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國內外多種螺桿壓縮機油氣分離罐特性探討

2017-07-21?????來源:
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國內外多種螺桿壓縮機油氣分離罐特性探討
   【來著艾錚空壓機】引言
艾錚與其意朗研發部多年從事螺桿壓縮機油氣分離過濾的研制和開發經驗,以及大量記錄國內外多種螺桿壓縮機油氣分離罐機構型式,并對其進行系統性研究分析,供壓縮機業內人員借鑒學習。
噴油螺桿壓縮機排氣含油量是螺桿壓縮機大多數使用者比較關心的主要指標之一,如何達到螺桿壓縮機排氣含油量小于等于3mg/m3,的確需要對油氣分離罐油氣分離機理進行長期的試驗研究,以便達到更佳油氣分離效果和提高油氣分離濾芯的使用壽命。
 
艾錚(上海)空壓機有限公司技術研發部,根據多年從事螺桿壓縮機油氣分離濾芯的研制和開發經驗,以及大量記錄國內外多種螺桿壓縮機油氣分離罐結構型式,并對其進行研究分析,供壓縮機業內技術人員借鑒。
 
在21世紀初,噴油螺桿壓縮機油氣分離芯通常采用國內螺桿式空壓機都是采用進口品牌的油氣分離濾芯,裝機運行一段時間后有時會發現壓縮空氣中含油量偏高的現象,經過長期觀察發現原來是油氣分離罐設計不合理所致。
 
眾所周知,噴油螺桿壓縮機油氣分離的機理,一是利用油氣分離罐將油氣混合的壓縮空氣進行離心和碰撞從而使大顆粒油滴分離(稱之為機械分離);二是通過油氣分離芯中的纖維將細小的油滴進行攔截分離。經多年研究和試驗發現,噴油螺桿壓縮機通過油氣分離罐的機械分離必須去掉95%以上的油滴,而剩余的5%有大部分是細小油滴,少部分是油霧,細小油滴則由油氣分離濾芯來進行分離,少部分油霧是很難分離的只能隨壓縮空氣跑掉。如何提高95%以上的分離效果,其重要的因素就是油氣分離罐內機械分離型式和壓縮空氣在罐內的線速度。
 
油氣分離罐結構型式
 
現將收集到的15種噴油螺桿空壓機油氣分離罐內的機械分離型式,提供給大家以便在今后的設計中參考。
 
1.上海艾錚空壓機公司噴油螺桿空壓機機型

 
圖1~4均為英格索蘭公司生產的噴油螺桿空氣壓縮機機型,是在不同年代中油氣分離罐內使用的各種機械分離型式。
 
2016年代初上海艾錚空壓機在移動式螺桿空壓機中油氣分離罐內使用的機械分離型式。上海艾錚空壓機在固定螺桿空壓機中油氣分離罐內使用的分離型式,此種進氣口為切向加中孔擋板式。
 
2007年代初、中期上海艾錚空壓機在產品上進行了第3次設計更新,它采用了“向”字形的設計,其目的是延長分離路線形成降速沉降法,側進側出,油氣分離芯采用了折疊式,以EP100、EP200機型為代表,在國內市場上最為常見,數量最多。
 
2017年代初上海艾錚空壓機在其螺桿空壓機主力機型上使用的機械分離型式,它除采用了原有的降速沉降法以外,還采用了上排氣再分離的型式,此種方法分離效果更好。
 
2.阿特拉斯·科普柯公司螺桿空壓機油氣分離罐
 
 
 
圖5是阿特拉斯·科普柯公司螺桿空壓機油氣分離罐切向離心分離的型式,此型式也是國內螺桿壓縮機生產廠商用的最多的油氣分離型式,但國內廠商設計的油氣分離罐與阿特拉斯·科普柯公司設計的油氣分離罐比較起來有4點不同之處:
 
(1)同等容積流量的油氣分離罐體積大于阿特拉斯·科普柯油氣分離罐2~2.5倍;
 
(2)進氣口沒有傾斜角,而阿特拉斯·科普柯有5毅的傾斜角,可形成螺旋切向流動,便于油氣離心分離;
 
(3)國內油氣切向分離速度低,而阿特拉斯·科普柯的油氣切向線速度是18~22m/s,經試驗在此切向線速度范圍內,油氣分離效果最佳;
 
(4)國內廠商設計的油氣分離罐儲油量大于阿特拉斯·科普柯公司產品的儲油量。
 
從上述4點來看,我們的設計有許多不足之處,同等氣量的油氣分離罐體積大、成本高,最大的差距在于國內生產廠商的設計人員許多都不知道所采用的螺桿機機頭,每產1m3的空氣所需潤滑油循環量;而依據阿特拉斯·科普柯提供的資料顯示阿特拉斯·科普柯生產的螺桿機機頭每產1m3的空氣潤滑油循環量為9L/m3,因此阿特拉斯·科普柯公司設計的油氣分離罐體積小,成本也就低,其設計的油氣分離濾芯尺寸都小于其它品牌的油氣分離濾芯。
 
3.壽力公司螺桿空壓機油氣分離罐
 
圖6為壽力公司螺桿空壓機的油氣分離型式,它為下沉離心式機械分離,油氣混合氣通過管道將氣體引入油氣分離罐下半部距液面30~50mm,其中管道的下水平導向板長度長于上水平導向板50mm,以防止氣流帶動液面被攪拌,形成二次氣帶油,此類分離型式的特點是油氣混合氣通過離心碰撞后,大顆粒的油滴下沉,小顆粒的油霧上升由油氣分離濾芯進行分離,另外壽力公司使用的潤滑油為閃點比較高的合成油和硅基油,這樣使得潤滑油很難形成油蒸氣,從而也降低了壓縮空氣中的含油量。
 
4.康普艾公司油氣分離罐
 
 
 
圖7、圖8為康普艾公司典型的底部噴吹式油氣分離型式,它依靠油氣分離濾芯底部凹面的圓弧使含有油氣混合氣的氣流通過碰擊,從而使得大顆粒油滴以自重方式下降,小顆粒油霧待油氣分離濾芯進行分離,為延長分離距離,增加了反吹罩,反吹罩的深度延長了機械分離距離的長度,此類分離型式要求濾芯底部凹面的圓弧要設計的恰到好處,否則分離效果很難保證。
 
5.日本神鋼油氣分離罐
 
 
 
圖9為日本神鋼20世紀70年代末出產的油氣分離罐的型式,它將螺桿機機頭立著埋入油氣分離罐內,油氣分離濾芯安裝在螺桿機機頭出風口的背面,并采用了內進氣油氣分離濾芯,此機型在當時是較為先進的,噪聲相當于室內柜式空調機組的聲音,而且埋入式機頭的設計,也是一種新型的降噪理念,在當時進口機型中最為先進,噪聲最小,此種機械分離形式采用了罐體噴吹雙向反流體流動型式,使機械反吹方向距離更長,大油滴分離更徹底,此種機型基本在3m3/min以下,體積顯的更小,還可與冷凍式干燥器拼裝成一體機。
 
6.臺灣天鵝油氣分離罐
 
 
 
圖10為臺灣天鵝牌螺桿壓縮機的油氣分離型式,立式油氣分離罐,切向分離,油氣分離芯采用立式內進氣旋裝油氣分離芯,在濾芯下部有一個回油單壓閥可與進氣端連接使油氣分離濾芯分離出來的油重新回到負壓段,進入主機繼續循環使用,特點回油徹底通暢,調整螺紋聯接尺寸可保證消耗品市場利潤不被丟失,此種型式屬于切向旋風的機械分離型式,結構簡單,成本低,分離芯更換簡便。
 
 
 
圖11、圖12均為T字型臥式機械分離,采用立式內進氣油氣分離芯,臺灣力霸和向陽均采用此款型式,圖11和圖12為改型版,機械分離采用噴吹碰撞加長距離迂回的降速沉降的型式,圖12為加高濾芯安裝距離,加大分離后油的儲量,設計了2個二次出油口,降低了二次回油過多造成被壓縮空氣吹走的可能。
 
圖13為T字型臥式機械分離,采用噴吹碰撞加長距離迂回的降速沉降的機械分離型式,采用立式外進氣油氣分離濾芯,適合于較大流量的機型,此種類型的分離型式,可較好的降低成本,結構緊湊。
 
圖14為T字型臥式機械分離,均采用水平噴吹碰撞加長距離迂回的降速沉降法,此種型式采用了立式倒裝旋裝外置油氣分離濾芯,螺桿機頭、油氣分離濾芯均安裝在臥式油氣分離罐的上側,此種型式以臺灣復盛為代表傳入大陸,被國內企業大力仿造,廣為流行。
 
 
圖15為螺桿機機頭水平放置在臥式油氣分離罐內,排氣管像英文字母大寫G的形狀伸出油面,此種結構型式有較好的降噪功能和冷卻螺桿機頭的功能,油氣分離效果與圖14型式差不多。
 
結論
 
從上述15種類型的油氣分離罐中我們看出,無論采用何種型式,都是想方設法將油氣混合氣中的油,在油氣分離罐內與壓縮空氣盡量多的分離出來,以便減輕油氣分離芯的分離負擔,從而減少螺桿壓縮機排氣含油量。除此之外潤滑油的高閃點也是非常重要的,它避免了潤滑油在高溫時產生大量的油蒸氣,油蒸氣的顆粒非常小,很難被油氣分離濾芯所攔截。跑掉的油和油蒸氣會隨著壓縮空氣進入管道系統中,從而造成油污染,嚴重時會使吸附式干燥機中的吸附劑失效,油和油蒸氣隨著壓縮空氣跑到用戶生產線上造成更大的損失。如何減少甚至除掉噴油螺桿空氣壓縮機的排氣含油量在該行業中是比較棘手的問題。


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