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螺桿式空壓機的特點及其在水廠的使用與維護

人氣:1958發表時間:2015-06-01【
空壓機是水廠生產的重要設備,它為水廠所有氣動元件,包括各種氣動閥門,提供氣源。空壓機的種類有很多,但大體可劃分為兩大類。一類為往復式空壓機,主要有往復式活塞空壓機等;另一類為回轉類空壓機,主要有滑片式空壓機,螺桿式空壓機,離心式空壓機等等。其中螺桿式空壓機隨著近年來其關鍵部件--螺桿的加工工藝越來越先進,加工精度越來越高,其整體性能得到了顯著地提高,因而在中、低壓領域的應用也變得越來越廣泛。

在以往水廠的建設中,我們一般選用的是活塞式空壓機。活塞式空壓機具有投資成本低,壓縮比大的優點,但同時它也存在著運動零部件多,易于磨損,維護維修工作量較大等問題。例如:我廠有兩臺型號為2-10T3NLE22兩級風冷無油活塞式壓縮機,使用不到半年就陸續出現各種問題,主要有:活塞環和活塞過度磨損問題,進出氣閥閥片、閥座過度磨損問題,控制油路系統漏油問題;而且該機產氣量明顯不足,機器長期處于加載狀態,不能卸載,從而加重了自身的磨損。

基于這種情況,在這次東湖水廠的改造擴建工程中,我們對空壓機的選型進行了慎重地考慮,通過廣泛了解和比較,終選用了Atlas螺桿式空壓機。經過一年多的使用,我們發覺該機不僅操作簡單,各種運行參數(如:加載、卸載壓力)一旦設定好后,就可完全由其自帶的電腦控制器控制并監測運行。工作人員平時只需閱讀一下顯示屏上的信息即可了解機器當前的工作狀況;而且該機運轉平穩,維護維修量甚少;此外,這種空壓機產氣量穩定,在電機功率低于原有空壓機(22KW:30KW)的條件下,不僅替代了原有的兩臺活塞空壓機,保證了老廠壓縮空氣系統的用氣需求,而且同時滿足了新廠新增壓縮空氣系統的用氣需求。

事實上,通過進一步地了解,我們可以看到,Atlas螺桿式空壓機的這些特點是與螺桿機特有的主機結構和工作機理有關的,同時也與Atlas機自身合理的系統設計和智能化的電氣控制系統密切相關的。

1. 螺桿式空壓機的主機結構及工作機理;

主機是螺桿機的核心部件,任何品牌的螺桿機其主機結構和工作機理都是相近的。

在螺桿式空壓機的主機中,平行配置著一對相互嚙合的螺旋形轉子,根據轉子截面形狀的不同,區分為陽轉子和陰轉子,如圖1-1所示。一般陽轉子與原動機相連,陽轉子帶動陰轉子轉動。也有的情況下,兩轉子之間并不接觸(如無油螺桿機),而是通過一對同步齒輪的配合實現兩轉子的嚙合。在主機機體的左右兩端,分別設置了一定形狀和大小的孔口,作為吸氣口和排氣口。


圖1-1 螺桿式空壓機主機中的螺旋形轉子


螺桿式空壓機就是通過陰陽兩轉子的相互嚙合達到壓縮氣體的目的。下面通過轉子上一對相互嚙合的螺旋齒的一個工作循環為例,對其工作原理進行簡要說明。在轉子的吸氣端,隨著嚙合的螺旋齒逐漸脫開,在兩齒之間形成了一段容積逐漸在擴大的空腔(簡稱齒間空腔),將外界氣體不斷吸入,直至這對螺旋齒再度嚙合,從而完成了吸氣的過程。當該段齒間空腔隨著轉子轉動軸向運行到排氣端時,由于排氣口設置在一個較小的空間,在與排氣口相通之前兩螺旋齒的不斷嚙合逐漸減小了這段齒間空腔的容積,從而達到了壓縮氣體的目的,完成了氣體壓縮的過程。終這段齒間空腔與排氣口相通,壓縮氣體排出機體,完成一個工作循環。

從螺桿式空壓機的主機結構和工作機理不難看出,它的運動零部件較少,只有一對相互嚙合的轉子(轉子之間存有油膜),沒有類似于活塞機往復運動的活塞機構和復雜的進出氣閥門機構,因而它的磨損很小,運轉更為可靠,壽命長。其次其主機的運轉類似透平機器,沒有不平衡慣性力,并且氣體壓縮是連續進行,無沖擊,機器可平穩地高速工作,不需要專門的設備基礎。此外,螺桿機的噪音可以降至較低的水平。

2. Atlas螺桿式空壓機整機的系統構成

Atlas螺桿空壓機整機的系統構成設計得非常簡單合理,如圖2-1所示可分為三個部分:

(1)空氣流程

空氣吸入過濾器(AF)后,通過進氣閥(IV)進入壓縮機主機(E)內,經過壓縮進入油氣分離器(AR)去除壓縮空氣中油分,后經過壓力閥(VP)、空氣冷卻器(Ca)排向排氣管(AV)。

(2)噴油系統

空氣壓力將油從油氣分離器中壓出,流經油冷卻器(Co)和油過濾器(OF),終到達壓縮機主機及其潤滑點。

噴油系統上裝有一個旁通閥(BV)。當油溫低于40℃時,油不經冷卻器直接進入機體。當油溫超過55℃時,該閥關閉使所有的油通過油冷卻器冷卻后再進入主機。


圖2-1 Atlas螺桿式空壓機整機的系統構成

(3)冷卻系統及冷凝水排放系統

冷卻系統包括空氣冷卻器和油冷卻器,它們都是通過電機上帶的風扇(FN)冷卻的。對于內置冷干機的空壓機,它還配有冷凍系統(見圖2-1中右上部分),對壓縮空氣進行冷凍,使其壓力露點不高于2℃,再排出機器。冷凍系統的工作原理與空調類似。

在壓縮空氣排放口之前還裝有一個氣水分離器(MT),分離器上裝有自動排污閥(Da)和手動排污閥(Dm1),以便在壓縮機運行中自動排放冷凝水或在壓縮機停機后手動排放冷凝水。

3. 電氣控制系統

Atlas螺桿式空壓機的電氣控制系統的一個突出的特點是智能化程度較高,人機界面設計得簡單友好。它是以一個電腦控制器及其控制面板為控制中心,以壓縮機主機出口溫度傳感器(5)和整機供氣口的壓力傳感器(6)的模擬量信號和電機過載等開關量信號作為主要的輸入量,通過運行內置的控制程序,輸出電信號觸發常規電氣控制元件實現對壓縮機的控制。它實現的主要功能有:

(1)控制壓縮機運行;該功能主要包括:控制主電機星形-三角形降壓啟動;利用電磁閥控制壓縮機在設定的范圍內自動加載卸載;為盡量減少功率消耗,當氣網耗氣量較小時,它會自動停止壓縮機并適時重新自動起動。

(2)保護壓縮機;實時檢測壓縮機主機出口的溫度,如果溫度超過設定值時,壓縮機將停機,并顯示在控制面板上。當壓縮機主電機過載時壓縮機也會停機報警。

(3)監測易損件的工作狀態;通過設定油、油過濾器、油氣分離器、空氣過濾器的更換周期,當超過設定值后,相關信息會顯示在控制面板上,以警告操作者更換所顯示的零件。

(4)遙控功能;通過改變控制狀態選擇器的編碼,可以實現遙控功能,包括遙控開停機,加載/卸載,并將運行狀態及故障報警信號輸出給外界。

4. 維護和保養

該機由于具備自動監測的功能,其維護工作較為簡單。通過一年的實踐,我們將Atlas螺桿式空壓機主要的日常維護工作總結為以下幾點:

(1)每天查看顯示屏上的信息,檢查機器的加載、卸載時間間隔,出口溫度,噪音以及是否有其它提示。

(2)每隔一周,對冷卻器吹掃一次;

(3)每隔3個月,檢查一下皮帶松緊狀態,調整張緊輪位置;

(4)每運行4000小時更換油、空氣過濾器、油過濾器;

(5)每運行8000小時更換油氣分離器。

在正常的維護和保養下,該機很少出現故障。在過去一年的使用過程中我們總共遇到了三次故障停機。這三次故障停機都具有一定的代表性,通過這三次的維修經歷,使我們對該機整機運行性能有了進一步的了解,同時對日常維護工作的重要性的有了更深刻的認識。

[維修實例1] 1#機屏幕顯示因壓縮機機頭出口溫度達到111℃,超過110℃的設定值,引起自動停機。而據我們平時的觀察,正常情況下該機的工作溫度在80℃以下。

我們首先對油冷卻器冷卻效果不佳造成溫升過快的可能進行了排除。通過進一步對顯示屏相關參數的觀察,發現主機加載時,溫度上升范圍正常,而卸載時,溫度在經過短暫的降溫環節后急劇攀升,并且注意到卸載時油冷卻器出冷風,這說明油在卸載時并未進入冷卻器。我們判斷故障很可能是由于油路不暢造成。首先我們將懷疑的重點放在了油路的旁通閥上,因為旁通閥是切換油路進入油冷卻器的開關。在廠家的指導下我們將旁通閥拆開,將其中的彈簧和閥芯位置交換,致使旁通閥處于長開狀態(即不論油溫是否超過40,都要求油須經過油冷卻器冷卻后方可進入主機)。重新開機,結果故障仍然存在。我們只得對油路的其它元器件進行排查,經過反復查找,后將懷疑的重點放在了油過濾器上,為此我們更換了一個新的油過濾器,經開機運行,故障果然得以排除。

其實故障的原因就是因為空氣中的一部分污物被帶入油中,再通過油路循環進入了油過濾器中,造成油過濾的阻力較大。油的運動動力來自油氣分離器的氣壓,當加載時,由于氣壓較大,油可以克服過濾器中的油阻到達主機,因此加載時主機溫升范圍比較正常。但卸載時,由于氣壓較小,油克服不了阻力無法到達主機,自然起不到冷卻的作用。只是由于油冷卻器未到更換周期,所以起初并未引起懷疑。

[維修實例2]1#機因壓力過高造成自動停機。

我們開機觀察,發現該機只加載不卸載,致使油氣分離器內壓力過高引起安全閥開啟,同時系統檢測到壓力超過設置值,自動停機。

通過對該機加載/卸載控制過程進行分析(如圖2-1),我們發現,其主要機理是通過控制一個電磁閥(Y1)閥芯的上下動作,將壓縮氣體分別導入進氣閥(IV)的活塞室(UA)或通過打開UV閥排出機體(此時UA中的壓縮氣體從Y1的上端小孔排出),從而使主機處于加載或卸載狀態。為此,我們先對控制電磁閥的繼電器的觸點進行檢查,看是否因觸點粘住致使電磁閥總處于得電狀態。排除這一可能后,我們將電磁閥拆開,發現其內部小彈簧因污垢嚴重無法恢復,致使閥芯不能向下運動,從而引起主機只加載不卸載。清理后重新組裝電磁閥,開機檢查故障排除。

[維修實例3] 2#機開機后不久,安全閥動作,而此時壓力顯示為正常值。

我們首先排除了安全閥的問題。接著對小壓力閥(VP)進行了檢查,懷疑其開啟壓力過大造成油氣分離器內部壓力過大,但檢查結果未見異常。終確定為油氣分離器的濾芯因部分堵塞造成流經該濾芯的壓縮氣體壓力損失過大,外部壓力與內部壓力壓差大,因此當與內部壓力相通的安全閥動作后,與外部壓力相通的壓力傳感器(6)仍顯示正常值。將油氣分離器的濾芯更換,故障消除。

通過上述三個維修實例我們可以看到,這三種故障都與空壓機的運行環境有很大的關系。因此保持空壓機工作環境的清潔,定期檢查和更換空氣過濾器、油及油過濾器對保證空壓機的正常運轉非常重要。

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