1、引言
【壓縮機(jī)網(wǎng)】噴油螺桿空氣壓縮機(jī)是一種工作容積作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容積式壓縮機(jī)。在空壓機(jī)的機(jī)頭腔體中,相互嚙合的一對(duì)螺旋形轉(zhuǎn)子,通過軸向動(dòng)力傳輸,陽轉(zhuǎn)子與陰轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn),形成吸氣、壓縮、排氣三個(gè)基本工作過程,以完成壓縮氣體的輸送。潤(rùn)滑油在整個(gè)壓縮過程中起著重要的作用,包括潤(rùn)滑、密封、冷卻、降噪等。[1]
螺桿機(jī)頭排出的油氣混合物,通過油氣筒中的隔板阻擋和油細(xì)分離器的碰撞攔截進(jìn)行兩次油氣分離,被分離后的壓縮空氣經(jīng)壓力維持閥和后冷卻器等部件排出。被分離出的大量潤(rùn)滑油被擋板阻擋后流入油氣筒內(nèi)部,經(jīng)溫控單元、油過濾器和油冷卻器等部件參與主油路循環(huán),少量潤(rùn)滑油匯集在油細(xì)分離器底部,隨著回油管回流至機(jī)頭腔體內(nèi)。由于油細(xì)分離器對(duì)油氣混合物的分離效率不能達(dá)到100%,空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,一小部分潤(rùn)滑油會(huì)隨著壓縮空氣排出,此部分潤(rùn)滑油被定義為排氣含油量。油氣分離器堵塞、潤(rùn)滑油品質(zhì)、油位超上限和回油管堵塞均會(huì)造成排氣含油量升高[2]。軌道交通行業(yè)中,噴油螺桿空壓機(jī)排氣含油量等級(jí)應(yīng)符合ISO8573-1的4級(jí)要求,即不大于5mg/m3。[3]
排氣含油量超標(biāo)是噴油螺桿空壓機(jī)的典型故障,本文通過試驗(yàn)驗(yàn)證噴油螺桿空壓機(jī)回油管與油細(xì)分離器底部不同間隙對(duì)排氣含油量的影響,將會(huì)對(duì)噴油螺桿空壓機(jī)的回油管長(zhǎng)度設(shè)計(jì)給予指導(dǎo)意義。
2、螺桿空壓機(jī)的油路循環(huán)系統(tǒng)
噴油螺桿空壓機(jī)內(nèi)的潤(rùn)滑油循環(huán)是通過內(nèi)部壓差進(jìn)行,空壓機(jī)加載運(yùn)行過程中,油氣筒內(nèi)壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)頭吸氣端和回油端壓力。潤(rùn)滑油首先經(jīng)過油過濾器進(jìn)行過濾,經(jīng)溫控單元循環(huán)進(jìn)入機(jī)體壓縮腔,然后隨著壓縮空氣一起排出。在此過程中,潤(rùn)滑油不僅為壓縮機(jī)體中的軸承和陰陽轉(zhuǎn)子進(jìn)行潤(rùn)滑,同時(shí)可以將整個(gè)陰陽轉(zhuǎn)子壓縮過程中產(chǎn)生的熱量帶走,而且潤(rùn)滑油在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)在機(jī)體中陰陽轉(zhuǎn)子間和轉(zhuǎn)子與機(jī)殼間的間隙形成密封薄膜,降低壓縮空氣過程的內(nèi)漏。
噴油螺桿空壓機(jī)中的油路系統(tǒng)主要由潤(rùn)滑油、溫控單元、油過濾器、油冷卻器、壓縮機(jī)體、油細(xì)分離器,回油單向閥等部件組成,其中油路系統(tǒng)可按照回油量大小分為主油路與油分回油管路:
主油路:空壓機(jī)啟機(jī)進(jìn)行壓縮時(shí),在壓力維持閥壓力開啟前,油路系統(tǒng)已建立起潤(rùn)滑油循環(huán)的壓力,保證了空壓機(jī)壓縮的可靠性。油氣筒內(nèi)的潤(rùn)滑油經(jīng)過油過濾器過濾后,由于初始潤(rùn)滑油的溫度比較低,經(jīng)溫控閥低溫回路直接回流到壓縮機(jī)體內(nèi),不會(huì)經(jīng)過冷卻器冷卻,這樣潤(rùn)滑油溫度快速升高;當(dāng)潤(rùn)滑油溫度升至溫控閥高溫區(qū)間開啟溫度時(shí)(溫控閥的開啟溫度通常設(shè)置為83℃),潤(rùn)滑油會(huì)流入冷卻器進(jìn)行冷卻,然后冷卻后的潤(rùn)滑油同樣流入壓縮機(jī)體內(nèi),這樣的一個(gè)潤(rùn)滑油循環(huán)過程會(huì)保證空壓機(jī)的溫度維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)間內(nèi)。
油分回油管路:機(jī)頭壓縮腔內(nèi)的壓縮空氣同潤(rùn)滑油混合后一起排到油氣筒中,在油氣筒擋板的阻擋下,大量潤(rùn)滑油碰撞后流落至油氣筒底部。少量潤(rùn)滑油通過碰撞、攔截附著在油細(xì)分離器內(nèi)壁上,最終流入油細(xì)分離器底部聚集,在壓差的作用下,潤(rùn)滑油經(jīng)過回油單向閥流入機(jī)體中。
3、油細(xì)回油管與油細(xì)分離器間隙影響排氣含油量試驗(yàn)
選擇一臺(tái)容積流量為2.4m3/min的噴油螺桿空壓機(jī),油細(xì)分離器為內(nèi)置安裝結(jié)構(gòu),如圖1所示。彎制不同長(zhǎng)度回油管(回油管內(nèi)徑為4mm),使回油管與油細(xì)分離器間隙分別為0mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm,總共15根回油管,如表1所示,回油管間隙如圖2所示。
保證空壓機(jī)油位正常的前提下,排氣含油量試驗(yàn)按照ISO8573-2中BII部分流量取樣試驗(yàn)進(jìn)行,如圖3所示。設(shè)置空壓機(jī)排氣壓力10bar,持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)空壓機(jī)30分鐘,測(cè)試不同回油管間隙對(duì)排氣含油量的影響。
4、試驗(yàn)結(jié)果分析
測(cè)試結(jié)果匯總見表2,其中回油管間隙在0mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、7mm、8mm、9mm、10mm,排氣含油量值均超過5 mg/m3不合格;回油管間隙在2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、5mm、6mm、6.5mm排氣含油量均在5mg/m3內(nèi)合格。因此,若按照排氣含油量5mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)要求,噴油螺桿空壓機(jī)配裝回油管時(shí),回油管與油細(xì)分離器的間隙宜控制在2.5mm-6.5mm以內(nèi)。
5、結(jié)論
本文研究了回油管與油細(xì)分離器的間隙對(duì)噴油螺桿空壓機(jī)排氣含油量的影響。通過彎制不同長(zhǎng)度的回油管,在空壓機(jī)組上進(jìn)行裝機(jī)測(cè)試,試驗(yàn)結(jié)果表明,若按照排氣含油量5mg/m3的控制要求,噴油螺桿空壓機(jī)配裝回油管時(shí),回油管與油細(xì)分離器的間隙宜控制在2.5mm-6.5mm以內(nèi)??紤]空壓機(jī)服役時(shí)間和油細(xì)分離器的濾紙分離能力降低,回油管與油細(xì)分離器的間隙控制在3mm-5mm最優(yōu)。
本文僅初步討論了回油管與油細(xì)分離器的間隙對(duì)排氣含油量的影響,仍然有很多問題值得進(jìn)一步研究,例如排氣壓力、油細(xì)分離器服役時(shí)間、壓力維持閥壓力設(shè)定等對(duì)排氣含油量的影響等問題。
參考文獻(xiàn)
?。?]邢子文.螺桿空壓機(jī)——理論、設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.
[2]葉剛.噴油螺桿空壓機(jī)跑油故障分析及改進(jìn)[J].機(jī)械工程師,2014(8):234-235.
?。?]TB/T 2710.2-2015機(jī)車、動(dòng)車組用空氣壓縮機(jī)組技術(shù)條件第2部分:螺桿空氣壓縮機(jī)組.
?。?]ISO 8573-2-2018 Compressed air—contaminant measurement part 2 oil aerosol content.
作者簡(jiǎn)介
作者簡(jiǎn)介:張金飛(1989-),男,碩士研究生,現(xiàn)就職于石家莊嘉祥精密機(jī)械有限公司,主要從事噴油螺桿空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)、改進(jìn)及檢修。
1、引言
【壓縮機(jī)網(wǎng)】噴油螺桿空氣壓縮機(jī)是一種工作容積作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容積式壓縮機(jī)。在空壓機(jī)的機(jī)頭腔體中,相互嚙合的一對(duì)螺旋形轉(zhuǎn)子,通過軸向動(dòng)力傳輸,陽轉(zhuǎn)子與陰轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn),形成吸氣、壓縮、排氣三個(gè)基本工作過程,以完成壓縮氣體的輸送。潤(rùn)滑油在整個(gè)壓縮過程中起著重要的作用,包括潤(rùn)滑、密封、冷卻、降噪等。[1]
螺桿機(jī)頭排出的油氣混合物,通過油氣筒中的隔板阻擋和油細(xì)分離器的碰撞攔截進(jìn)行兩次油氣分離,被分離后的壓縮空氣經(jīng)壓力維持閥和后冷卻器等部件排出。被分離出的大量潤(rùn)滑油被擋板阻擋后流入油氣筒內(nèi)部,經(jīng)溫控單元、油過濾器和油冷卻器等部件參與主油路循環(huán),少量潤(rùn)滑油匯集在油細(xì)分離器底部,隨著回油管回流至機(jī)頭腔體內(nèi)。由于油細(xì)分離器對(duì)油氣混合物的分離效率不能達(dá)到100%,空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,一小部分潤(rùn)滑油會(huì)隨著壓縮空氣排出,此部分潤(rùn)滑油被定義為排氣含油量。油氣分離器堵塞、潤(rùn)滑油品質(zhì)、油位超上限和回油管堵塞均會(huì)造成排氣含油量升高[2]。軌道交通行業(yè)中,噴油螺桿空壓機(jī)排氣含油量等級(jí)應(yīng)符合ISO8573-1的4級(jí)要求,即不大于5mg/m3。[3]
排氣含油量超標(biāo)是噴油螺桿空壓機(jī)的典型故障,本文通過試驗(yàn)驗(yàn)證噴油螺桿空壓機(jī)回油管與油細(xì)分離器底部不同間隙對(duì)排氣含油量的影響,將會(huì)對(duì)噴油螺桿空壓機(jī)的回油管長(zhǎng)度設(shè)計(jì)給予指導(dǎo)意義。
2、螺桿空壓機(jī)的油路循環(huán)系統(tǒng)
噴油螺桿空壓機(jī)內(nèi)的潤(rùn)滑油循環(huán)是通過內(nèi)部壓差進(jìn)行,空壓機(jī)加載運(yùn)行過程中,油氣筒內(nèi)壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)頭吸氣端和回油端壓力。潤(rùn)滑油首先經(jīng)過油過濾器進(jìn)行過濾,經(jīng)溫控單元循環(huán)進(jìn)入機(jī)體壓縮腔,然后隨著壓縮空氣一起排出。在此過程中,潤(rùn)滑油不僅為壓縮機(jī)體中的軸承和陰陽轉(zhuǎn)子進(jìn)行潤(rùn)滑,同時(shí)可以將整個(gè)陰陽轉(zhuǎn)子壓縮過程中產(chǎn)生的熱量帶走,而且潤(rùn)滑油在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)在機(jī)體中陰陽轉(zhuǎn)子間和轉(zhuǎn)子與機(jī)殼間的間隙形成密封薄膜,降低壓縮空氣過程的內(nèi)漏。
噴油螺桿空壓機(jī)中的油路系統(tǒng)主要由潤(rùn)滑油、溫控單元、油過濾器、油冷卻器、壓縮機(jī)體、油細(xì)分離器,回油單向閥等部件組成,其中油路系統(tǒng)可按照回油量大小分為主油路與油分回油管路:
主油路:空壓機(jī)啟機(jī)進(jìn)行壓縮時(shí),在壓力維持閥壓力開啟前,油路系統(tǒng)已建立起潤(rùn)滑油循環(huán)的壓力,保證了空壓機(jī)壓縮的可靠性。油氣筒內(nèi)的潤(rùn)滑油經(jīng)過油過濾器過濾后,由于初始潤(rùn)滑油的溫度比較低,經(jīng)溫控閥低溫回路直接回流到壓縮機(jī)體內(nèi),不會(huì)經(jīng)過冷卻器冷卻,這樣潤(rùn)滑油溫度快速升高;當(dāng)潤(rùn)滑油溫度升至溫控閥高溫區(qū)間開啟溫度時(shí)(溫控閥的開啟溫度通常設(shè)置為83℃),潤(rùn)滑油會(huì)流入冷卻器進(jìn)行冷卻,然后冷卻后的潤(rùn)滑油同樣流入壓縮機(jī)體內(nèi),這樣的一個(gè)潤(rùn)滑油循環(huán)過程會(huì)保證空壓機(jī)的溫度維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)間內(nèi)。
油分回油管路:機(jī)頭壓縮腔內(nèi)的壓縮空氣同潤(rùn)滑油混合后一起排到油氣筒中,在油氣筒擋板的阻擋下,大量潤(rùn)滑油碰撞后流落至油氣筒底部。少量潤(rùn)滑油通過碰撞、攔截附著在油細(xì)分離器內(nèi)壁上,最終流入油細(xì)分離器底部聚集,在壓差的作用下,潤(rùn)滑油經(jīng)過回油單向閥流入機(jī)體中。
3、油細(xì)回油管與油細(xì)分離器間隙影響排氣含油量試驗(yàn)
選擇一臺(tái)容積流量為2.4m3/min的噴油螺桿空壓機(jī),油細(xì)分離器為內(nèi)置安裝結(jié)構(gòu),如圖1所示。彎制不同長(zhǎng)度回油管(回油管內(nèi)徑為4mm),使回油管與油細(xì)分離器間隙分別為0mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm,總共15根回油管,如表1所示,回油管間隙如圖2所示。
保證空壓機(jī)油位正常的前提下,排氣含油量試驗(yàn)按照ISO8573-2中BII部分流量取樣試驗(yàn)進(jìn)行,如圖3所示。設(shè)置空壓機(jī)排氣壓力10bar,持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)空壓機(jī)30分鐘,測(cè)試不同回油管間隙對(duì)排氣含油量的影響。
4、試驗(yàn)結(jié)果分析
測(cè)試結(jié)果匯總見表2,其中回油管間隙在0mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、7mm、8mm、9mm、10mm,排氣含油量值均超過5 mg/m3不合格;回油管間隙在2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、5mm、6mm、6.5mm排氣含油量均在5mg/m3內(nèi)合格。因此,若按照排氣含油量5mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)要求,噴油螺桿空壓機(jī)配裝回油管時(shí),回油管與油細(xì)分離器的間隙宜控制在2.5mm-6.5mm以內(nèi)。
5、結(jié)論
本文研究了回油管與油細(xì)分離器的間隙對(duì)噴油螺桿空壓機(jī)排氣含油量的影響。通過彎制不同長(zhǎng)度的回油管,在空壓機(jī)組上進(jìn)行裝機(jī)測(cè)試,試驗(yàn)結(jié)果表明,若按照排氣含油量5mg/m3的控制要求,噴油螺桿空壓機(jī)配裝回油管時(shí),回油管與油細(xì)分離器的間隙宜控制在2.5mm-6.5mm以內(nèi)??紤]空壓機(jī)服役時(shí)間和油細(xì)分離器的濾紙分離能力降低,回油管與油細(xì)分離器的間隙控制在3mm-5mm最優(yōu)。
本文僅初步討論了回油管與油細(xì)分離器的間隙對(duì)排氣含油量的影響,仍然有很多問題值得進(jìn)一步研究,例如排氣壓力、油細(xì)分離器服役時(shí)間、壓力維持閥壓力設(shè)定等對(duì)排氣含油量的影響等問題。
參考文獻(xiàn)
?。?]邢子文.螺桿空壓機(jī)——理論、設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.
[2]葉剛.噴油螺桿空壓機(jī)跑油故障分析及改進(jìn)[J].機(jī)械工程師,2014(8):234-235.
?。?]TB/T 2710.2-2015機(jī)車、動(dòng)車組用空氣壓縮機(jī)組技術(shù)條件第2部分:螺桿空氣壓縮機(jī)組.
?。?]ISO 8573-2-2018 Compressed air—contaminant measurement part 2 oil aerosol content.
作者簡(jiǎn)介
作者簡(jiǎn)介:張金飛(1989-),男,碩士研究生,現(xiàn)就職于石家莊嘉祥精密機(jī)械有限公司,主要從事噴油螺桿空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)、改進(jìn)及檢修。
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