La compressione del gas è un processo che consuma energia esterna per far sì che il gas acquisisca energia potenziale di pressione, e il compressore è il creatore del gas compresso. Pertanto, le prestazioni fondamentali del gruppo di compressione a vite sono inscindibili da questi quattro aspetti: pressione, portata, potenza e potenza specifica.
Prestazioni di base del gruppo di compressione a vite – pressione
L'ottenimento dell'energia potenziale di pressione dell'aria compressa è la funzione più elementare di un compressore d'aria, e il compressore a vite non fa eccezione. La sezione di compressione del compressore a vite aumenta la pressione dell'aria consumando energia esterna. Maggiore è la pressione, maggiore è l'energia consumata e maggiori sono i requisiti per la sezione di compressione. Solitamente, i compressori d'aria vengono suddivisi in quattro categorie in base alla pressione di uscita:
Bassa pressione: 0,2~1,0 MPa Media pressione: 1,0~10 MPa Alta pressione: 10~100 MPa Pressione ultra-alta: superiore a 100 MPa
Il compressore d'aria a vite ha generalmente una pressione di uscita compresa tra 0,2 e 4,0 MPa, il che significa che le sue prestazioni, la sua fattibilità e la sua economicità sono ottimali in questo intervallo. Ciò è determinato dalla struttura e dalla modalità di funzionamento del gruppo compressore e rappresenta anche il segmento di pressione con la maggiore domanda di mercato.
La pressione dell'aria compressa fornita dal compressore d'aria viene misurata principalmente dal rapporto di pressione, che è il rapporto tra la pressione di uscita Pd e la pressione di aspirazione Ps. Maggiore è il rapporto, maggiore è la pressione di uscita. ε=Pd/Ps Formula (6)
Per il motore principale del compressore d'aria a vite, esistono un rapporto di pressione interno e un rapporto di pressione esterno.
Rapporto di pressione interna: il rapporto tra la pressione nel volume interdentale del motore principale e la pressione di aspirazione, che è determinata dalla posizione e dalla forma delle luci di aspirazione e di scarico;
Rapporto di pressione esterna: il rapporto tra la pressione nel tubo di scarico e la pressione di aspirazione. Le pressioni di aspirazione e di scarico richieste per le condizioni operative o il flusso di processo.
Quando il rapporto di pressione interna è diverso dal rapporto di pressione esterna, il motore principale consuma più potenza; quando il rapporto di pressione interna è uguale al rapporto di pressione esterna, il motore principale opera nelle condizioni ottimali.
Per quanto riguarda il motore principale del compressore d'aria a vite, a parità di motore principale, temperatura ambiente, pressione di aspirazione, velocità del motore principale e altri fattori, maggiore è la pressione di uscita, maggiore è il consumo di energia.
Prestazioni di base della sezione di compressione a vite – flusso
Il flusso è generalmente composto da flusso di massa e flusso volumetrico. Nelle specifiche e negli standard del settore dei sistemi di compressione dell'aria, si utilizza solitamente il flusso volumetrico come metodo di misurazione del flusso, chiamato anche volume di scarico o flusso nominale nel mio paese: alla pressione di scarico richiesta, il volume di gas scaricato dal compressore d'aria per unità di tempo viene convertito allo stato di aspirazione, ovvero al valore volumetrico della pressione di aspirazione nel tubo di aspirazione del primo stadio e alla temperatura e umidità di aspirazione. L'unità di misura è m³/min. Il flusso volumetrico si suddivide in flusso volumetrico effettivo e flusso volumetrico standard.
Solitamente, campioni, selezioni e targhette delle macchine utilizzano la portata volumetrica standard. A causa del settore, della regione e dell'utilizzo, la portata volumetrica standard nel mercato dell'aria compressa ha due definizioni a seconda della differenza nello stato standard (temperatura, pressione e componenti):
Le condizioni standard sono: pressione P=101,325 kPa; temperatura standard T=0 °C; umidità relativa pari allo 0%. Si riscontrano spesso nei documenti relativi a gas industriali, industria chimica o gare d'appalto, dove vengono indicate come "quadrato standard", solitamente con il simbolo "VN" e l'unità di misura Nm³/min.
Le condizioni standard sono: pressione P = 101,325 kPa; temperatura standard T = 20 °C; umidità relativa = 0%. Sono generalmente utilizzate negli standard del settore dell'aria compressa e vengono definite "condizioni operative standard". Il simbolo è solitamente "V" e l'unità di misura è m³/min.
Solitamente, la portata volumetrica standard utilizzata nel nostro settore dei compressori d'aria è la seconda. La conversione della portata volumetrica tra i due stati può essere calcolata con la seguente formula:
V(m3/min)=1.0732VN(Nm3/min) Formula (7)
Per il motore principale del compressore d'aria a vite, a parità di altre condizioni, maggiore è la distanza tra gli assi del rotore, maggiore è la sua portata volumetrica; maggiore è la velocità del motore principale, maggiore è la sua portata volumetrica.
VPortata volumetrica = qv volume di compressione del motore principale × n velocità della testata Formula (8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 Formula (9)
Dove Z1 è il numero di denti del rotore maschio; n è la velocità del rotore maschio; λ è il rapporto d'aspetto del rotore; D è il diametro esterno del rotore maschio.
Pertanto, per ragioni economiche, di solito riduciamo il numero di motori principali e possiamo regolare il volume di scarico del compressore d'aria determinando la velocità del motore principale per soddisfare la domanda del mercato.
Tuttavia, la velocità del motore principale del compressore a vite non può essere infinitamente elevata, solitamente è compresa tra 800 e 10.000 giri/minuto. Pertanto, il produttore del motore principale del compressore a vite sviluppa motori con diverse gamme di portata volumetrica per soddisfare i requisiti di portata del compressore a vite.
In base alla diversa portata volumetrica dell'aria compressa, i compressori d'aria possono essere generalmente suddivisi in:
Microcompressore<1m3>10～<100 m3min; large compressor ≥100 min
Il compressore d'aria a vite principale è adatto per macchine singole con portate da 1 a 100 m³/min, risultando il più affidabile ed economico, nonché il modello principale sul mercato dei compressori d'aria.
Maggiore è la pressione, maggiore è il consumo di energia del motore principale; maggiore è la portata volumetrica, maggiore è il consumo di energia del motore principale
Minore è il valore della potenza specifica del motore principale del compressore d'aria a vite, minore è il suo consumo energetico e migliori sono le prestazioni del motore principale. A parità di portata, maggiore è la pressione di uscita, maggiore è la potenza all'albero del motore principale e quindi maggiore è il suo valore di potenza specifica.
Ogni motore principale di un compressore d'aria a vite ha un valore di potenza specifica ottimale, che è correlato alla velocità di rotazione del motore. Quando la velocità del motore principale è troppo bassa, le perdite aumentano, il volume di gas diminuisce e il valore di potenza specifica aumenta; quando la velocità del motore principale è troppo alta, l'attrito aumenta, la potenza all'albero aumenta e il valore di potenza specifica aumenta. Tuttavia, deve esistere una velocità ottimale che minimizzi il valore di potenza specifica. Per questo motivo, non è necessariamente corretto affermare che maggiore è la dimensione del motore principale, maggiore è il risparmio energetico.
Nella progettazione di compressori d'aria a vite e compressori d'aria a frequenza variabile, oltre a garantire la qualità, è fondamentale considerare anche l'economicità, la standardizzazione e la modularità del motore principale. Pertanto, utilizzeremo la curva di potenza specifica del motore principale per progettare e sviluppare compressori d'aria a vite con diverse pressioni e portate.
Data di pubblicazione: 11 settembre 2024
