多角度实现压缩机节能

2009-19期驱动

MM《现代制造》 2016-01-11

访Almig压缩机公司产品经理Volker Thomassen先生

图1 Almig压缩机公司产品经理Volker Thomassen先生

空气压缩机的轴在旋转过程中利用螺旋状的齿面来啮合，两根轴缠绕在一起，以便将流动的气体以最小的体积挤压出去。在此过程中，较大的摩擦力和齿面间的空气泄漏，对提升压缩机效率有着很大的干扰作用。

Almig压缩机公司的产品经理Volker Thomassen先生说：“效率问题一直是空气压缩技术领域的热门话题。”(图1)空气压缩系统的效率问题究竟有多糟糕，通过下面的数字就可以说明：生产相当于1 kW h的压缩空气，所要消耗的电力为20 kWh。而约有10%的工业用电都消耗在压缩空气的生产中。

改善控制和防止泄漏

目前，空气压缩机制造商在为用户优化空压机站时主要从两个方面入手，即改善压缩机的控制和减少泄漏。多年来，空压机制造商始终坚持从这两个方面挖掘节能潜力。现在，空压机制造商又发现了新的节能途径。

2008年，压缩机生产厂在新的节能领域获得了很大突破：将过去的负载-空载调节更换为更加节能的转速调节驱动技术。“将来，我们会在这一领域做更多工作，进一步优化转速可调的驱动电机的性能，提高转速调节系统的效率，把EPAM永磁电机推荐给用户。” Almig公司的专家Volker Thomassen先生在谈到空压机技术未来的趋势时说。

在今后几年内，还将推广另外一个很有意义的节能优化途径，即压缩机设计技术优化和压缩机零部件的合理匹配。在这一节能途径中，压缩机零部件几何形状的优化是一个关键问题。“尤其是螺杆空气压缩机，其在可靠性、大功率和节能等方面都对研发水平提出了很高的技术要求。而在此环节中，螺杆泵的泵体和驱动电机的效率方面也有着许多可以改进提高的细节。与此相似，旋转活塞式压缩机和活塞式压缩机也有着同样的节能潜力。”Kaeser压缩机厂的Michael Bahr先生说。就螺杆齿形的优化来讲，他认为，“已经没有多大的优化潜力了”。

图2 Atlas Copco公司的无油压缩机业务经理Reimund Scherff先生

改进压缩机的结构设计

在通过改进螺杆齿形挖掘节能潜力这一认识上，各压缩机生产厂家的观点有很大差距。Almig压缩机厂的产品经理Volker Thomassen先生认为：“可以肯定地说，喷油润滑的螺杆泵齿形优化已经不像压缩机其他零部件优化那样有很大的潜力了。”

图3 一些压缩机生产商将目光聚焦在螺杆齿形上，希望通过改进齿形形状提高系统的能源利用率

而Atlas Copco公司的看法则完全相反，该公司负责无油压缩机业务的经理Reimund Scherff先生说：“利用我们在新型GA系列螺杆式空气压缩机中的多项设计改进，能够节能11%。” (图2)Reimund Scherff先生认为，压缩机的新型结构设计就能实现50%的节能目标。有一点是可以肯定的，即通过新型的非对称螺杆齿形可以明显降低压缩机的体积损耗(图3)。此外，其还将水-气分离器也集成到压缩机系统中，通过使用转速调节的驱动电机，进气侧的过滤器寿命也延长了一倍。据Scherff先生说，螺杆式空气压缩机的两螺杆齿形是按照非常节能的齿形比6+4制造的。也就是说，两根螺杆一个是六齿，一个是四齿。“这一啮合副刚性的增强可明显降低能源消耗。”Scherff先生说。

Boge压缩机公司产品营销负责人Jürgen Hütter先生也表示：“正确的齿形与空气压缩机系统的具体细节有着密不可分的关系。”(图4)为此，Boge公司的工程师对压缩机进行了长期的研发改进。Hütter先生继续说：“在有些人认为螺杆齿形改进已经没有潜力可以挖掘时，我们一直坚持，继续进行新的研发，对我们现有的产品进行优化。”

在螺杆式空气压缩机的几何齿形优化改进中，另一个重要的趋势就是对其冷却系统的优化：在无油空气压缩机中，越来越多的采用了喷水冷却润滑技术。几年前，在多数工业应用中生产和使用无油压缩空气都是不必要的，而且价格昂贵。而今天，许多生产厂在其新的企业规划中或者在其压缩空气供应系统的现代化改造中都理所当然的按照DIN ISO 8573-1标准等级1的要求把无油压缩空气作为需求目标。

市场需求的增加也推动了螺杆齿形的改进，Almig公司的Volker Thomassen先生说：“在水冷压缩空气生产系统中，通过对螺杆齿形几何参数的改进肯定还有很高的优化潜力可以挖掘。”不可否认的是，在今天，喷水冷却的无油压缩机已经使人们不必再为压缩后的空气温度而担忧。其压缩后的空气温度为40~50℃，已经非常接近隔热式压缩机了，而其价格却比喷油润滑的成本低50%左右。