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电动螺杆空气压缩机四大系统流程解析
时间:2018-11-1 10:31:42      

压缩机是一种提升气体压力的的机械。压缩机有许多结构型式,螺杆压缩机是当代最流行的结构型式。与传统的活塞压缩机相比,螺杆压缩机最突出的优点是可靠性高,此外无振动,噪音易消除,排气纯净。

螺杆压缩机的核心部件是机头

机头主要由转子、汽缸、轴承座、轴承和轴封组成。

机头工作时需要输入动力,需要润滑、冷却,因此机头必须安装在系统中才能工作。

螺杆压缩机系统主要由以下零部件构成:

● 动力系统:机头、电机、传动部件

● 三阀:进气控制阀、最小压力阀、温控阀

● 三滤:进气过滤器、油过滤器、油分芯

● 油气分离罐

● 冷却系统:冷却器、冷却风扇

● 管路部件,其中含气体管路部件、油管路部件、回油管、控制管路部件

此外还有:

● 控制系统,其中含主控器、启动盘、压力传感器、温度传感器、

放空电磁阀、加载电磁阀

一、空气流程

1、气体由空气滤清器滤除尘埃之后,经由进气阀进入机头被压缩,并于润滑油混和。与油混和的压缩空气排至油气分离桶,再经油气分离器、压力维持阀及后冷却器之后进入用气管网。

2、气路各主要元件功能说明

A、空气滤清器

空气滤清器通常为一干式纸质过滤器,过滤纸细孔径约5微米左右,主要功能是滤除空气中的尘埃,避免螺杆转子过早磨损,避免油过滤器和油气分离滤芯过早堵塞,工作环境较好时每工作500小时,应该取下清除表面灰尘,清除的方法是使用低压空气将灰尘由内向外吹除。在使用环境比较差的环境下,要求每班次清理空滤芯,特别差的环境,要求加装二级过滤,空滤过滤效果好坏,对主机的寿命及油品的寿命影响是最大的。

B、进气阀

常用的进气阀有旋转碟片结构和往复阀板机构,利用碟片或阀板开启或关闭进气口,控制进入机头的气流。有两种控制方式:一种是开关方式,当储气罐压力达到高限设定值,关闭进气口,当压力降到低限设定值,重新打开进气口。另一种容调方式,当储气罐达到一定压力时,旋转碟片在比例阀的控制下微闭进气口,当储气罐压力进一步增大时,进气口进一步缩小,当储气罐压力略有减少时,进气口将有所加大,使压力稳定在一定范围。当压力未达到容调压力,进气阀碟片全开,进气口完全打开。

进气阀一般为常闭阀,防止启动时大量气体进入机头,加大电机启动电流。

进气阀上有一个进气旁通阀,用来防止机器启动和空载时,机头内形成高度真空,影响润滑油的雾化。

C、机头

空气是在机头内被压缩的。机头在驱动机带动下不断吸入气体,然后通过转子旋转缩小气体腔的容积,使气体压力提高,在气体被压缩的过程中,温度不断提高,喷入机头的润滑油呈雾态与空气混和,起到冷却作用,把温度限定在许可范围内。润滑油还有润滑和密封作用,润滑油在机头内部的各个间隙部位形成油膜密封。机头排出的气体是油气混和物。

D、油气桶

油气桶有油气分离和储油两种功能。压缩后的油气混合物排至油气桶,在油气桶内通过碰撞、转折等分理出大部分润滑油;油气桶外面装有油位计、有加油孔。静态势时润滑油的油位应该在油位计上下限之间。油气桶下方装有含油排水阀。应该在每次冷启动前略微打开该阀,以便排除油气桶内的冷凝水(因为水比油重,静止一段时间后水会沉淀在最下部),一旦有油流出,迅速关闭。由于油气桶的流道很大,其内部气流流速很低,有利于油滴分离,起到粗分离油和空气的作用。绝大多数润滑油是在进入油气分离滤芯前分离下来的。对于在机组使用在空气湿度较大地区必须每天进行排水,防止油品变质,及轴承生锈。

E、油气分离器

油气分离器滤芯采用多层细密的特种纤维制成,压缩空气中残存的细小雾状油粒在油气分离滤芯中被凝聚成大油滴,在重力作用下淌到油气分离滤芯底部的集油池。通过油气分离滤芯后,压缩空气中的润滑油几乎被完全滤除,残余油粒直径小于0.1微米,气体含油量小于3PPM。

F、安全阀

当油气桶内压力比额定压力高出1.1倍时,安全阀会自动跳起泄压,,使压力降到额定排气压力以下。检查安全阀的方法是在压缩机满载工作时,轻轻打开阀掰,若安全阀能向外排气,就视为正常。安全阀向外排气时会带出高温油雾,应注意安全。

G、最小压力阀

最小压力阀又称为压力维持阀,位于油气分离器上方出口处,开启压力设为0.45MPa左右。最小压力阀有以下作用:

a、启动时迅速建立润滑所必须的循环压力,确保机器不被磨损。

b、控制通过油气分离滤芯的气体流速,防止高速气流破坏油气分离效果,将润滑油带出系统。避免造成油气分离滤芯两侧压差太大伤害滤材。

c、止回功能,当机器停止工作或进入空载状态时,油气桶内压力下降,最小压力阀可以防止储气罐气体回流到油气桶。

H、后冷却器

压缩空气通过最小压力阀进入后冷却器。对于风冷压缩机,后冷却器与油冷却器制成一体,一般为板翅式,有风扇将空气吹过冷却器板翅,把压缩空气的热量带走。冷却后的压缩空气一般比环境温度高10~15℃,冷却后的压缩空气含有大量水份,其中大部分可以在储气罐内分离出来。

二、润滑油流程

1、由于油气桶内的压力比机头进气腔高,润滑油在压差驱动下经过温控阀、油冷却器和油过滤器,然后分成两路进入机头,一路直接喷入压缩腔,另一路经过轴承组后再进入压缩腔,在压缩腔内与空气混和后排入油气桶。绝大部分油经过粗分离后沉淀在油气桶下部,少量油雾经过油气分离滤芯后沉积在滤芯底部,然后被回油管引入机头进气腔。

2、润滑油在机头内除润滑作用外,还起冷却和密封作用。润滑油热容量比较大,每升高一度所需热量远远大于空气。驱动机输入到机头的能量都将转化为热量,为了控制温升,向机头内喷入润滑油,用润滑油吸收大部分热量。润滑油在机头内呈雾态分布,与空气的接触面积很大,所以换热十分迅速完善。转子之间,转子与机头之间有较长的间隙,通过间隙的泄漏不但减少流量,还会导致高温、高耗能和高噪音。润滑油在相对运动零件之间形成的油膜具有优良的密封作用,可以有效的防止高压气体向低压侧的渗漏。

3、油路各主要元件功能说明

A、温控阀

温控阀主要是通过控制喷入机头的润滑油温度达到控制机头排气温度的。机头排气温度过低,水份会在油气桶内析出,造成润滑油乳化。冷机启动时温控阀迫使润滑油不经过油冷却器直接进入机头。当油温上升到70℃以上,温控阀逐渐打开通油冷却器的通道,让一部分润滑油经过油冷却器,再与热油混和后进入机头。当油温上升到76℃时,温控阀完全打开通油冷却器的通道,此时润滑油全部经过油冷却器冷却后再喷入机头。

由于进入温控阀的润滑油未经过滤,温控阀内部通道较复杂,易于引起污物淤积,长期使用后温控阀故障率较高,常引发机器高温保护。此外温控阀完全打开通油冷却器的通道后,无法完全切断热油直接进入机头的通道,进入机头的润滑油温度始终高于油冷却器出口温度,造成冷却效率低。所以一些近代机型不设温控阀,通过控制风扇电机的启停来控制油温,当机头排气温度上升到90℃时,风扇开始运转,如果温度低于70℃,风扇停止运转,把温度保持在一定范围内。

可通过检查与温控阀连接的四根油管,可以判断温控阀的工作是否正常,四根油管分别为:油分桶至温控阀,温控阀至油冷却器,油冷却器至温控阀,温控阀至油过滤器;正常温度分别为:高,高,低,略高。

B、油冷却器

风冷螺杆压缩机油冷却器一般与后冷却器做成一体,为铝制板翅式结构,在真空炉内钎焊成型。水冷螺杆压缩机一般采用管壳式换热器,润滑油在管外流动,水在管内流动。水质对水冷换热器的工作状态和寿命影响很大。受水资源影响,水冷螺杆压缩机需求量远远低于风冷螺杆压缩机。但是某些场所必须使用水冷螺杆压缩机,如粉尘严重的场合;有易熔性尘埃的场合,如喷涂车间;对噪音特别敏感的场合。

C、油过滤器

油过滤器是一种纸质过滤器,过滤精度在10微米~15微米之间。其功能是除去油中的金属微利、灰尘、氧化物、胶质等保护轴承及转子正常润滑。油过滤器堵塞会导致机头供油不畅,影响轴承寿命,引起排气高温,造成局部积碳。

D、回油管路

为避免被分离的油随压缩空气进入管网系统,油气分离滤芯中凝聚的润滑油必须及时通过回油管引到机头进气腔。为防止停机时机头中的油气通过回油管返流,回油管路中安装有单向阀。单向阀上有节流小孔,防止大量压缩空气跟随润滑油通过回油管路从油气罐进入机头进气腔。节流小孔通径一般为0.5~1毫米,对污物十分敏感,一旦堵塞,会引起排气大量含油。一旦发现排气含油异常,首先应该检查回油管温度,如果油管温度接近常温,就表明回油管堵塞。

三、控制系统

1、控制系统的作用是:

A、自动调节压缩机排气量,使储气罐的压力保持在设定范围内。

B、在电脑调温系统中,自动停止和启动风扇电机,使机头排气温度保持在设定范围内。

C、在发生超温,超压,过电流等情况下报警或停机。

D、在开机和停机时按设定时序启闭各电器元件。

2、控制系统由检测元件,分析元件、执行元件和人机界面构成。检测元件有温度传感器(或温度开关)、压力变送器(或压力开关)、压差开关等;分析元件主要是PLC(电脑板);执行元件有加载电磁阀、放空电磁阀,接触器;人机界面主要是液晶显示器、按键和信号灯。

3、系统各主要元件

A、加载电磁阀

加载电磁阀为两位三通常闭电磁阀,通径一般在1.5左右。它在PLC的指令下控制油气桶至进气阀执行汽缸的管路的通断。加载电磁阀得电时,允许油气桶内的压缩空气进入进气阀执行汽缸,将进气口打开。加载电磁阀失电时,切断油气桶至进气阀执行汽缸的通道,并放空执行汽缸内的存气,将进气口关闭。

B、放空电磁阀

放空电磁阀是一个两位两通常开电磁阀,其通径必须与进气旁通阀的通径相适应。放空电磁阀通径和进气旁通阀的通径应能够保证压缩机空载时,油气桶内压力在0.2MPa左右。压缩机卸载时和停车时,放空电磁阀失电,将油气罐内气体释放到进气滤清器。

C、反比例阀

又称容调阀,该阀在超过设定压力时才起作用。此时反比例阀随储气罐压力的进一步升高而降低输出压力,减小进气阀的开度,使机器排气量随储气罐压力的提高而减少。实现连续调节气量的功能。

D、传感器

压缩机一般装有温度传感器和压力变送器,它们输出5~20mA电流给PLC,PLC将电流转化成相应的温度值和压力值。有时用温度开代替温度传感器、用压力开关代替压力变送器。

E、PLC

PLC是一个分析计算元件,俗称电脑板或主控器。PLC具有输入、输出、计算、存储功能。可以接收开关信号和模拟信号的输入。可以将模拟信号转化为数字信号。可以将输入信号与设定值比较,根据比较结果选择必要的操作。PLC接收来自按键的输入,并将检测到的信号和分析结果通过液晶屏显示。PLC有通讯功能,可以实现多台压缩机联控、遥控和数据远传。PLC可以与变频器联机对压缩机电机施行变频调速。

PLC功能的详细介绍见附录:

《MAM-100型空压机控制器说明书》

《联动控制说明》

《螺杆机INTERNET网络远程监控系统说明》

《电脑网络监控系统计算机部分软件部分说明》

四、传动系统

根据传动方式的不同,螺杆压缩机分为直联压缩机,皮带传动压缩机和齿轮传动压缩机。

传动方式对螺杆压缩机的耗能、运行经济型、可靠性有显著影响。机头来源对机器的传动方式有重要影响。以50Hz电制为基础设计的机头,核心转速为同步3000转/分钟,主要压缩机规格都可以采用无内外变速的直联驱动。进口机头基本是按60Hz电制设计,核心转速为同步3600转/分钟,所以在我国50Hz供电条件下要么通过变速实现原设计目标,这种变速往往引起能耗、成本、耗材、可靠性的变化;要么偏离最佳工况让机头在边缘条件下工作。

1、直联压缩机

直联压缩机是通过弹性联轴器将电动机动力传递给机头,直联压缩机的传动环节几乎不消耗能量,是效率最高的传动方式。联轴器除每隔3年更换一次弹性体外,没有其他维护工作。采用新型的法兰式弹性联轴器,更换弹性体十分方便,无需拆卸机头、管路和阀门。直联压缩机的阳转子转速等于电机转速,所以直联螺杆压缩机转速比较低,寿命和可靠性最高。

2、皮带传动压缩机

皮带传动兼有传递动力和改变转速的作用,皮带传动依靠摩擦力传递动力,本身需要消耗一定的能量,约占传递功率的2%~3%。皮带必须有一定的张力才能获得足够的摩擦力,皮带张力使电机和机头的轴承承受额外的径向负荷,皮带传动压缩机对电机和机头的轴承要求更高。皮带传动压缩机生产成本较低,一般仅用于小型压缩机和经济型压缩机。皮带张紧力不足时会造成皮带打滑,传递动力不足,不仅会造成皮带高温磨损,还会造成压缩机转速降低减小排气量。需要经常检查皮带张紧情况,及时拉近皮带或更换皮带。皮带必须成组更换。

3、齿轮传动压缩机

齿轮传动同样兼有传递动力和改变转速的作用,齿轮传动本身也需要消耗一定的能量,但是比皮带传动效率要高。齿轮传动需要额外的增加轴承,对机器的润滑系统也有更高的要求。因为螺杆压缩机的齿轮属高速重载齿轮,对加工精度和材质的要求很高,生产成本较高。齿轮传动主要有两个优点:第一产品变型较容易,通过改变齿轮传动比改变机头转速,可以利用同一个机头生产不同排气量的机器。其次齿轮传动压缩机传动环节没有耗材和易损件。

4、复合传动压缩机

一种有内部含增速齿轮的直联传动压缩机。外部用联轴器传递动力,内部用齿轮改变转速。

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