La compressione del gas è un processo che consuma energia esterna per far sì che il gas acquisisca energia potenziale di pressione. Il compressore è il creatore del gas compresso. Pertanto, le prestazioni di base della sezione di compressione del compressore d'aria 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 dei compressori d'aria, e i compressori a vite non fanno eccezione. Il motore principale dei compressori 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 il motore principale. Solitamente, i compressori d'aria vengono suddivisi in quattro categorie in base alla pressione di uscita:
Bassa pressione: 0,2~1,0 MPa
Pressione media: 1,0~10 MPa
Alta pressione: 10~100 MPa
Pressione ultraelevata: superiore a 100 MPa
I compressori d'aria a vite hanno generalmente una pressione di uscita compresa tra 0,2 e 4,0 MPa, il che significa che le loro prestazioni, la loro fattibilità e la loro economicità sono migliori 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 viene misurata principalmente tramite il rapporto di pressione, ovvero 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 industriali 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 riscontra spesso nei documenti relativi a gas industriali, industria chimica o gare d'appalto, dove viene indicato come "quadrato standard", solitamente con il simbolo di formula "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.
V portata 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.
Potenza specifica e calcolo dell'estremità di compressione dell'aria del compressore a vite
La potenza specifica assorbita dall'albero per unità di portata volumetrica durante il funzionamento del gruppo compressore. L'unità di misura della potenza specifica è: kW/(m³/min).
La formula di calcolo è la seguente:
SER air end = Pd air end/qv Formula (10)
Gruppo di compressione Pd – albero motore del gruppo di compressione;
qv – portata volumetrica dell'estremità dell'aria per unità di tempo
Il suo valore di potenza specifica è:
Gruppo vite SER = 117/23,1 = 5,065 (kW/(m3/min))
Minore è il valore della potenza specifica del gruppo di compressione a vite, minore è il suo consumo energetico e migliori sono le sue prestazioni. A parità di portata, maggiore è la pressione di uscita, maggiore è la potenza dell'albero del gruppo di compressione e quindi maggiore è il suo valore di potenza specifica.
Ogni compressore a vite ha un valore di potenza specifica ottimale, che è correlato alla velocità del motore principale. 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. Ma 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 a vite e compressori a frequenza variabile, è fondamentale garantire la qualità, tenendo conto al contempo di fattori quali economicità, standardizzazione e modularità del motore principale. Pertanto, utilizzeremo la curva di potenza specifica del motore principale per progettare e sviluppare compressori a vite con diverse pressioni e portate.
Data di pubblicazione: 17 luglio 2024
