空压机中的油气分离器如何进行设计

日期:2020-12-27 05:36

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  空压机中的油气分离器如何进行设计 喷油螺杆空压机中,在压缩气体的同时,大量的 油被喷入空压机的齿间容积。这些油和被压缩气体形 成的油气混合物,在经历相同的压缩过程后,被排到 机组的油气分离器中。油气分离器是喷油螺杆空压机 机组系统中的主要设备之一。为了降低机组排气中的 含油量和循环使用机组中的润滑油,必须利用油气分 离器把润滑油有效地从气体中分离出来。 一、油气分离原理与方法 1.油气混合物特性 在由被压缩气体和润滑油形成的油气混合物中, 润滑油以气相和液相两种形式存在。 处于气相的润滑油是由液相的润滑油蒸发所产生 的,其数量的多少除取决于油气混合物的温度和压力 外,还与润滑油的饱和蒸气压有关。油气混合物的温 度和压力愈高,则气相的油愈多;饱和蒸气压愈低, 则气相的油愈少。气相油的特性与其他气体类似,无 法用机械方法予以分离,只能用化学方法去清除。 在一般的运行工况下,油气混合物中处于气相的 润滑油很少。一是因为在通常的排气温度下,混合物 中润滑油蒸气的分压力很低;二是由于润滑油在从喷 入到分离的时间很短,没有足够的时间达到气相和液 相间的平衡状态。 处于液相的润滑油占了所有被喷入油中的绝大部 分,但这种液相油滴的尺寸范围分布很广。大部分油 z0b0e 汉钟空压机 滴直径通常处在 1~50μ m,少部分的油滴可小至与气 体分子具有同样的数量级,仅有 0.01μ m。显然,大油 滴和小油滴的性质会有较大的差异。 在重力作用下,只要油气混合物的流速不是太快, 大的油滴最终都会落到油气分离器的底部。油滴直径 越小,其下落的时间就越长。对于直径很小的润滑油 微粒,却可以长时间悬浮在中,无法在自身重力的作 用下,从气体中被分离出来。油气分离器的作用,就 是尽可能地把这部分油滴分离出来。 2.油气分离方法 按分离机理的不同,喷油螺杆空压机机组中采用 两种不同的油气分离方法。一种称为机械法,即碰撞 法或旋风分离法,它是依靠油滴自身重力以及离心力 的作用,从气体中分离直径较大的油滴。实际测试表 明,对于直径大于 1μ m 的油滴,都可采用机械法被有 效地分离出来。另一种为亲和聚结法,通过特殊材料 制成的元件(一般称为油细分离器或分离器芯) ,使直 径在 1μ m 以下的油滴先聚结为直径较大的油滴,然后 z0b0e 汉钟空压机 再分离出来。 现在喷油螺杆空压机机组中一般都同时采用这两 种不同的油气分离方法,即用机械法作为粗分离,而 用亲和聚结法作为精分离。 早期的机械法一般采用碰撞法,即在油气混合物 的流动方向上设置某种障碍物,当油气混合物与障碍 物碰撞后,混合物中的油滴就会聚集在障碍物的表面, 并在重力的作用下,落到分离器的底部。采用碰撞法 时,油气混合物撞击障碍物的速度有一定的范围,其 最佳值与气体和润滑油的密度有关。一般来说,最佳 撞击速度为 3m/s 左右。 现代的机组中一般采用旋风分离法或两种方法结 合来进行粗分离。这种方法是在油气分离器中设置旋 风通道,当油气混合物进入油气分离器后,首先通过 旋风通道,大的油滴将会在离心力的作用下被甩到壁 上,然后在重力的作用下,落到分离器的底部。 当油气混合物通过机械法进行分离后,其中约 99.7%的油会被分离出来, 且此时的油滴直径多在 1μ m z0b0e 汉钟空压机 以下,无法再用机械法进行分离。 亲和聚结法主要用于分离直径在 1μ m 以下的油 滴,由过滤和聚结两个过程组成。这种分离方法所采 用的元件 (油细分离器) 实际上是一种多孔过滤材料, , 当油气混合物进入过滤元件之前,直径大于元件材料 孔径的油滴,将在元件的表面被过滤出来。然后,利 用过滤材料内部流道形状和大小的改变,可使进入其 内部的小直径油滴在惯性力等的作用下,在材料的纤 维上聚结成为大直径油滴,并被过滤出来。目前,油 细分离器普遍采用专门为此用途开发的超细玻璃纤维 等材料,取得了除油效果佳、寿命长、压降小的效果。 专业厂家生产的油细分离器已经可使气体中的含油量 降到 1~2ppm。二、油气分离器设计 1、油气分离器的结构形式与特点 在喷油螺杆空压机中,机组排气中所含的润滑油 就是油的消耗,所以油气分离器都采用机械法和亲和 聚结法的组合形式,即采用两级分离,以降低润滑油 的消耗量。 z0b0e 汉钟空压机 一般来说,油气分离器一共有三种结构形式,所 示。 图 1 是早期油气分离器大多采用的形式。油气混 合物从空压机进入油气分离器后,首先撞击分离器中 设置的挡板壁面,利用机械碰撞法进行一次分离,6up,然 后油气混合物以较低的速度进入油细分离器进行二次 分离。 图 2 和图 3 这两种结构形式均是采用碰撞与旋风 分离相结合来进行一次分离的。 图 2 中,油气混合物从油细分离器下方沿切向进 入,流经预设的旋风通道,利用旋转所形成的离心力 进行一次分离。这种结构形式的一次分离效果较之单 纯的碰撞法有了提高,但仍然存在一些缺点:一是由 于增加了旋风通道,油气分离器的高度增加;二是油 气混合物直接扫过油面,降低了分离效果;三是由于 旋风通道一般是焊接于油气分离器中下部,使得对油 气分离器底部的清洗变得非常困难。 图 3 的结构形式是在油细分离器与油气分离器壁 z0b0e 汉钟空压机 之间设一圆筒,由分离器壁与圆筒间的空间作为旋风 通道。油气混合物从分离器上部沿切向进入,利用旋 转所形成的离心力进行一次分离。由于这种方式分离 效果好,又避免了图 2 结构中的缺点,因此得到越来 越广泛的应用。 经过油细分离器分离出来的润滑油聚集在油细分 离器的底部,需要通过回油管引出,排到空压机的吸 气口或处于较低压力的齿间容积中。 2、油细分离器的选型与油气分离器的容积 为了尽可能减少气体流过油细分离器时的压力损 失和提高分离效果,气体在其间的流速不能太高。然 而,流速越低,所需的过滤材料就越多,油细分离器 的成本就越高。因此,选择合适的油细分离器与合适 的油气分离器容积非常重要。 合理的压降和流速数值与被压缩气体的密度和润 滑油的粘度等因素有关,一般通过洁净油细分离器的 压降为 0.025~0.03Mpa;对于喷油螺杆空压机,气体 流过过滤材料时的速度应在 0.1m/s 左右,而油气分离 z0b0e 汉钟空压机 器的容积一般是油细分离器体积的 3 倍左右。 3、油气分离器的密封 在油细分离器与端盖以及油细分离器与筒体之 间,都必须设以密封。传统的密封材料一般都选择石 棉。 当压缩气体流过油细分离器时,由于摩擦作用, 会产生静电,油气分离器内部的高压、高温油雾在一 定的条件下可能发生燃烧或爆炸,因此必须要把静电 消除掉。由于油细分离器与油气分离器并不接触,所 以以前一般都采用在石棉垫片打订书钉或用金属丝将 静电引出的方法。 近年来,随着各国对环保的要求越来越强,石棉 由于污染环境,其使用受到越来越多的限制,新型密 封材料——柔性石墨得到了越来越广泛的应用。柔性 石墨具有良好的密封作用,被人们成为“密封王” ,而 且导电性非常好,可以直接消除静电,因此,柔性石 墨在油气分离器上的应用也越来越普遍。 z0b0e 汉钟空压机 、其他需要注意的问题 一是设计制造油气分离器必须符合国家关于压力 容器的有关标准;二是应尽可能使用户操作维修方便 简单,例如管口的位置、加装自动启盖装置等等