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1、不同压缩机的特性,在20世纪30年代，压缩空气或气体的用户只有两种主要选择： 往复式和离心式,往复式属于正位移（容积式）压缩机，热力学性能稳定，效率高，但是 他们需要昂贵的地基和安装费用 他们需要大量的维护工作，维护费高，停机时间长 随着使用时间的推移流量逐步下降 他们不适合压缩较脏的气体 离心式 只需要很少的维护，但是 他们需要昂贵的地基和安装费用 他们的热力学性能不稳定 操作范围受到喘振的限制 他们对灰尘非常敏感，完全不适合压缩较脏的气体 即使在叶轮上黏附了几微米的灰尘性能也会显著下降,螺杆压缩机的起源,瑞典皇家科学院的 Lysholm 教授在以下假设的基础上为发现一种理想的压缩系统而做了
2、大量研究：,为了克服往复式压缩机的弱点，他理想中的压缩机必须是一种没有金属接触的旋转式压缩机； 为了克服离心式压缩机的弱点，它必须是一种正位移（容积式）压缩机； 于是一种旋转容积式压缩机诞生了，这种压缩机有稳定的热力学性能，稳定的操作性和低的功耗。, 可靠性极高,螺杆压缩机的起源,Atlas Copco 最先采用了这一基本原理，经过大量研究后于1957年推出了U-系列无油螺杆压缩机. 许多机器至今仍在世界各地使用。 在1970年代，Atlas Copco研究中心, 位于日内瓦的Cerac研究所, 设计出革命性的非对称螺杆型线并获得专利。 在1980年代 Atlas Copco推出了闻名于世的，
3、性能更优异的X型线。 在1990年代 Atlas Copco又推出了改进型 SAP型线。,现在在世界上生产和销售的压缩机10台中有9台是,螺杆式压缩机,螺杆压缩机的起源,压缩机特性,动力式和容积式压缩机的性能曲线,动力式压缩机的软特性： 压力与流量相关,容积式压缩机的硬特性： 压力与流量无关,离心和螺杆式压缩机的性能曲线,压缩机特性,动力式压缩机的软特性： 性能与环境温度密切相关,容积式压缩机的硬特性： 性能与环境温度无关,排气压力 100 %,输入功率 100 %,吸入流量 (质量) 100 %,进气压力下降将使流量下降，反之亦然。,进气压力下降将使输入功率下降， 反之亦然。,进气压力的影响
4、,压缩机特性,离心式压缩机软特性,进气温度下降将使流量上升,进气温度下降将使输入功率上升,进气温度上升将使流量下降,进气温度上升将使输入功率下降,喘振线,设计点,进气温度的影响,压缩机特性,离心式压缩机软特性,排气压力 100 %,输入功率 100 %,吸入流量 (质量) 100 %,Surge line,压缩机特性,离心式压缩机软特性,冷却水温度的影响,排气压力 100 %,输入功率 100 %,冷却水温度下降将使流量上升,冷却水温度下降将使输入功率上升,冷却水温度上升将使流量下降,冷却水温度上升将使输入功率下降,吸入流量 (质量) 100 %,喘振 由过高的背压引起的流量中断(流量波动)
5、滞止 (堵塞) 在某一转速下压缩机所能输出的最大流量,只能在喘振点和滞止点之间运行,压缩机特性,动力式压缩机,进口空气温度和质量流量(密度)的变化 对容积式压缩机的功耗没有影响,影响压缩机性能的参数,正位移(容积)式压缩机,压缩机特性,在冬天质量流量上升，动力式压缩机功耗也上升,动力式压缩机,压缩机特性,影响压缩机性能的参数,叶轮速度的下降 将导致压力下降 所以如果频率下降 3% 每一级的出口压力将减少 6%，三级的压缩机将总计下降18%。,动力式压缩机建立起的压力与速度的平方成正比。即：,压缩机特性,动力式压缩机速度的影响,不稳定的热力学性能可表述为: 压力升高则流量下降 进口空气温度降低
6、- 容积流量基本不变，轴功率却上升 - 质量流量将会上升 - 可以产生更高的排气压力 减少转速将使排气压力迅速下降 压缩机只能在一个相对狭窄的范围内运行 (在喘振和滞止点之间) 排气压力升高使压缩机更接近喘振区,压缩机特性,动力式压缩机不稳定的热力学性能,活塞式压缩机（两级压缩） V型驱动皮带 (6根) 曲轴 主轴承 (2个) 连杆大端轴承(2) 连杆 (2) 连杆小端轴承(2) 十字头 (2) 支承环 (2 组) 活塞 (2) 活塞环 (8) 气缸 (2) 气阀 (进口/出口) (20),离心式压缩机（三级压缩） 大齿轮 高速轴承 (4) 低速轴承 (2) 小齿轮 (2),对于一台典型的两级
7、活塞式压缩机 有 53个维护点,压缩机特性,动力式压缩机与活塞式压缩机的机械运转维护点比较,对于一台典型的三级离心式压缩机 有 11个维护点,仅仅是力平衡的对置平衡式活塞压缩机,水平力 F1 可平衡 垂直力 F2 导致气缸顶部和底部的磨损程度不同(气缸偏磨) F2 力产生的不平衡力矩使压缩机需要厚重的基础,压缩机特性,余隙容积的存在，降低了活塞式压缩机的容积效率，使其比功率增大,压缩机特性,PV图的比较,气阀波动导致不必要的额外功耗,活塞压缩机的气阀颤动,气阀颤动,压缩机特性,压力,流量,颤动是由空气在阀片磨损产生的微小间隙中的泄漏引起的。颤动发生时阀片开始振动，就像单簧管的发音簧片那样。这种
8、现象在压缩机使用很短的一段时间后就会发生。,即使在更换了新的活塞环后，气缸偏磨也使压缩机的排气量无法恢复,压缩机特性,活塞压缩机的气缸偏磨,如果有几个因素的组合，离心式压缩机会是理想的选择。例如：,单台的排气量较大，达到 6000 m3/hr以上 需要质量流量的流程例如空分。在冬天低温下多费的功耗将会被多得到的质量流量所补偿 流量的波动不是很大，压缩机经常在满载或可调范围内运行 排气压力一般不超过 80 bar，可以用6级或更多压缩级数来达到高的排气压力。,压缩机特性,离心式压缩机的适用范围,离心式,螺杆式,旋齿式,流量 (l/s),比功率 (J/L),针对不同的场合应用不同的压缩机技术,压缩
9、机特性,控制系统,压缩机的控制,大多数工业流程对压缩空气流量的需求是变化的， 变化的原因多种多样:,装置的生产周期 - 每天中的变化或每周的变化 - 装置的产量变化 系统中有瞬间或间歇性的大气量需求(如气锤，烧焦，除灰等) 基于质量流量的应用如空分 或仅仅是设计时高估了压缩空气需要量,这样压缩机就需要一个 控制系统 来调节压缩机的排气量以符合实际的需求,压缩机的控制,典型的压缩空气需求模式,在节流控制方式中，压缩机的进口蝶阀会调节进气量,* Figures are used for concept demonstration only,螺杆压缩机的控制节流控制,压缩机的控制,在加卸载控制下压缩
10、机要么满载要么卸载。 在加载时，进口阀全开，压缩机在正常压比下工作。 在卸载时，进口阀全关， 压缩机与空气管网隔离。 在卸载状态时压缩机功耗极小，压缩机保持整个运行的高效率。,压缩机的控制,螺杆压缩机的控制加卸载控制,在变频控制中压缩机的转速随着空气需要量的变化而连续变化,压力电流变送器将测到的压力转换成 4-20 mA 的电流信号。 这一电流信号被用于变频器，调整向电机输出电源的频率。 电机的转速随着频率的变化而改变。 变频控制是效率最高的压缩机控制方式。,压缩机的控制,螺杆压缩机的控制变频控制,变频控制 可再多节约的能量,% 功率,加卸载控制 节约的能量的,节流控制,加卸载控制,变频控制,
11、100,80,60,40,20,0,25,50,75,100,载荷 %,压缩机的控制,螺杆压缩机控制方式的比较,2 种情况,压力,流量,喘振线,喘振控制线,60 75 100,压缩机的控制,离心式压缩机的控制,进口蝶阀,进口调节导叶,压缩机的控制,离心式压缩机的控制 喘振控制线以上的调节,在调节时，进口调节导叶使进入的气体产生预旋，减小进口冲角和涡流损失，使气流平顺流动。它不会像蝶阀那样引起紊流。,在最大调节点省功 9%,离心式压缩机的控制 喘振控制线以上的调节,压缩机的控制,压缩机的控制,离心式压缩机的控制 喘振控制线以下的调节,传动系统,压缩机的转速,对于螺杆压缩机来说，即使转速较高的无油
12、螺杆式压缩机，其螺杆线速度也仅在60100 m/s之间，一般在每分钟600010000转运行。 由于螺杆轴相当粗壮，此转速远远低于临界转速， 所以压缩机轴属刚性轴。,动力式压缩机,螺杆式压缩机,动力式压缩机叶轮线速度可达400500 m/s，一般在每分钟20000到80000转的极高转速下运行。 这种转速往往在1阶到2阶或者2阶到3阶临界转速之间，所以压缩机轴属挠性轴。每次开停机均要穿越临界转速。,压缩机的轴承,动力压缩机在极高的转速下运行，正常运行转速往往在临界转速以上，所以只能使用由油膜来承托转轴的滑动轴承。 开机，停机，频繁的载荷变化，振动都会使轴承中的油膜变薄 (膜离散)。 可倾瓦轴承
13、可自动调节瓦块与轴的角度，有更好的耐振性，可有效减小这些现象的影响。固定几何形状的轴承就没有这种特性了。,动力式压缩机,固定几何形状的轴承,可改变几何形状的轴承,固定瓦轴承,静液压缩膜轴承,可倾瓦轴承,典型的设计寿命B10-100,000 小时 滚动轴承对润滑要求低 - 不需要启动前的予润滑来建立油锲 - 对油温、油压、粘度的敏感性低 - 有稳定、可预测的使用周期 滚动轴承可适应频繁的加/卸载(各种转速)，不存在滑动轴承低速下的油膜振荡等不稳定状态,压缩机的轴承,螺杆式压缩机,螺杆压缩机转速较低， 运行在临界转速以下，所以可使用滚动轴承。,我们的结论,每种压缩机都有其自身的特点，是某种特定应用的最佳选择 。 我们必须仔细研究每种应用，然后推荐最适合它的压缩机技术。 我们拥有所有的压缩机技术！,最好的压缩机 是针对特定的应用来说的,
