Stlačování plynu je proces spotřebovávání vnější energie za účelem získání tlakové energie plynu a kompresor je tvůrcem stlačeného plynu. Základní výkon šroubového kompresoru je proto neoddělitelně od těchto čtyř aspektů: tlaku, průtoku, výkonu a měrného výkonu.
Základní výkon šroubového kompresoru – tlak
Získání tlakové potenciální energie stlačeného vzduchu je nejzákladnější funkcí vzduchového kompresoru a šroubový kompresor není výjimkou. Šroubový kompresor zvyšuje tlak vzduchu spotřebou externí energie. Čím vyšší je tlak, tím více energie se spotřebovává a tím vyšší jsou požadavky na šroubový kompresor. Obvykle dělíme vzduchové kompresory do čtyř kategorií podle výstupního tlaku:
Nízký tlak: 0,2~1,0 MPa Střední tlak: 1,0~10 MPa Vysoký tlak: 10~100 MPa Ultravysoký tlak: nad 100 MPa
Šroubový vzduchový kompresor má obvykle výstupní tlak 0,2~4,0 MPa, což znamená, že jeho výkon, proveditelnost a hospodárnost jsou v tomto rozsahu lepší. To je dáno konstrukcí a pracovním režimem vzduchového bloku kompresoru a je to také tlakový segment s největší poptávkou na trhu.
Tlak stlačeného vzduchu dodávaný vzduchovým kompresorem se měří hlavně tlakovým poměrem, což je poměr výstupního tlaku Pd k sacímu tlaku Ps. Čím vyšší je poměr, tím vyšší je výstupní tlak. ε=Pd/Ps Vzorec (6)
U hlavního motoru šroubového vzduchového kompresoru existuje vnitřní tlakový poměr a vnější tlakový poměr.
Poměr vnitřního tlaku: poměr tlaku v mezizubovém objemu hlavního motoru k sacímu tlaku, který je určen polohou a tvarem sacích a výfukových otvorů;
Poměr vnějšího tlaku: poměr tlaku ve výfukovém potrubí k sacímu tlaku. Sací a výfukový tlak potřebný pro provozní podmínky nebo procesní tok.
Pokud je poměr vnitřních tlaků ≠ poměr vnějších tlaků, hlavní motor spotřebuje více energie; pokud je poměr vnitřních tlaků = poměr vnějších tlaků, je hlavní motor v nejlepším stavu.
U hlavního motoru šroubového vzduchového kompresoru platí, že pokud jsou hlavní motor, okolní teplota, sací tlak, otáčky hlavního motoru a další faktory stejné, čím vyšší je výstupní tlak, tím vyšší je spotřeba energie.
Základní výkon vzduchového bloku šroubového kompresoru – průtok
Průtok se obvykle skládá z hmotnostního průtoku a objemového průtoku. V průmyslových specifikacích a normách pro systémy komprese vzduchu se jako metoda měření průtoku obvykle používá objemový průtok, který se v naší zemi také nazývá objem výfukových plynů nebo průtok na jmenovitém štítku: při požadovaném tlaku výfukových plynů se objem plynu vypouštěného vzduchovým kompresorem za jednotku času přepočítává na stav nasávaného plynu, tj. na objemovou hodnotu sacího tlaku v sacím potrubí prvního stupně a na teplotu a vlhkost nasávaného plynu. Jednotkou je m3/min. Objemový průtok se dělí na skutečný objemový průtok a standardní objemový průtok.
Vzorky, výběry a typové štítky strojů obvykle používají standardní objemový průtok. V závislosti na odvětví, regionu a použití má standardní objemový průtok na trhu stlačeného vzduchu dvě definice podle rozdílu ve standardním stavu (teplota, tlak a složky):
Standardní stav je tlak P = 101,325 kPa; standardní teplota T = 0 °C; relativní vlhkost je 0 %. Často se s ním setkáváme v průmyslových plynech, chemickém průmyslu nebo nabídkových dokumentech, označovaných jako „standardní čtverec“, obvykle se symbolem „VN“ a jednotkou Nm3/min.
Standardní stav je tlak P = 101,325 kPa; standardní teplota T = 20 °C; relativní vlhkost je 0 %. Obvykle se používá v normách pro průmysl stlačeného vzduchu a nazývá se „standardní pracovní podmínky“. Symbol je obvykle „V“ a jednotka je m3/min.
Standardní objemový průtok používaný v našem průmyslu vzduchových kompresorů je obvykle ten druhý. Přepočet objemového průtoku za obou stavů lze vypočítat pomocí vzorce:
V(m3/min)=1,0732VN(Nm3/min) Vzorec (7)
U hlavního motoru šroubového vzduchového kompresoru platí za stejných ostatních podmínek, že čím větší je osová vzdálenost rotoru, tím větší je jeho objemový průtok; čím vyšší jsou otáčky hlavního motoru, tím větší je jeho objemový průtok.
VObjemový průtok = qv objem komprese hlavního motoru × n rychlost hlavy Vzorec (8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 Vzorec (9)
Kde Z1 – počet zubů vnitřního rotoru; n – otáčky vnitřního rotoru; λ – poměr stran rotoru; D – vnější průměr vnitřního rotoru.
Proto z důvodu úspory obvykle snižujeme počet typů hlavních motorů a můžeme upravit objem výfukových plynů vzduchového kompresoru určením otáček hlavního motoru tak, abychom uspokojili poptávku na trhu.
Otáčky hlavního motoru šroubového kompresoru však nemohou být nekonečně vysoké, obvykle mezi 800 a 10 000 ot/min. Proto výrobce hlavních šroubových motorů vyvíjí hlavní motory s různými rozsahy objemového průtoku, aby splňovaly požadavky na průtok šroubového kompresoru.
Podle různého objemového průtoku stlačeného vzduchu lze vzduchové kompresory obvykle rozdělit na:
Mikrokompresor<1m3>10～<100 m3min; large compressor ≥100 min
Hlavní šroubový vzduchový kompresor je vhodný pro jeden stroj s výkonem 1～100 m3/min, což je nejspolehlivější a nejúspornější model a zároveň hlavní model na trhu se vzduchovými kompresory.
Čím vyšší tlak, tím vyšší je spotřeba energie hlavního motoru; čím větší je objemový průtok, tím vyšší je spotřeba energie hlavního motoru.
Čím menší je specifický výkon hlavního motoru šroubového kompresoru, tím nižší je jeho spotřeba energie a tím lepší je výkon hlavního motoru. Za podmínek konstantního průtoku platí, že čím vyšší je výstupní tlak, tím větší je výkon na hřídeli hlavního motoru, a tím větší je jeho specifický výkon.
Každý hlavní motor šroubového vzduchového kompresoru má optimální měrný výkon, který souvisí s otáčkami hlavního motoru. Když jsou otáčky hlavního motoru příliš nízké, zvyšuje se únik, snižuje se objem plynu a zvyšuje se měrný výkon; když jsou otáčky hlavního motoru příliš vysoké, zvyšuje se tření, zvyšuje se výkon na hřídeli a zvyšuje se měrný výkon. Musí však existovat optimální otáčky, při kterých je měrný výkon nejnižší. Proto není nutně správné říci, že čím větší je hlavní motor, tím je energeticky úspornější.
Při návrhu šroubových vzduchových kompresorů a vzduchových kompresorů s proměnnou frekvencí musíme při zajištění kvality zohlednit také hospodárnost, standardizaci a modularitu hlavního motoru. Proto budeme k návrhu a vývoji šroubových vzduchových kompresorů s různými tlaky a průtoky používat křivku specifických hodnot výkonu hlavního motoru.
Čas zveřejnění: 11. září 2024
