浅谈21世纪压缩机的发展

2020-09-29 09:30:17 2

  【中国压缩机网】21世纪,离心压缩机、往复压缩机、螺杆压缩机是化工工艺流程与气体动力领域所用压缩机的三大主流。离心压缩机占主导地位推动离心压缩机发展的动力:工业企业的大型化。30万吨合成氨、50万吨尿素、30万吨聚乙烯这样的大型化工企业在世纪运行中显示了巨大的经济性,大型的空分装置需求量也日益增加,在这类大型企业中,往复压缩机已无法胜任。

  目前z*大的合成氨用往复压缩机单台年产量为5万吨,其体积硕大无比,占地面积也相当可观,因此要求用离心压缩机取而代之。

  清洁气体的要求。离心压缩机所压缩的气体不会被润滑油污染,同时中间冷却器的传热性能得到改善,且可省去油分离装置。可靠性要求。正确设计与制造的离心压缩机可靠性很高,一般都只需单台运行,而往复压缩机目前还不能做到不用备机,因为在一般的运行过程中,气阀、活塞与填料的更换是难以完成的。可用工业汽轮机直接驱动,使能量利用更趋完善。

  离心压缩机实用化的因素:三元流理论等流场计算的实用化。应用三元流理论可正确设计离心压缩机的叶轮流场与蜗壳流道,大幅度提高了离心压缩机的性能,近年来,计算机的飞速发展及各种成熟软件的编制使这种计算变得很方便。物性数据的完善。对被压缩气体性质的掌握、各种实际气体热力学过程研究的完善加深了压缩机设计和研究人员对气体压缩过程能量变换的认识,提高了计算的正确性和准确性。五轴数控铣床等精密加工设备的应用。完善的设计而无加工手段也枉然,自20 世纪60年代发展起来的数控加工设备能够很好地满足空间精密加工的要求,这对离心压缩机及其它具有复杂加工表面的机器的发展起了举足轻重的推动作用。

  工艺流程的改进。在高压范围内离心压缩机的应用还有相当困难,为适应离心压缩机的工作特点,各种需要高压的工艺逐渐通过改进而在低压下完成。例如,在合成氨工艺中使用往复压缩机的合成压力为32MPa,而使用离心压缩机的合成压力则为15MPa。

  离心压缩机流量与压力: 根据气体性质,目前高压离心压缩机压力达15~25MPa,有个别文献报导在油田中应用已达70MPa。z*小的空气动力用离心压缩机10m3/min。往复压缩机仍为工艺流程中的重要设备往复压缩机存在必要性:往复压缩机在经历了19世纪末至20世纪中叶的辉煌后,在一些领域中已逐渐为离心压缩机所取代,但有三个因素使它显得仍很有生命力。类型规格繁多。从气量和压力两方面来看,往复压缩机的型式是非常多的,具有极其宽广的应用范围,一些产品只能中、小规模生产而又需要较高的压力,它只能由往复压缩机来完成。

  低密度气体压缩的需要。氢气、甲烷等密度小的气体用离心压缩机压缩相对较困难,而往复压缩机则不存在这方面的限制。往复压缩机本身的不断完善。经过百余年的努力,往复压缩机的研究与制造已相当完善,如气缸内工作过程与气阀的数学模拟,管路系统的压力脉动与管道振动的数学模拟,零部件结构强度的有限元分析,制造中普遍应用加工中心保证高的零部件形位及尺寸精度等。往复压缩机的可靠性与寿命有了很大提高,一些工艺系统中已可做到单机运行而不用备机;即使是问题z*多的气阀,其可靠性也大大提高,对于清洁气体,低压级已可达8000小时以上,中、高压级也可达 4000~6000小时。就热效率而言,往复压缩机在众多机种中处于领先地位。

  新材料的应用。材料科学的发展也为往复压缩机提供了方便,现在气缸无油润滑在15MPa以下已较容易实现,用PEEK(聚醚醚酮)材料制造的气阀流量系数和流通面积有很大提高,由此降低了压缩机的功率消耗,同时,非金属阀片的撞击噪声也低于金属阀片。 因此,现代往复压缩机已不再是令人烦恼的机械产品。

  螺杆压缩机螺杆压缩机取得进展的基础:工作腔内喷油技术的应用。采用工作腔内喷油技术,可对压缩过程进行内冷却,单级压力比可达8~10,而且排气温度较低(不超过 150℃);并且阳、阴螺杆可以进行自啮合驱使,结构大为简化;同时,喷入工作腔的润滑油所起的密封作用使对螺杆的加工精度要求也相应降低。对螺杆型线的深入研究。针对严重影响螺杆压缩机性能的密封线泄漏问题,现在已制造出了一些先进的型线,使螺杆压缩机纵向接触线长度、泄漏三角形与压缩终了封闭容积处于z*优情况,由此使压缩过程的泄漏大大降低。精密螺杆专用铣床与磨床的研制成功。这些生产设备的出现使螺杆型线的加工不仅精度大为提高,而且生产效率也大大提高。

  噪声的降低。气罩式降噪的实现使原本噪声比往复压缩机大的螺杆压缩机反倒变成了低噪声压缩机,因此,在3~100m3/min的动力用空气压缩机、驱动功率在7~250kW的空调与制冷压缩机、相应范围的其它气体压缩机中,螺杆式占据了主导地位。但螺杆压缩机的压力一般低于4MPa或压力比在10以下,也即它的工作范围不会有离心式与往复式那么广泛。

  20世纪50年代以后,螺杆压缩机得到了飞速发展,以至现在和可以预见的将来它将在很大范围内取代往复压缩机。

来源:网络

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