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技术专家谈环境温度对离心空压机性能的影响

“我认为我的空压机没有生产出预期质量的空气,尤其是三号空气压缩机。”

阿肯色州一家工厂的维修经理在办公室告诉我们的。我们花了一上午的时间在他的压缩空气系统上安装数据记录设备。

当时正值初夏,空气压缩机位于生产车间的夹层。室外和室内的温度都在上升。压缩空气系统由三台500 HP离心式空气压缩机和一台350 HP无油变频单螺杆空气压缩机组成。

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空气压缩机的所有空气入口都在内部,因此夹层中的环境空气而不是外部空气被压缩。理论上,正常运行是对两台离心式压缩机进行基本负荷,使其中一台处于备用状态,然后用单螺杆变频压缩机作为备用。但通常四台空气压缩机都要运行才能满足工厂的需要,所以压缩空气系统没有备用设备。

那天早上,当我们安装电子监控设备和变压器/质量流量计时,我们注意到夹层建筑的温度非常高。安装好设备后,我们在午饭时间休息了一会儿,然后回到工厂,与工厂工作人员会面,讨论了问题,并在出发前检查了我们的设备,确保一切正常。检查测量设备时,还应在每个空气压缩机的入口处读取环境温度。今天阿肯色州气温超过32℃,非常适合检查空压机入口的温度。

原来入口处的温度很高!

如前所述,两台离心式压缩机(3号和4号压缩机)和变频单螺杆压缩机(1号压缩机)位于生产车间正上方夹层结构的一端。第三台离心式空气压缩机(压缩机4)放置在车间上方的单独房间内,与其他三台压缩机处于同一水平,但房间温度略低。入口的环境温度记录如下:

压缩机1:43.9℃;

压缩机2:43.3℃;

压缩机3:48.3℃;

4压缩机:41.7℃。

可见,环境温度对空压机的性能影响巨大,已成为审计报告的重点之一。评价空压机性能的另一个因素是工作压力。初始规范要求排气压力为758.4kpa,设备压力保持在813.6kpa,对空压机的输出也有不利影响。

理论上,两台离心式压缩机将在大部分时间内提供所需的空气,而单螺杆压缩机偶尔会在需求量最大的时期开始运行(顺便说一句,这是最好的应用设计)。

然而,当外面很热的时候,发现单螺杆压缩机几乎总是需要运转,通常第三台离心机也需要运转。所以我们开始研究系统使用的风量和空压机的运行情况。

那么,由于环境温度和排气压力过高,空气压缩机的性能降低了多少呢?

图1中的曲线显示了空气压缩机在进气温度为35°C、排气压力为758.4kpa时的性能:

这四条曲线代表了不同叶片进口导角的工作曲线。红色曲线是进气阀100%打开(0度且无节流)时的流量曲线。在这种情况下,空压机的额定最大流量为65.5m3/min,这是一条用来初步确定空压机尺寸并计算其负荷的曲线。

图2为同一台空压机在48.3℃入口温度和758.4kpa出口压力下的曲线:

请注意,曲线一直向左移动(在给定压力下流量减小)。在758.4kpa压力下,最大流量由65.5m3/min降至59.2m3/min,损失近10%。

但制造商正在以高于758.4kpa的压力运行空气压缩机。图3是针对813.6kpa的实际排气压力调整的曲线。

如图所示,流量已降至57.4m3/min,比设定值低近8.5m3/min。同样,工作压力和喘振压力之间的压差也从193千帕降至68.9千帕。这使得空气压缩机几乎没有下降的空间(下降率是离心式空气压缩机通过节流进气阀可实现的部分负荷运行的百分比)。这给压缩机的运行带来了进一步的困难

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