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工业压缩机产品的绿色制造(二)

产品设计

 

1、节能高效

大型机组的耗功向10 万kW 等级发展,如果机组效率能够提高一个百分点,耗功指标就会减少1 000kW,用户每年就会多出几百万元的利润,所以节能降耗是企业的生存之本,同时也是提高企业自主创新能力的基本着力点。站在压缩机产品的设计研发的角度,需要考虑最大限度地减少流动损失、漏气损失、机械损失等各类损失。而为了减少这些损失,则需要从多方面努力,才能达到压缩机的节能高效。

 

1)模型级开发方面

 

为了提高效率,减少机组功率消耗,为用户节约运行成本,需要增加模型级的“密度”,减少模型级系列在流量系数变化的步长,从而使压缩机的每一级都能选到高效率基本级,进而提高整机的计算效率;不只开发通用模型级,还要针对从轻到重不同分子量的介质、不同的机组类型开发不同的专用模型级,使模型级的效率优势发挥到极致;通过拓宽模型级曲线范围,使压缩机机组具有更宽广的操作范围,使得机组在变工况下运行时效率水平不发生明显的降低,提高机组多工况运行的适应能力。

 

2)静止部件优化

 

通过对流道中各静止部件的优化,减少因为结构设计不合理导致额外增加的流动损失、分离损失,从而减少额外的功率消耗。其中包括:进气蜗壳、排气蜗壳、加气蜗壳、抽气蜗壳、管路变径、弯道整流、以及支撑、筋板等结构件对流动的影响。

 

3)关注级间影响的研究

 

对于一台完整的压缩机组来说,如果相邻两级的性能匹配不好,就不可能做到整机的高效率。所以对于模型级叶轮,不能仅仅考虑单级性能,要考虑级与级的连接对整机性能的影响。尤其要考虑上一级出口流场品质对下一级产生影响的程度,尽量将不均匀性降到最小。

 

4)机组气动方案优化

 

一台压缩机产品的气动选型方案不是唯一的,需要通过周密的综合考虑,为用户提供能耗最低、成本最小的解决方案:

    a. 等温压缩时压比分配与冷却次数的设定及成本对比研究;

    b. 不同机型方案功耗与成本对比研究;

    c. 同种机型时应用不同模型级匹配方案的对比研究;

    d. 同种机型不同级数方案成本对比及转子稳定性研究;

    方案优化可以通过利用设计者的经验,对不同方案对比来得到,也可以通过选型软件的优化算法自动得到。

 

5)降低泄漏损失

 

密封泄漏与压缩机机组气动方案、结构方案优化一样,也是影响离心压缩机机组效率的关键因素。与众多影响因素比较而言,采用先进密封技术,通过降低密封泄漏量来提高效率是最直接也是最有效的手段。

 

a. 工程塑料密封

工程塑料密封的应用将迷宫密封从金属材料时代跨入非金属材料时代,采用工程塑料,并通过合理的结构设计,可使密封的性能得到显著提升。利用工程塑料的低硬度、高弹性及强度适中的特点,密封间隙较软,金属密封间隙进一步降低。该密封最大的优点是密封间隙的维持,即当梳齿与转子碰撞时,塑料梳齿可发生暂时的弹性变形,然后恢复到原有的几何状态,这样梳齿和转子不会被磨损,间隙得以维持。性能对比测试结果显示,利用工程塑料密封,单级效率可提高0.5%~1%。

 

b. 机械用碳密封

机械用碳密封是以改性机械用碳材料作为密封功能材料的一种密封,密封采用金属与机械用碳一体的方式制作。利用机械用碳材料的低硬度、自润滑性能实现密封的低间隙运转,减少气体泄漏量。利用金属材料的强度保证密封的整体刚性。机械用碳密封的泄漏量远低于普通梳齿密封。

 

6)降低机械损失

 

机械损失也是影响整机效率的因素之一,降低机械损失可以从多个方面入手,以轴承为例,可以从以下几个方面来达到节能降耗的目的:

 

a. 注重无油绿色轴承的应用

电磁轴承和动压气体轴承均属于非机械接触式轴承,具有不需油润滑、绿色环保无污染、损失小等一系列优点。目前这两类轴承在小功率的鼓风机方面已经得到了广泛的应用。

 

b. 改进传统轴承结构,减小润滑油量,降低功耗通过开发节油轴承系列,改进轴承进油和喷油方式,改善了轴承的散热条件,降低了轴承的润滑油量,减少了功率损失,降低了轴瓦温度。例如沈鼓集团目前应用的节油轴承,与传统轴承相比,其润滑油量可减少25%~35%,功率损失可减少30%~40%,推力轴承的瓦温下降最高可达15℃。

 

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