在4000m高原上容積式壓縮機的使用

普通容積式空氣壓縮機在4000米左右及以上高原的使用眾所周知，大氣壓力隨著海拔高度的上升而下降。那么這對于標(biāo)準(zhǔn)的普通容積式空氣壓縮機在高原上的運行帶來哪些影響呢？真的要細(xì)究起來這是一個非常復(fù)雜的問題，好在我們所要關(guān)心的是在實踐中如何選型，所以可以忽略次要因素只關(guān)注主要方面。在高原上壓縮機的壓比海平面大氣壓力1.013bar，假如壓縮機排氣壓力設(shè)定在5bare加載，6.5bare卸載，則壓比為(5+1)/1=6到(6.5+1)/1=7.5之間。高原上海拔4000m，大氣壓力0.6164bar，假如壓縮機排氣壓力仍設(shè)定在5bare加載，6.5bare卸載，則壓比為(5+0.6164)/0.6164=9.11到(6.5+0.6164)/0.6164=11.5。壓比提高了50%以上。海拔4500m，大氣壓力0.5773bar，假如壓縮機排氣壓力仍設(shè)定在5bare加載，6.5bare卸載，則壓比為(5+0.5773)/0.5773=9.6到(6.5+0.5773)/0.5773=12.3。壓比提高了60%以上。從以上計算可見，當(dāng)壓縮機在4000米使用時，即使排氣壓力只設(shè)定到5到6.5bare之間，從壓比的角度來看實際上就相當(dāng)于海平面上將壓縮機的排氣壓力設(shè)定到8.1到10.5bare之間。當(dāng)壓縮機在4500米使用時，即使排氣壓力只設(shè)定到5到6.5bare之間，從壓比的角度來看實際上就相當(dāng)于海平面上將壓縮機的排氣壓力設(shè)定到8.6到11.3bare之間。壓比提高百分之幾，壓縮機軸向力和軸承軸向受力也就增加百分之幾。所以當(dāng)使用地海拔達(dá)到4000米左右，選用承受軸向力能力更高的10bar機型能保證主機壽命，是為用戶的長遠(yuǎn)利益考慮。在高原上壓縮機的質(zhì)量流量大氣壓力下降，空氣密度下降，壓縮機轉(zhuǎn)速即壓縮容積卻不變，所以壓縮機的質(zhì)量流量降低了。海拔4000m，大氣壓力0.6164bar，壓縮機質(zhì)量流量至少降低到49.68%。海拔4500m，大氣壓力0.5773bar，壓縮機質(zhì)量流量至少降低到45.09%。象制氧，制氮等行業(yè)關(guān)注的是以質(zhì)量流量來衡量的氧量或氮量，所以在高原上選型壓縮機時自然要按比例放大壓縮機氣量，即選用大一號甚至幾號的壓縮機，以保證在高原上獲得同等氧量或氮量。那么簡單把機型放大是否就足夠了呢？在高原上壓縮機的軸功率在進氣條件不變的前提下，一臺壓縮機的軸功率取決于兩個因素，壓比和質(zhì)量流量。壓比不變，質(zhì)量流量下降，則軸功率按質(zhì)量流量同比例下降。質(zhì)量流量不變，壓比上升，則軸功率也相應(yīng)上升。一般粗略地可以按壓比提高1則軸功率上升7%來估算。那么在高原上，如前所述，壓比會升高，質(zhì)量流量會下降，壓縮機的軸功率又該如何變化呢？當(dāng)然必須通過詳細(xì)的工程計算了。為了說明情況我們還是關(guān)注主要因素做一個簡化的計算來加以說明。例如一臺設(shè)定排氣壓力6.5bare的壓縮機，用在4000m高原，大氣壓力0.6164bar時，壓縮機質(zhì)量流量比海平面至少降低到49.68%，即軸功率變?yōu)楹Ｆ矫鏁r的49.68%;壓縮機壓比則升到11.5，比海平面提高了4，軸功率約相應(yīng)上升4*7%=28%;所以總體上壓縮機軸功率變化為49.68%*128%=63.59%，也就是比在海平面上減少了36.41%。似乎很好。但是不要忽略了，還有一個重要因素需要考慮。在高原上壓縮機的冷卻根據(jù)工程熱力學(xué)，壓縮機的壓縮過程是一個放熱過程，理論上所有的輸入電量將全部轉(zhuǎn)化為熱能。這些熱量通過電機冷卻風(fēng)扇，壓縮機的冷卻風(fēng)扇和壓縮機本體的熱輻射排放到周圍環(huán)境中。由于熱輻射占的份額很小，我們主要考慮前兩者。電機冷卻風(fēng)扇冷卻量越大，冷卻效果好，電機效率也好，當(dāng)然這里需要和風(fēng)扇功耗有一個平衡。在4000m高原，電機冷卻風(fēng)扇的冷卻量只有海平面上的61.64%，而電機的輸出功率卻要達(dá)到63.59%.所以冷卻量夠不夠就要看電機廠商的數(shù)據(jù)了。一般如果不用高原電機，則需要放大電機。壓縮機冷卻風(fēng)扇和冷卻器的冷卻能力是非常敏感的參數(shù)。如果冷卻能力不夠，油溫太高，夏天容易高溫跳機。如果冷卻能力過大，在較冷而又潮濕的天氣或用戶使用率較低時，油里就會凝結(jié)冷凝水，輕則造成油乳化報廢，重則造成轉(zhuǎn)子損壞。所以這個冷卻能力在設(shè)計時都需要精確拿捏，控制在一定的范圍內(nèi)。在4000m高原，由于空氣密度只有海平面上的61.64%，冷卻風(fēng)扇的冷卻能力打了近6折，而需要的冷卻能力卻是海平面的近8折，之間相差近20%，早就超出了那個精確拿捏的狹小范圍。所以要么換大風(fēng)扇/冷卻器提高冷卻能力，要么得想辦法另辟蹊徑了。其實辦法很簡單，經(jīng)過理論計算，將針對平原應(yīng)用而設(shè)計的10bare機型直接用在4000到4800米的高原上，排氣壓力設(shè)定在6.5左右，其電機和壓縮機的冷卻能力完全沒有問題。當(dāng)然實際情況中要考慮的因素很多，例如環(huán)境溫度，濕度，加載率等?？紤]到高原制氧的應(yīng)用特點，和實際使用經(jīng)驗，10bar