Aké sú zlepšenia účinnosti hlavnej jednotky mikroolejového dvojskrutkového vzduchového kompresora v porovnaní s tradičným dvojskrutkovým kompresorom?

Definovanie základných technológií

Porovnanie medzi mikroolejovým systémom a tradičným systémom začína pochopením ich základných princípov fungovania. Štandard dvojskrutkový vzduchový kompresor pracuje na osvedčenom spôsobe vstrekovania veľkého objemu oleja do kompresnej komory. Tento olej plní viacero kritických funkcií: pôsobí ako chladivo na absorbovanie kompresného tepla, utesňuje medzery medzi rotormi a medzi rotormi a skriňou, aby sa zabránilo vnútornému úniku, a maže ložiská a ozubené kolesá. Výsledná zmes vzduchu a oleja potom opúšťa kompresnú komoru a prechádza viacstupňovým separačným procesom, aby sa odstránila väčšina oleja predtým, ako sa stlačený vzduch dostane do systému. Naproti tomu a mikroolejový dvojskrutkový vzduchový kompresor je navrhnutý na základe filozofie minimalizácie oleja. Stále využíva olej, ale vstrekované množstvo je presne kontrolované a podstatne znížené. Tento prístup si vyžaduje zmeny v profiloch rotora, technológii ložísk a stratégiách chladenia, aby sa zvládli znížené účinky mazania a tesnenia. Hlavnou myšlienkou je poskytnúť dostatok oleja na nevyhnutné mazanie a tesnenie, čím sa znížia energetické pokuty spojené so spracovaním veľkého objemu oleja.

Úloha oleja v tradičnom dvojskrutkovom kompresore

V bežnom olejom zaplavenom alebo mazanom dvojskrutkovom kompresore je olej neoddeliteľnou súčasťou samotného procesu kompresie. Objem cirkulujúceho oleja môže byť mnohonásobkom objemu dodávaného voľného vzduchu. Toto obrovské množstvo je potrebné, pretože olej je primárnym médiom na odvod tepla. Keď je vzduch stlačený, jeho teplota dramaticky stúpa a olej, vstrekovaný priamo do rotorov, absorbuje toto teplo a odvádza ho do olejového chladiča. Tým sa zabráni tomu, aby stlačený vzduch dosiahol príliš vysoké teploty, ktoré by mohli poškodiť nadväzujúce zariadenia alebo samotný kompresor. Okrem toho viskozita oleja pomáha vytvárať hydraulické tesnenie medzi samčím a samičím rotorom. Toto tesnenie je rozhodujúce pre zachovanie objemovej účinnosti; bez nej by vzduch v dutinách rotora skĺzol z vysokotlakovej strany späť na nízkotlakovú stranu, čím by sa znížilo množstvo vzduchu účinne stlačeného na otáčku. Olej tiež vytvára film medzi rotujúcimi skrutkami, čím zabraňuje kontaktu kovu s kovom a znižuje opotrebenie. Aj keď je táto veľká závislosť od ropy účinná, prináša inherentné energetické straty súvisiace s čerpaním, oddeľovaním a chladením tohto veľkého objemu tekutiny.

Prevádzková zmena v mikroolejovom systéme

Konštrukcia mikroolejového systému predstavuje zámerný posun v spôsobe využitia oleja. Namiesto zaplavenia kompresnej komory tieto kompresory využívajú oveľa cielenejší vstrekovací systém, často využívajúci dýzy, ktoré rozprašujú malé vypočítané množstvo oleja do komory. Cieľom nie je použiť olej ako primárne chladivo, ale zabezpečiť dostatočné mazanie rotorov a minimálne tesnenie na kontrolu vnútorných netesností. Aby sa kompenzovala znížená chladiaca kapacita oleja, dizajny mikroolejov často obsahujú iné spôsoby chladenia. To môže zahŕňať efektívnejšie vzduchové chladenie skrine kompresora alebo použitie kvapalinou chladeného plášťa okolo kompresného prvku. Samotné rotory môžu mať špecializované povlaky, ako je PTFE alebo iné pokročilé materiály, aby sa znížilo trenie a opotrebovanie v prostredí s nižším obsahom oleja. Ložiská sú často kvalitnejšieho, utesneného typu na celú dobu životnosti, ktorý sa pri mazaní nespolieha na obehový olej. Toto prepracovanie celého kompresného prvku umožňuje systému spoľahlivo fungovať s podielom tradične požadovaného oleja, čo je zdrojom zvýšenia účinnosti.

Zníženie spotreby energie pri cirkulácii oleja

Jednou z najpriamejších oblastí zlepšenia účinnosti v mikro-olejovom dvojskrutkovom vzduchovom kompresore je zníženie parazitných strát výkonu spojených s cirkuláciou oleja. V tradičnom systéme je potrebné veľké olejové čerpadlo na presun veľkého objemu oleja zo separátora cez filter do olejového chladiča a potom späť do kompresnej komory pri tlaku vyššom ako je konečný tlak vzduchu. Výkon potrebný na pohon tohto čerpadla je neustálym odčerpávaním celkovej spotreby energie systému. Drastickým znížením objemu oleja, ktorý je potrebné premiestniť, môže mikroolejový systém využívať menšie, menej výkonné olejové čerpadlo. To sa priamo premieta do nižšej elektrickej spotreby. Okrem toho sa tiež znižuje práca potrebná na pretlačenie zmesi vzduchu a oleja cez separátor. Menej oleja znamená, že zmes má nižšiu hustotu a viskozitu, čo vedie k nižšiemu poklesu tlaku v separačnej nádobe. Energia ušetrená tým, že nemusíme prekonávať tento pokles tlaku, prispieva k celkovému zlepšeniu účinnosti hlavnej jednotky.

Nižšie vnútorné tlakové diferenciály

Prítomnosť veľkého množstva oleja vo vnútri kompresnej komory dvojitého skrutkového kompresora vytvára určité množstvo dynamického odporu alebo odporu tekutiny. Keď sa rotory otáčajú, musia pohybovať nielen vzduchom, ale aj hustým olejom, ktorý vypĺňa medzilalokové priestory a vôle. Tento vnútorný odpor vyžaduje, aby motor vynaložil dodatočný výkon nad rámec toho, čo je potrebné na skutočné stlačenie plynu. V mikroolejovom systéme je tento vnútorný odpor podstatne nižší. Pri podstatne menšom množstve oleja v kompresnej komore sa rotory stretávajú s menším viskóznym odporom. To znamená, že väčšia časť výkonu motora je nasmerovaná na primárnu úlohu stláčania vzduchu a menej sa plytvá na víriaci olej. Toto zníženie vnútornej straty výkonu prispieva k vyššej adiabatickej účinnosti samotného kompresného prvku. Kompresor môže dosiahnuť rovnaký tlakový pomer s menším vstupným krútiacim momentom, čo predstavuje zásadné zlepšenie jeho mechanického a termodynamického výkonu.

Vylepšené riadenie tepla a objemová účinnosť

Aj keď sa to môže zdať neintuitívne, používanie menšieho množstva oleja môže viesť k lepšiemu tepelnému manažmentu v niektorých aspektoch cyklu. V tradičnom kompresore olej absorbuje teplo, ale toto teplo potom musí odvádzať veľký olejový chladič, ktorý sám o sebe vyžaduje energiu (pre ventilátory alebo čerpadlá chladiacej vody). Veľký objem oleja tiež zaberá priestor v kapsách rotora, čím sa účinne znižuje objem vzduchu, ktorý môže byť nasatý v každom cykle, čo mierne ovplyvňuje objemovú účinnosť. Mikroolejový systém svojou konštrukciou umožňuje spracovanie väčšieho množstva vzduchu v porovnaní s hmotnosťou oleja. Teplo sa riadi priamočiarejšie, často cez skriňu kompresora, čo môže byť pri určitých konštrukciách efektívnejšia cesta na odvod tepla. Znížený objem oleja znamená, že v kompresnej komore zaberá menej priestoru nestlačiteľná kvapalina. To umožňuje rotorom zachytiť o niečo väčší objem vzduchu na otáčku, čo vedie k marginálnemu, ale merateľnému zvýšeniu objemovej účinnosti. Viac vzduchu dodávaného na jednotku vstupného výkonu je definíciou zlepšeného špecifického výkonu.

Dôsledky pre špecifický výkon (kW/100 cfm)

Vyvrcholenie týchto individuálnych vylepšení sa odráža v kľúčovej priemyselnej metrike špecifického výkonu, zvyčajne vyjadrenej v kilowattoch na 100 kubických stôp za minútu (kW/100 cfm). Tento údaj predstavuje množstvo elektrickej energie potrebnej na vytvorenie daného prúdu stlačeného vzduchu pri špecifikovanom tlaku. V dôsledku kombinovaných účinkov nižšieho výkonu olejového čerpadla, zníženého vnútorného odporu a mierne lepšej objemovej účinnosti bude mikroolejový dvojskrutkový vzduchový kompresor vo všeobecnosti vykazovať nižší špecifický výkon ako porovnateľný tradičný model. Napríklad tam, kde tradičný kompresor môže mať špecifický výkon 18 kW/100 cfm, mikroolejová verzia s rovnakou kapacitou môže dosiahnuť 17 kW/100 cfm alebo menej. Tento rozdiel, hoci je na jednotku zdanlivo malý, sa akumuluje do značných úspor nákladov na energiu počas prevádzkovej životnosti kompresora, najmä v aplikáciách s vysokými prevádzkovými hodinami. Toto zníženie špecifického výkonu je najpriamejším a kvantifikovateľným dôkazom zlepšenia účinnosti hlavnej jednotky.

Synergie konštrukčného a riadiaceho systému

Výhody efektívnosti mikroolejového dizajnu sú často zosilnené v spojení s modernými riadiacimi stratégiami, najmä pohonmi s premenlivými otáčkami (VSD). VSD umožňuje kompresoru presne prispôsobiť otáčky motora a výstup vzduchu kolísavým požiadavkám zariadenia, čím sa zabráni plytvaniu energiou spojenou s chodom pri plnom zaťažení a následným odvzdušňovaním alebo chodom naprázdno. Vlastná účinnosť mikro-olejového kompresného prvku poskytuje lepšiu základnú líniu, od ktorej môže VSD fungovať. Keď je dopyt nízky, VSD spomalí kompresor. V mikroolejovom stroji je znížená cirkulácia oleja a nižší vnútorný odpor prítomné pri všetkých rýchlostiach, čo znamená, že výhoda účinnosti je zachovaná v celom prevádzkovom rozsahu, nielen pri plnom zaťažení. Táto synergia medzi efektívnym dizajnom jadra a inteligentným riadiacim systémom umožňuje úspory energie, ktoré presahujú to, čo by každá z týchto technológií mohla dosiahnuť samostatne, najmä v scenároch čiastočného zaťaženia, ktoré sú bežné vo väčšine priemyselných prostredí.