螺杆压缩机油气分离器的设计与应用(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)合肥通用机械研究院 作者:李蔚蔚

1、前言

  随着我国国民经济建设的持续增长,各类压缩机的需求量不断增大,同时也对压缩空气的质量要求进一步提高。如何获得含油量低、洁净的高品质压缩空气,是压缩机行业和用户十分关注的一个课题。

  近年来,合肥通用机械研究院在开发研制新系列LHC-28/147型螺杆- 活塞串联空压机组过程中,对螺杆压缩机油气分离器进行了重新设计,据试验和用户使用表明,该压缩空气质量、耗油量均达到控制目标。新设计的油气分离器,体积较老型号产品明显减小,油气分离芯的使用寿命增加,保证了机组运转的可靠性。本文详细介绍该油气分离器相关设计、试验及使用情况。

2、结构设计

  本机组螺杆压缩机油气分离器由粗分离和精分离两部分组成,如图1所示。其中粗分离部分由进气管、折流板、罐体、及出油管等组成;精分离部分由油气分离芯、回油管组成。油气分离芯为双层结构第一层为细微粒层,由具有一定厚度和孔隙的硼硅酸盐玻璃纤维制成。这种几乎不能粘接的微米级纤维纸可确保不同润滑油的稳定性,并可在较高温度下工作。第二层由聚酯合成纤维制成。这种复合过滤材料抗压强度高,并通过多层结构合成的纤维能获得最佳过滤效果。

3、工作原理

3. 1、粗分离过程

  由图1所示,来自螺杆压缩机的油气混合气从切向布置的进气管进入,沿罐体内侧切向流动并在由折流板构成的容器中进行碰撞,通过惯性和重力作用将体积大的油滴粗分离出来,油从出油管流出,粗分离后油气混合气进入油气分离芯进行精分离。

油气分离器结构示意 

图1 油气分离器结构示意

  切向布置的进气管使油气混合气沿罐体内侧切向流动,这样能最大限度降低气流的流动阻力;而由折流板及挡油板构成的上、下、末端均封闭且两侧与罐体相通的容器,不仅可充分利用惯性和重力分离油滴,还可有效防止带压力的油气直接对油气分离芯的冲击破坏,同时还可避免油气向下冲击使罐体底部的油上窜。

3. 2、精分离过程

  经过粗分离后油气进入油气分离芯进行精分离,且回油管将残油回收,洁净的气体从保压止回阀排出。

  油气分离芯进行精分离的工作原理为“聚合作用”。油气分离芯所用的微米级的玻璃纤维层将油滴从压缩空气中分离出来,然后粘聚成较大的油滴,重新回到压缩机油路中。这种分离过程可达到亚微米级,从而确保压缩机的油耗量和进入到压缩空气管路中的油量为最小。油气分离共分3个步骤实现:

  (1)油滴分离。油滴从压缩空气中分离出来的各种物理方法对微米级的玻璃纤维吸收细油滴的效果影响因油滴大小而异。纤维的数量、直径和油气流速是决定分离效果的决定因素。图2为通过试验得出的油滴分离效果图(过滤纤维直径为3μm) 。从图中可以看到,较大的油滴流速越高,分离效果越好;而较小的油滴,则流速越低,分离效果越好。

滴分离效果图 

图2 油滴分离效果图(滤芯纤维直径为3μm)

  (2)细微油滴分离。细微油滴在第一次分离阶段聚合成较大的油滴,油滴穿过玻璃纤维层,并在重力作用下沉到干净空气端的底部。空气中的残余的少量油滴在第二次分离阶段继续分离。因此在设计油气分离器芯时,不但要选择合适微米级的玻璃纤维过滤材料,同时还要求具有低的流动阻力,这样才可确保空气中的绝大部分油滴分离出来,并被排除掉。根据试验获得的相对负载与流阻关系图(图3) ,可以看出: 当相对负载在70%~130%时,油气分离器芯的流阻值为0.12~0.27;在这个区间内选择流阻为0. 17~ 0. 22是比较合理的。

相对负荷与流阻关系 

图3 相对负荷与流阻关系

  (3)回油收集。根据油气分离芯的设计原理:油/气混合气由外向内流动,LHC - 28 /147型串联空压机组的螺杆压缩机油气分离器采用了一个位于油气分离芯中心的、稍离开底部的回油管(见图1)将沉积在油气分离芯底端的油抽出。

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