把兩個離心壓縮機(jī)（3號和4號壓縮機(jī)）和變頻單螺桿壓縮機(jī)（1號壓縮機(jī)）一起放置在了生產(chǎn)車間正上方夾層結(jié)構(gòu)的一端。第三臺離心式空氣壓縮機(jī)（4號壓縮機(jī)）放置在維修車間上方一個單獨(dú)的房間中，與其他三臺壓縮機(jī)處于同一水平高度，但該房間的溫度稍微低一些。入口環(huán)境溫度記錄如下：

 

　　1號壓縮機(jī)：43.9℃；

 

　　2號壓縮機(jī)：43.3℃；

 

　　3號壓縮機(jī)：48.3℃；

 

　　4號壓縮機(jī)：41.7℃。

 

　　顯然，環(huán)境溫度對空氣壓縮機(jī)的性能產(chǎn)生了巨大影響，這成為審核報告的重點(diǎn)之一。評價空氣壓縮機(jī)性能的另一個因素是工作壓力。最初的規(guī)格要求排氣壓力為758.4kPa，然而設(shè)備的壓力保持在813.6kPa，這對空氣壓縮機(jī)的輸出也有不利影響。

 

　　理論上兩個離心壓縮機(jī)將在大部分時間內(nèi)提供所有所需的空氣，而單螺桿壓縮機(jī)會在需求最高的時期偶爾開始運(yùn)行（順便說一下，這是一種最佳應(yīng)用的設(shè)計）。

 

　　然而當(dāng)外面很熱時，事實(shí)證明單螺桿式壓縮機(jī)幾乎一直都需要運(yùn)轉(zhuǎn)，而且通常第三臺離心機(jī)也要運(yùn)轉(zhuǎn)。所以我們開始研究該系統(tǒng)正在使用的空氣量以及空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況。

 

　　那么，由于環(huán)境溫度高和排氣壓力升高，空氣壓縮機(jī)的性能下降了多少？

　　圖1中的曲線顯示了在35℃入口溫度和758.4kPa的排氣壓力下空氣壓縮機(jī)的性能：

 

　　四個曲線分別表示不同葉片進(jìn)口導(dǎo)向角度下的工作曲線。紅色曲線是入口閥100％打開（0度和不節(jié)流）時的流量曲線。在此條件下，空氣壓縮機(jī)的額定最大流量為65.5m3/min。這是用于初步確定空氣壓縮機(jī)尺寸并計算其負(fù)載的曲線。

　　圖2顯示了同一空氣壓縮機(jī)在48.3℃入口溫度和758.4kPa排氣壓力下的曲線：

 

　　注意到曲線全部向左移動（給定壓力下流量減少）。在758.4kPa的壓力下，最大流量已從65.5m3/min降低到了59.2m3/min，損失了近10％。

 

　　但是廠家正在以高于758.4kPa的壓力運(yùn)行空氣壓縮機(jī)。圖3是針對實(shí)際排氣壓力為813.6kPa而調(diào)整后的曲線。

　　如圖所示，流量已減少至57.4m3/min，比設(shè)定值損失近8.5m3/min。同樣糟糕的是，喘振壓力上升，工作壓力與喘振壓力之間的壓力差已從原來的193kPa降低到68.9kPa。這使空氣壓縮機(jī)幾乎沒有任何調(diào)低的余地（調(diào)低率是離心空氣壓縮機(jī)可以通過進(jìn)氣閥門節(jié)流實(shí)現(xiàn)的部分負(fù)荷運(yùn)行的百分比）。這給操作壓縮空氣系統(tǒng)帶來了進(jìn)一步的困難。

 

　　驅(qū)動電機(jī)保護(hù)—另一個影響性能的因素

 

　　離心空氣壓縮機(jī)具有保護(hù)驅(qū)動電機(jī)的安全功能。隨著線圈繞組溫度的升高，電動機(jī)的電流將下降。如果環(huán)境溫度超過電動機(jī)銘牌的電流溫度額定值，則控制器將限制最大進(jìn)氣的導(dǎo)葉位置，以防止電動機(jī)過載。這進(jìn)一步降低了最大流量，還使得工作壓力上升到喘振。

 

　　收集并分析數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)實(shí)際上3號空壓機(jī)的控制方式為啟?？刂?，從啟動點(diǎn)到停機(jī)點(diǎn)僅上升了20.7kPa。3號空氣壓縮機(jī)大部分時間是在空載條件下記錄，而2號和4號空氣壓縮機(jī)在滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下將單螺桿壓縮機(jī)作為備用。

 

　　那么為什么不將3號空壓機(jī)在運(yùn)行了最短的空載載時間后就卸載并關(guān)閉呢？

 

　　問題的部分原因在于保護(hù)電動機(jī)的內(nèi)置安全功能。在這種情況下，安全功能使得它只能運(yùn)行最少的時間，大型電動機(jī)的大部分磨損發(fā)生在啟動期間。在電動機(jī)關(guān)閉之前，由涌入電流產(chǎn)生的熱量需要耗散直到電動機(jī)的溫度達(dá)到正常工作的溫度水平。電機(jī)一旦關(guān)閉，就需要進(jìn)一步冷卻，使得下次啟動時不會出現(xiàn)溫度峰值。

 

　　在這種情況下，由于較高的環(huán)境溫度，3號空壓機(jī)需要在空載狀態(tài)下運(yùn)行更長的時間。在“冷卻”狀態(tài)下空載運(yùn)行時，壓力略有下降會導(dǎo)致其負(fù)載增加。系統(tǒng)流量突然變?yōu)?6m3/min時，會立即導(dǎo)致壓力升高超過20.7kPa，此時3號空壓機(jī)將卸載。這將使得壓縮機(jī)在空載狀態(tài)下運(yùn)行更長時間。

 

　　這樣的事件經(jīng)常發(fā)生，以至于空氣壓縮機(jī)幾乎沒有機(jī)會關(guān)機(jī)，總是在空載狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)機(jī)組確實(shí)要關(guān)閉時，一旦發(fā)生工廠壓力的另一次小幅下降，它將在短時間內(nèi)重啟。

 

　　改善空氣壓縮機(jī)性能的糾正措施

 

　　顯然，在這種情況下，最有效的措施是降低壓縮機(jī)進(jìn)口處的溫度。還必須降低電機(jī)的溫度，以提高電機(jī)的可靠性并進(jìn)一步提高性能。另一建議是將空氣壓縮機(jī)的排氣壓力降低到生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行所需的最低壓力。

 

　　第一個建議是在廠區(qū)外部安裝空氣進(jìn)氣口，然后將外部空氣直接輸送到空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣口過濾器。盡管阿肯色州的夏季溫度經(jīng)常超過32℃，但此溫度遠(yuǎn)低于上述測量到的43.3℃的進(jìn)口溫度，這樣做將使空氣壓縮機(jī)的輸出能力提高10％。

 

　　下一個建議是通過增加空氣壓縮機(jī)區(qū)域的通風(fēng)量來降低該區(qū)域的溫度。由于增加壓縮機(jī)區(qū)域的空調(diào)管道不是一個可行的選擇，所以建議使用強(qiáng)制通風(fēng)措施從廠區(qū)外部增加壓縮機(jī)區(qū)域內(nèi)的通風(fēng)量，從而達(dá)到降溫的目的。

 

　　適當(dāng)增加壓縮機(jī)區(qū)域內(nèi)的空氣流通量可以將電機(jī)周圍的溫度降低9至12℃，從而降低電機(jī)的工作溫度，并使得控制器的進(jìn)氣無法節(jié)流以保護(hù)驅(qū)動電機(jī)。這將使流量增加幾個百分點(diǎn)，從而使空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行更接近理論流量曲線。它還將產(chǎn)生更大的壓升，使設(shè)備在卸載前有更好的調(diào)節(jié)能力。

 

　　不要忽略環(huán)境溫度

 

　　該案例研究說明了進(jìn)氣溫度和環(huán)境溫度對離心空氣壓縮機(jī)性能的關(guān)鍵程度。在設(shè)計壓縮空氣系統(tǒng)時，不僅需要了解生產(chǎn)設(shè)備的壓力和流量要求，還需要了解設(shè)備運(yùn)行的條件。用戶、系統(tǒng)設(shè)計師和設(shè)備供應(yīng)商之間的溝通對于確保系統(tǒng)正常運(yùn)行至關(guān)重要。

 

　　最終目標(biāo)始終是設(shè)計、安裝和運(yùn)行壓縮空氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)滿足用戶的流量和壓力要求，方便后期維護(hù)或更換，并最大程度地提高可靠性。設(shè)計這樣的系統(tǒng)時，環(huán)境溫度通常被忽略但至關(guān)重要。

 

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