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空壓機(jī)后冷卻器原理分析與選用

  【壓縮機(jī)網(wǎng)】所有大氣中都含有一定量的水蒸氣,在某些環(huán)境中,濕度水平可能會變得很高,但是,為了保持壓縮空氣設(shè)備連續(xù)地運行,保持環(huán)境干燥至關(guān)重要。這是因為在壓縮空氣時,空氣中的濕氣濃度會變得更高。為應(yīng)對這種含濕量的一種方法是空壓機(jī)后端必須設(shè)置后冷卻器,本文主要簡述后冷卻器的工作原理。

  一、物質(zhì)間熱量傳遞的三種方式

  一個物體內(nèi)溫度不同、不同物體或系統(tǒng)間存在溫度差都會發(fā)生熱傳遞,直到溫度相同為止,熱傳遞才結(jié)束。物質(zhì)間熱傳遞三種形式:導(dǎo)熱、對流和輻射。一般情況下,熱傳遞的三種形式會同時發(fā)生,但是并不同量。

 ?。?)導(dǎo)熱是通過粒子的直接接觸而傳遞熱量。它發(fā)生在兩個固體間,或者是在氣體或液體的薄層間進(jìn)行。振動原子釋放出它們的部分動能,傳遞給相鄰的震動較小的原子。

 ?。?)對流是溫度高的固體表面與相鄰靜止或移動流體(氣體或液體)之間傳熱,其中流體的某部分與其它流體混合會加強對流作用。它可以是自然對流,即密度不同導(dǎo)致的自然流動,這主要是因為溫度不同。或由機(jī)械作用而產(chǎn)生的流體運動即強制對流,例如風(fēng)機(jī)。由于較高的混合速度,強制對流會產(chǎn)生較強的熱傳遞。

  (3)熱輻射是通過空間來傳遞熱量的。所有溫度高于0K(絕對零度)的物體都會通過電-磁輻射向周圍釋放熱量。當(dāng)熱輻射到某物體,部分能量就被吸收,加熱該物體。未被吸收的熱量則通過該物體或被物體反射。

  現(xiàn)實情況下,熱傳遞是熱量通過導(dǎo)熱、對流和輻射三者來一起傳遞的總和。

  二、螺桿壓縮機(jī)熱量的來源與分布

  螺桿空壓機(jī)的動力來源為電能,根據(jù)熱力學(xué)第一定律即能量守恒與互換定律,輸入的電能轉(zhuǎn)化為電動機(jī)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能(電機(jī)的輸出功率P2)+電動機(jī)發(fā)熱的熱能Q兩部分,稱之為電機(jī)的輸入功率P,電動機(jī)的輸出功率P與電動機(jī)的輸入功率P之比的百分?jǐn)?shù),叫做電動機(jī)的效率η。因此,電機(jī)發(fā)熱的熱量大小取決于電機(jī)的效率值η,效率值η越大,電動機(jī)的輸出功率增大,電動機(jī)的發(fā)熱量減小。

  螺桿空壓機(jī)的電動機(jī)通過聯(lián)軸器與壓縮機(jī)的輸入軸連接在一起,電動機(jī)的輸出功率P通過聯(lián)軸器直接傳遞給壓縮機(jī)的輸入軸,稱之為壓縮機(jī)的輸入功率,又叫做壓縮機(jī)的軸功率P軸。由于聯(lián)軸器的傳遞效率非常高,可以忽略其傳遞時的能量損失,即認(rèn)為電動機(jī)的輸出功率P=壓縮機(jī)的軸功率P軸。根據(jù)壓縮機(jī)的工作過程及熱力學(xué)第一定律原理在熱與功方面的轉(zhuǎn)化關(guān)系,壓縮機(jī)的軸功率P軸最終轉(zhuǎn)換為壓縮氣體的內(nèi)能及釋放出熱量。

  綜合以上的分析,噴油螺桿空壓機(jī)的熱量分布,其細(xì)分有電機(jī)散熱量Q,主機(jī)外表的散熱量Qz,油氣及其管路外表的散熱量Qyr,油冷卻器外表的散熱量Q,后冷卻器外表的散熱量Qh,油冷卻器散熱量Q,后冷卻器氣體散熱量Qhs,進(jìn)出口空氣含濕量差(冷凝水)的熱量Qs,對于噴油螺桿壓縮機(jī)其供氣溫度要求與進(jìn)氣溫度一致,故不存在壓縮氣體能額外帶走的熱量。那么這些熱量怎么處理?只有一種方法——加裝換熱器,將熱量散發(fā)出去。

  三、換熱器選型計算及公式

  (1)求熱負(fù)荷Q,

  ρ·Cp·Δt·G=Q

  (2)求冷熱流體進(jìn)出口溫度,

  t2=t1+Q/G·ρ·Cp

  (3)冷熱流體流量,

  G=Q/ρ·Cp·(t2-t1)

  (4)求平均溫度差Δtm,

  Δtm=(T1-t2)-(T2-t1)/In(T1-t2)/(T2-t1)或Δtm=(T1-t2)+(T2-t1)/2

  (5)選擇板型

  若所有的板型選擇完,則進(jìn)行結(jié)果分析。

  (6)由K值范圍,計算板片數(shù)范圍Nmin,Nmax

 ?。蝝in=Q/Kmax·Δtm·FP·β

  Nmax=Q/Kmin·Δtm·FP·β

  (7)取板片數(shù)N(Nmin≤N≤Nmax)

  (8)取N的流程組合形式,若組合形式取完則做(7)。

  (9)求Re、Nu

  Nu=W·Re·de/v

  Nu=a1 Re2 Pr3

  (10)求a,K傳熱面積F

  F=Nua·λ/de

  K=1/ah+1/ac+γc+γc+δ/λ0

  F=Q/K·Δtm·β

  (11)由傳熱面積F求所需板片數(shù)NN,NN=F/Fp+2

  (12)若N<NN,做(8)。

  (13)求壓降Δp

  Δp=Eu·a·Rea5

  Δ=Eu·ρ·W2·φ

  (14)若Δp>Δ,做(8);

  若Δp≤Δ允,記錄結(jié)果,做(8)。

  注:1.(1)、(2)、(3)根據(jù)已知條件的情況進(jìn)行計算。

  2.當(dāng)T1-t2=T2-t1時采用Δtm=(T1-t2)+(T2-t1)/2

  3.修正系數(shù)β一般在0.7~0.9。

  壓降修正系數(shù)φ,單流程φ度=1~1.2,二流程、三流程φ=1.8~2.0,四流程φ=2.6~2.8。a1、a2、a3、a4、a5為常系數(shù)。

90.jpg

  上圖顯示了在逆流與平行流的換熱器中溫度的梯度變化。

  四、空氣壓縮機(jī)后冷卻器的作用

  后冷卻器冷卻熱壓縮空氣,同時除去冷凝水,這可防止?jié)駳庠趬嚎s機(jī)管道系統(tǒng)中積聚。空氣壓縮機(jī)后冷卻器為水冷式或風(fēng)冷式,通常配有水分離器和自動排放裝置。為了有效地工作,務(wù)必在空氣壓縮機(jī)附近安裝后冷卻器。許多壓縮機(jī)都配有內(nèi)置后冷卻器,如果安裝正確,后冷卻器將收集空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的大部分冷凝水。通常,流經(jīng)后冷卻器的壓縮空氣溫度比冷卻液溫度高10℃左右。

  五、如何配備后冷卻器

  借助這種內(nèi)置設(shè)備,多達(dá)70%的濕氣會轉(zhuǎn)化為水并被排出。根據(jù)企業(yè)的應(yīng)用,企業(yè)可能需要添加額外的后冷卻器,比如進(jìn)口一線品牌(如阿特拉斯·科普柯、壽力等)一般都配有后冷卻器外加油污過濾器,有效的將后冷卻器中冷凝出來的水分自動排放。后冷卻器通常非常高效,確保在連接到壓縮機(jī)時不會造成空氣壓力損失。此外,它們通常不會增加需求或額外的能源成本。

  后冷卻器分為水冷式與風(fēng)冷式,性能對比如下:

  對于水冷式后冷卻器,冷卻水和氣流的送方向相反,以保持干燥的環(huán)境。

  對于風(fēng)冷式后冷卻器,電風(fēng)扇推動冷卻空氣流經(jīng)散熱片,以排出水蒸氣。此過程需要消耗一些能源。

  這兩種類型都配有排放裝置,以確保正確地除去濕氣。此外,為了確保耐久性一般使用不銹鋼等耐用材料制造后冷卻器。這些要素可確保較長的使用壽命,便于清潔和維護(hù)。另外,選擇后冷卻器取決于空壓機(jī)產(chǎn)生/需要的空氣壓力。通常,風(fēng)冷式機(jī)型適用于空氣流量較低的應(yīng)用,而水冷式機(jī)型則可以支持更高的容量。

標(biāo)簽: 后冷卻器空壓機(jī)原理  

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