Тепловое расширение в винтовых компрессорах с жидкостным впрыском


В винтовых компрессорах промежутки между роторами и корпусом должны быть небольшими в диапазоне от 30 до 300 мкм. На эти промежутки влияет тепловое расширение при работе винтового компрессора (например, винтовой компрессор группы компаний СК: http://gk-sk.ru/kompressory/vintovye_elektro/). Количество теплового расширения примерно такого же размера, как и зазоры, даже в компрессорах с винтом с масляным впрыском. Особенно при запуске холодного компрессора существуют различия в температуре. Эти разности температур были измерены в винтовом компрессоре с масляным впрыском мощностью 22 кВт для промышленного сжатого воздуха в качестве легко управляемого примера. Измерение температуры в зубах ротора проводилось с помощью датчиков Pt1000 и передачей с помощью беспроводной локальной сети. Результаты показали более низкие разности температур, чем ожидалось. Влияние температуры нагнетания нефти является доминирующим. В больших винтовых компрессорах разницы температур, как правило, больше из-за соображений размеров. Простая численная модель разности температур винтового компрессора с впрыском жидкости позволяет экстраполяцию для больших роторов.

1. Введение

Предметом этого исследования являются винтовые компрессоры с жидкостным впрыском. К ним относятся винты с масляным впрыском для промышленного сжатого воздуха, самый широкий воздушный компрессор в промышленности. И есть также компрессоры с технологическим газовым винтом в химической промышленности, часто очень крупные машины. Они часто имеют инъекцию с водой, маслом или технологической жидкостью.


Рисунок 1. Вид на винтовой компрессорный блок с масляным впрыском.


На рисунке 1 показан такой блок винтового компрессора. Специальных уплотнений для рабочих камер нет, только незначительность зазоров дает эффект уплотнения. Размер зазора составляет около 30 мкм в небольших компрессорах и до 300 мкм в больших компрессорах. Слишком большие зазоры вызывают повышенную утечку между рабочими камерами и более низкую эффективность, слишком малые зазоры создают заклинивание и часто полное повреждение блока винтового компрессора. Объем теплового расширения примерно такого же размера, как и зазоры. Пока роторы и корпус имеют одинаковый коэффициент теплового расширения, а их температуры одновременно растут и падают, ширина зазора остается практически неизменной. Но это не предусмотрено. Чтобы уточнить это, это расследование было сделано. Как видно на рисунке 1, зубцы роторов ворот более тонкие, чем у основного ротора. Поскольку тонкие части более склонны к быстрому нагреву и охлаждению, исследование концентрировалось на этих зубах и на корпусе.

2. Тип винтового компрессора

Станок для испытаний был типичным винтовым компрессором с масляным впрыском для промышленного воздуха с типом S29, с мощностью вала 29 HP, с фиксированной скоростью (около 4200 об / мин для 10 бар (г)) и охлаждался окружающим воздухом , рис. 2. Корпус блока винтового компрессора выполнен из серого чугуна; роторы имеют сфероидальный чугун (практически одинаковый коэффициент теплового расширения для обоих).

Он был выбран из-за того, что он был типичным и управляемым для теста: не слишком большой, что вызвало более высокие издержки, не слишком малым, что позволило использовать стандартные температурные зонды. Схема потока воздуха и масла: масло отделяют от сжатого воздуха, охлаждают и рециркулируют. Машина запускается по требованию сжатого воздуха и отключается, когда удовлетворяет спрос на воздух. Запуск и остановку можно повторять много раз в час. Нагрев машины происходит от тепла сжатия и от потерь.

3. Способ измерения

Тепловое поведение обсадной колонны измерялось стандартным способом, с небольшими термопарами, встроенными в крошечные отверстия, просверленные в корпус и закрепленные клеем.

Измерение температуры в зубцах ротора затвора требует небольших температурных зондов, чтобы не влиять на тепловой поток. В этом случае подходят небольшие Pt1000-зонды в небольших отверстиях, закрепленные с помощью теплопроводного (0,1 Вт / м * К) клея. Напряжение термосигнала невелико и требует преобразования в прочный сигнал перед отправкой от вращающегося ротора на записывающее устройство. После сравнения различных методов было выбрано использование электронного устройства, вращающегося вместе с ротором, и отправки сигнала температуры в цифровой форме WLAN на записывающее устройство. Это привело к низкой стоимости (почти независимо от количества температур) и надежной передаче для нескольких температур (если передача нарушена, результаты не сфальсифицированы, либо они передаются правильно, либо нет сигнала). Напряжение питания передается одним контактным штифтом и угольной щеткой.

Вращающиеся части заключены в пластмассовую часть (изготовленную как вращающаяся заготовка), поддерживая давление и масло и позволяя передавать сигналы WLAN. WLAN-сигналы принимались и записывались со стандартным персональным компьютером. Скорость передачи сигнала составляла 1 запись данных о температуре в секунду. Более высокая скорость передачи возможна, но в этом случае не требуется. Подача электрической энергии через контактный штифт (с замыканием электрической цепи через шариковые подшипники ротора и кожух) не подходит для долговременных измерений из-за износа; в этом случае предложение через индукцию было бы лучше. Измерение температуры на электронных устройствах, рассчитанное на максимум 85 ° С, показало температуру более 10 К ниже. Количество точек измерения температуры в роторе ограничено только количеством отверстий, которые можно просверлить без ослабления ротора, поэтому возможно 6-20.

4. Результаты

Максимальные разности температур между зубцом ротора и корпусом регистрировались при запуске холодного компрессора. Температура впрыска масла показывает всплеск в 13:23, вызванный задержкой в термостате. Когда температура масла достигает 60 ° C, термостатический клапан не открывается сразу; это занимает около полуминутки, пока воск не расплавится и клапан не откроется. Перед тем, как открывается термостатический клапан, температура быстро возрастает, после чего они растут медленнее, и через четверть часа они почти достигают устойчивого состояния. Только температура обсадной колонны на конце низкого давления роторов и температура зуба ротора затвора на конце низкого давления показывают гораздо более медленную реакцию. Поскольку масло впрыскивается в уже закрытую рабочую камеру, масло достигает этих точек только косвенно и в малом количестве. После остановки компрессора температура сходится, а затем медленно возвращается к температуре окружающей среды.

Температурный всплеск в 13:23 находится в температуре на выходе и температура ротора затвора на конце высокого давления тоже, что показывает очень сильное влияние температуры на входе масла на весь блок винтового компрессора. Температуры обсадной колонны показывают большую инертность (более медленную реакцию / большую задержку) по сравнению с соответствующей температурой зубца ротора, но разница ниже, чем между концом высокого давления и нижним давлением.

Испытательные прогоны повторялись несколько раз, а повторяемость составляла <2 К.

Разница температур между зубцом ротора и корпусом затвора достигает максимума примерно через 1-2 минуты после запуска во время температурного всплеска с примерно 12 К. В установившемся режиме разница составляет всего 2 К (конец высокого давления) или 4 К ( конец низкого давления).

При вычислении изменения диаметра и изменения зазора в результате разности температур (затвор-ротор - обсадка) на конце высокого давления и на конце низкого давления максимальное изменение зазора составляет всего около 8 мкм.

Заключение. Разность температур между зубцом ротора и корпусом ниже, чем мы ожидали для винтовых компрессоров среднего давления с масляным впрыском, а основное влияние на температуры - на масляный термостат.


Thermal expansion in liquid-injected screw compressors
Ulrich Daemgen, Patrick Hadamitzky, Joachim Dohmann


Авторизация
Забыли свой пароль?