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进气温度对罗茨空压机流量的影响及修正方法

 

进气温度对罗茨空压机流量的影响及修正方法

  1、前言

  一般情况,罗茨空压机的性能参数均指设计工况下的数据,但在实际应用中,因使用地点和时间的不同,其进气温度、进气压力会与设计工况存在较大偏差,这些偏差会影响空压机的流量、功率等特性[1,2]。对用户而言,一旦罗茨空压机流量、功率等关键性能发生偏差,则会造成气量不够、耗电过多等问题。所以,当环境工况变化时,对空压机性能进行预测和修正能够提前识别偏差量,有利于用户提前应对。本文就进气温度的变化对罗茨空压机质量流量的影响进行讨论,并形成一套有效的修正方法。
 
  2、进气温度对罗茨空压机流量的影响 

  2.1 空压机质量流量

  罗茨空压机属于容积式空压机,其由一对相互啮合的叶轮进行方向相反的旋转,将工作缸体内的气体由进气口推送到排气口,通过排气管道内的气体压力将推送而来的气体进行压缩,达到输送压缩气体的目的。实际上,两个叶轮和叶轮与壳体之间并不接触,彼此具有微小的工作间隙。所以罗茨空压机工作过程中,会造成气体内泄漏[3]。实际质量流量可由式(1)得出
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进气温度对罗茨空压机流量的影响及修正方法

进气温度对罗茨空压机流量的影响及修正方法 
 3、不同进气温度的质量流量修正方法

  利用相似原理讨论工质的可压缩性影响[5],对于同一罗茨空压机,只有进气温度变化时,当转速一致时,Ma、k 值相等,则有
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  因罗茨空压机实际工作中的进气温度范围为-30~45℃,此温度范围,对空气值 影响较小,基本可认为相等,故上式适用于该温度范围的流量修正。

  但罗茨空压机除了工质的可压缩性变化外,其泄漏量也受到进气温度的影响。泄漏量可按下面公式进行修正

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  将式(9)和式(10)代入式(1)中,可得不同进气温度对罗茨空压机质量流量的修正公式

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  4、实验结果与分析

  实验中样机为4叶罗茨空压机,将样机和空压机性能台架放置在环境箱内,采集各个转速下的各个参数。为确保仅有进气温度是实验变量,通过环境箱,设定环境压力为100 KPa,湿度为40%。通过环境箱控制进气温度为-30℃、20℃、45℃,分别测试在150KPa和170KPa排气压力下空压机各转速的流量,空压机转速设置分别为4000rpm、5000rpm、6000rpm、7000rpm。

  通过测试和记录,150KPa和170KPa 排气压力下,空压机流量转速图如图1、图2所示。通过图中所示,不同进气温度下,空压机同一转速的流量是不同的,并且质量流量随着温度升高而降低。

  下面通过式(11)对空压机流量进行修正,分别将-30℃和45℃的流量修正为20℃时的流量,并对修正后的流量进行比较,所得结果如图3、图4所示。

进气温度对罗茨空压机流量的影响及修正方法

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  通过图3、图4对比,-30℃和45℃修正后的流量与20℃实测流量高度吻合。结果说明,对于同一空压机,当仅有进气温度变化时,可通过式(11)进行质量流量修正。修正结果与实测结果具有较好的一致性。

  5、结论

  进气温度的变化对空压机的流量有较大的影响,本文通过理论分析和实验验证的方法,可得到如下结论:
  (1)对于同一空压机,当仅有进气温度变化时,空压机的质量流量随着进气温度的升高而降低;反之,进气温度降低,则质量流量上升。
  (2)对于同一空压机,当仅有进气温度变化时,可通过式(11)进行质量流量修正。修正结果与实测结果具有较好的一致性。

  参考文献
  [1] 邓定国, 束鹏程. 回转压缩机(修订本)[M]. 机械工业出版社, 1989.
  [2] 宋明昌. 进气压力对空压机性能的影响及应用[J]. 压缩机技术(4):17-18.
  [3] 张鸣远, 景思睿, 李国君. 高等工程流体力学[M]. 西安交通大学出版社, 2006.
  [4] 吴丹, 赵军. 吸气参数对螺杆空压机运行能耗影响的研究分析[J]. 压缩机技术, 2019,274(02):15-19.
  [5] 童钧耕,吴孟余,王平阳. 高等工程热力学[M]. 科学出版社, 2006.

  作者简介
  喻久哲(1994-),男,产品工程师,主要从事空压机产品管理和开发工作。

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