Principais fatores que afetam a eficiência dos compressores de ar de compressão de dois estágios: uma análise abrangente da estrutura às condições operacionais .
A eficiência operacional de um compressor de dois estágios (normalmente medida como potência específica em kW/(m ³ /min), onde valores mais baixos indicam maior eficiência) não é um parâmetro fixo. É determinado por mais de 10 fatores críticos em quatro dimensões: projeto estrutural do equipamento, parâmetros operacionais, status de manutenção e condições externas de trabalho. Esses fatores influenciam a eficiência final através de mecanismos como perda de potência de compressão, dissipação de calor e resistência ao fluxo de ar. A repartição específica é a seguinte:
1. Estrutura do equipamento e design dos componentes principais: o "determinante inato" da eficiência
A principal vantagem da compressão de dois estágios vem do design de "compressão de dois estágios + resfriamento intermediário", mas se a estrutura ou o design do componente não for razoável, isso cancelará diretamente a vantagem ou até mesmo levará a uma eficiência menor do que a alta qualidade modelos de estágio único:
1. Alocação razoável da taxa de compressão entre estágios
Em sistemas de compressão de dois estágios, a taxa de compressão total (a relação entre a pressão de entrada e a pressão de saída) deve ser adequadamente distribuída entre o "estágio de baixa pressão" e o "estágio de alta pressão". A configuração ideal envolve taxas de compressão quase iguais para ambos os estágios (por exemplo, 4:2 para uma proporção total de 8, ou vice-versa), o que requer cálculo baseado nas propriedades do gás. Se a distribuição ficar desequilibrada (por exemplo, taxa de compressão excessiva no estágio de baixa pressão), poderá causar "compressão excessiva" em um estágio. Isto leva a um consumo desnecessário de energia e a um aumento acentuado na temperatura de exaustão (potencialmente superior a 120 ° C), resultando em eficiência reduzida e envelhecimento acelerado dos componentes.
Exemplo: Para um compressor de dois estágios com uma taxa de compressão total de 10, se o estágio de baixa pressão for ajustado para 8 e o estágio de alta pressão para 1,25, a temperatura de exaustão do estágio de baixa pressão será 30-40 ℃ maior que a da distribuição balanceada, e a potência específica aumentará em 8%-12%.
2. Eficiência intermediária do refrigerador
O principal princípio de economia de energia da compressão de dois estágios é o "resfriamento intermediário": após a exaustão do estágio de baixa pressão, a temperatura do gás é resfriada até próximo da temperatura ambiente (diferença de temperatura ideal ≤ 10 ° C) através de um resfriador antes de entrar na compressão do estágio de alta pressão. Temperaturas mais baixas aumentam a densidade do gás, reduzindo o trabalho de compressão necessário no estágio de alta pressão. No entanto, se o refrigerador sofrer incrustações (causadas pela má qualidade da água), bloqueio das aletas (devido ao excesso de poeira) ou falha do ventilador, a eficiência do resfriamento diminui (diferença de temperatura> 20 ° C), resultando em um aumento de 15% -25% no trabalho de compressão do estágio de alta pressão e uma redução significativa na eficiência geral.
3. Desempenho dos componentes principais (rotor, rolamento, vedação)
Precisão dos rotores Yin-Yang: A folga do rotor dos modelos de dois estágios (especialmente do tipo parafuso) deve ser controlada entre 0,02-0,05 mm. Se a folga for muito grande (como desgaste de longo prazo), isso levará ao "refluxo de gás" (vazamento de gás de alta pressão de volta para a câmara de baixa pressão) e a eficiência volumétrica diminuirá em 5% -15%;
Tipo de rolamento e lubrificação: Rolamentos de alta qualidade (por exemplo, SKF, NSK) têm um coeficiente de atrito 30% menor que os rolamentos padrão. A lubrificação insuficiente (baixo nível de óleo ou degradação da qualidade do óleo) aumenta a perda por atrito, resultando em um consumo de energia do eixo de 8% a 12% maior.
Integridade da vedação: Se as vedações (por exemplo, O-rings, vedações mecânicas) nas válvulas de admissão, válvulas de exaustão e tubulações entre estágios envelhecerem e vazarem, isso poderá resultar em "entrada de ar insuficiente" ou "perda de pressão", fazendo com que o volume de exaustão real seja 10%-20% inferior ao valor nominal, reduzindo indiretamente a eficiência.
2. Configuração de parâmetros de operação: a "chave para a regulação pós-adquirida" da eficiência
Mesmo que a estrutura do equipamento seja de alta qualidade, se os parâmetros operacionais não corresponderem aos requisitos reais, também causará “consumo ineficaz de energia”, envolvendo principalmente 3 parâmetros principais:
1. Configuração da pressão de escape: "Muito alta é desperdício"
A pressão de descarga de um compressor de ar de dois estágios deve ser definida de acordo com os requisitos reais (por exemplo, se o usuário precisar de 0,7 MPa, o valor definido deve ser ≤ 0,8 MPa). Definir um valor muito alto (por exemplo, 0,9 MPa) causará "compressão excessiva" — para cada aumento de 0,1 MPa, a potência específica aumenta em aproximadamente 5% a 8% (já que o trabalho de compressão do gás está exponencialmente relacionado à pressão). Por exemplo, se uma oficina exigir um fornecimento de ar de 0,6 MPa, mas erroneamente definir esse valor para 0,9 MPa, o custo anual da eletricidade poderá desperdiçar dezenas de milhares de yuans.
2. Correspondência da taxa de carga: "Desvio do ponto de projeto significa ineficiência"
As máquinas de estágio duplo operam dentro de uma faixa de carga ideal (normalmente de 70% a 90%), onde a relação entre o volume real de exaustão e o volume nominal de exaustão atinge a eficiência máxima. Quando a taxa de carga cai abaixo de 50% (por exemplo, usando unidades superdimensionadas para aplicações de baixo volume), cria-se um cenário de "cavalo puxando uma carroça" – o consumo de energia em marcha lenta do motor aumenta para 30%-50% da capacidade nominal. Por outro lado, exceder a taxa de carga de 100% (por exemplo, uso excessivo de gás) causa sobrecarga do motor, forçando o aumento da taxa de compressão, levando a picos de temperatura e rápida degradação da eficiência.
Exemplo: Para um modelo com capacidade de exaustão nominal de 10m³ / min, se apenas 4m³ / min forem necessários (taxa de carga de 40%), a potência específica será 12%-18% maior que a taxa de carga ideal.
3. Frequência start-stop: "Start-stop frequente causa grandes perdas"
Ao iniciar um compressor de ar de dois estágios (especialmente modelos de frequência industrial), a corrente atinge 5 a 7 vezes a corrente nominal. Uma única inicialização consome tanta energia quanto “10 a 15 minutos de operação sem carga”. Ciclos frequentes de partida-parada (mais de 3 vezes por hora) causados pela flutuação da demanda de ar resultam em consumo adicional de energia de 15% a 20%. Isto não só acelera o envelhecimento de componentes como motores e contatores, mas também reduz indiretamente a eficiência operacional a longo prazo.
