1、前言
　　風(fēng)扇和換熱器是螺桿壓縮機(jī)機(jī)組的重要組成部件,它們匹配是否合理直接影響到壓縮機(jī)系統(tǒng)的性能好壞[1]。換熱器和風(fēng)扇選用不當(dāng),不僅會(huì)造成壓縮機(jī)產(chǎn)生很大的噪聲,而且會(huì)使壓縮機(jī)的排氣溫度升高,且超過(guò)規(guī)定的排氣溫度時(shí),會(huì)使壓縮機(jī)高溫跳機(jī),不能正常工作;同時(shí)壓縮機(jī)的排氣溫度太高還會(huì)使循環(huán)冷卻油長(zhǎng)期處于較高的溫度,加速壓縮機(jī)油的老化,甚至?xí)斐蓧嚎s機(jī)油的結(jié)碳[2]。本文在37ｋＷ的噴油螺桿空壓機(jī)上,通過(guò)Ｌ8(27)正交試驗(yàn),分析選取與風(fēng)扇和換熱器匹配所相關(guān)的6個(gè)因素(潤(rùn)滑油的種類、冷卻器的散熱面積和厚度、風(fēng)扇直徑、扇葉角度、風(fēng)扇電機(jī)頻率以及環(huán)境溫度)進(jìn)行了正交試驗(yàn)研究,通過(guò)對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,得出影響風(fēng)扇和換熱器匹配的主要因素以及這些因素對(duì)壓縮機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響。

　　2、正交試驗(yàn)
　　進(jìn)行正交試驗(yàn)前,必須先設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)表格,合理地選擇試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn),通過(guò)較少量的試驗(yàn)獲得較多的信息,以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的[3],如表1,2所示。
 
 

 　　 3、試驗(yàn)結(jié)果及分析
　　各因素對(duì)壓縮機(jī)性能的影響如圖1～4所示(圖中,1為油的種類對(duì)結(jié)果的影響;2為換熱器的厚度對(duì)結(jié)果的影響;3為扇葉角度對(duì)結(jié)果的影響;4為風(fēng)扇直徑對(duì)結(jié)果的影響;5為風(fēng)扇電機(jī)的頻率對(duì)結(jié)果的影響;6為環(huán)境溫度對(duì)結(jié)果的影響)。
　　3.1　各因素對(duì)壓縮機(jī)排氣溫度的影響
 　　各因素對(duì)壓縮機(jī)排氣溫度的影響見(jiàn)圖1。
 
　　從圖1可以看出,影響壓縮機(jī)排氣溫度的因素主要為環(huán)境溫度,其次為換熱器的厚度及風(fēng)扇電機(jī)頻率。在排氣壓力為0.7ＭＰａ時(shí),各因素對(duì)排氣溫度的影響如下:
　　(1)環(huán)境溫度高則吸氣溫度高,壓縮機(jī)的排氣溫度也高,環(huán)境溫度為46℃時(shí)的排氣溫度比16℃時(shí)的排氣溫度高28℃。
　　(2)換熱器越厚,壓縮機(jī)的換熱效果越好,排氣溫度越低。換熱器厚度為90ｍｍ時(shí)的排氣溫度比65ｍｍ時(shí)的排氣溫度低4.1℃;換熱器的厚度對(duì)壓縮機(jī)的排氣溫度影響并不是很大,所以,為了改善換熱效果,盲目地通過(guò)增大換熱器的厚度并不能起到良好的效果。因?yàn)殡m然換熱器厚度增大后會(huì)使換熱面積增大,但同時(shí)也會(huì)使換熱器阻力增大,通過(guò)換熱器的冷風(fēng)流速降低,致使換熱效果變差。
　　(3)風(fēng)扇電機(jī)的頻率高則風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速快,單位時(shí)間內(nèi)的排風(fēng)量就大,冷卻效果好,排氣溫度低,風(fēng)扇電機(jī)頻率為60Ｈｚ時(shí)比50Ｈｚ時(shí)的排氣溫度低1.4℃。在實(shí)際應(yīng)用中,往往環(huán)境溫度、風(fēng)扇電機(jī)頻率是一定的,而增加冷卻器厚度不僅使成本提高,而且效果也不是很好。而改變風(fēng)扇的扇葉角度比加大風(fēng)扇直徑能取得更好的效果。

　　3.2　各因素對(duì)油管路壓力損失的影響
　　各因素對(duì)油管路壓力損失的影響見(jiàn)圖2。由圖可看出,影響油管路壓力損失的主要因素為環(huán)境溫度,其次為油的種類。在排氣壓力為0.7ＭＰａ時(shí),各因素對(duì)油管路壓力損失的影響如下:
　　(1)環(huán)境溫度高則壓縮機(jī)內(nèi)油的溫度也相對(duì)較高,這就使?jié)櫥偷恼扯冉档?從而使流動(dòng)阻力減小,環(huán)境溫度為46℃時(shí)的油管路阻力損失比16℃時(shí)的油管路阻力損失低0.07ＭＰａ;
　　(2)在相同的條件下,合成油的阻力損失比礦物油要略大些,這是由油本身的物理性質(zhì)決定的,本試驗(yàn)中采用合成油時(shí)的油管路壓力損失比采用礦物油時(shí)的壓力損失高16ｋＰａ。
 
　　3.3　各因素對(duì)氣體管路壓力損失的影響
　　各因素對(duì)氣體管路壓力損失的影響見(jiàn)圖3。從圖中可以看出:影響氣體管路損失的主要因素為換熱器的厚度和環(huán)境溫度。在排氣壓力為0.7ＭＰａ時(shí),各因素對(duì)氣體管路壓力損失的影響如下:
　　(1)換熱器越厚,壓縮機(jī)通過(guò)換熱器時(shí)的通流面積就越大,損失就越小。換熱器厚度為90ｍｍ時(shí)的氣體管路壓力損失比65ｍｍ時(shí)的氣體管路壓力損失低6.7ｋＰａ。
　　(2)氣體的粘性也受到環(huán)境溫度的影響,環(huán)境溫度越高,壓縮氣的粘度就越小,流過(guò)管路時(shí)的壓力損失也就越小,環(huán)境溫度為46℃時(shí)的氣體管路阻力損失比16℃時(shí)的低4.3ｋＰａ。

　　3.4　各因素對(duì)噪聲的影響各因素對(duì)噪聲的影響
　　如圖4所示。從圖4可以看出:影響壓縮機(jī)噪聲的主要因素為風(fēng)扇電機(jī)頻率,其次為風(fēng)扇扇葉角度和油的種類。在排氣壓力為0.7ＭＰａ時(shí),各因素對(duì)壓縮機(jī)噪聲的影響如下:
 
 
　　(1)風(fēng)扇電機(jī)頻率大則風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速快,所以噪聲較大,風(fēng)扇電機(jī)頻率為60Ｈｚ時(shí)的噪聲比50Ｈｚ的高2.4ｄＢ;
　　(2)風(fēng)扇的扇葉角度越大,空氣受到的擾動(dòng)越強(qiáng)烈,壓縮機(jī)的噪聲也就越大,扇葉角度為35°時(shí)的噪聲比30°時(shí)的高1ｄＢ;(3)關(guān)于油的種類對(duì)噪聲的影響從理論上來(lái)講幾乎沒(méi)有,但是試驗(yàn)結(jié)果表明其影響還較大,具體的產(chǎn)生原因還有待于進(jìn)一步分析驗(yàn)證。

　　4、結(jié)論
　　(1)各因素對(duì)各個(gè)指標(biāo)的影響并非全是正面的,如增大扇葉角度可以減小壓縮機(jī)的排氣溫度,但同時(shí)卻會(huì)增大壓縮機(jī)的噪聲,所以在確定優(yōu)化結(jié)果時(shí)應(yīng)視對(duì)壓縮機(jī)指標(biāo)的要求而定;(2)據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,最有效經(jīng)濟(jì)的匹配方案為:采用合成油;換熱器厚度為65ｍｍ;扇葉角度選為35°;風(fēng)扇直徑為660ｍｍ;風(fēng)扇電機(jī)頻率為50Ｈｚ。