噴油螺桿式空氣壓縮機(jī)油氣分離桶設(shè)計(jì)探討

噴油螺桿壓縮機(jī)中，在壓縮氣體的同時(shí)，大量的油被噴入壓縮機(jī)的齒間容積。這些油和被壓縮氣體形成的油氣混合物，在經(jīng)歷相同的壓縮過程后，被排到機(jī)組的油氣分離器中進(jìn)氣油氣分離。油氣分離器是噴油螺桿壓縮機(jī)機(jī)組系統(tǒng)中的主要設(shè)備之一。為了降低機(jī)組排氣中的含油量和循環(huán)使用機(jī)組中的潤(rùn)滑油，必須利用油氣分離器把潤(rùn)滑油有效地從氣體中分離出來。

油氣分離桶進(jìn)入油桶后，首先進(jìn)行粗分，進(jìn)行機(jī)械碰撞分離，是指油氣混合物通過碰撞油氣分離器的內(nèi)置附件，在自身重力作用下，或通過油氣分離器的進(jìn)氣管及內(nèi)置附件產(chǎn)生的離心力作用，將由其混合物中較大顆粒度油滴分離出來，落入油氣分離器的底部；二級(jí)分離是油滴聚集再分離，它是指油滴混合物以較慢的速度進(jìn)入油氣分離器的濾芯，將較大直徑油滴先在濾芯表面過濾出來，較小直徑的油滴在進(jìn)入濾芯內(nèi)部后親和聚結(jié)為直徑較大的油滴，并在自身重力作用下落入油氣分離器的底部。油氣分離器是上述兩級(jí)分離方法的綜合效果，機(jī)械分離為一次分離，濾芯分離為二次分離。

油氣分離桶的內(nèi)部氣路結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到一次分離效果的好壞，今天就目前市場(chǎng)上廣泛使用的切向進(jìn)氣，旋風(fēng)分離油氣分離桶進(jìn)行討論。在桶內(nèi)設(shè)置了隔筒，油氣混合物沿著桶體與隔筒間的通道上，旋轉(zhuǎn)形成離心力，從而達(dá)到一次分離的目的。隔筒直接焊在油氣分離器的設(shè)備法蘭壁面上。隔筒內(nèi)裝有用于二次分離的油氣分離濾芯?？傊?，隔筒一般設(shè)置在油氣分離器的上部，由于油氣混合物離油面較遠(yuǎn)，一般大于300mm，因而可以提高分離效果。

圖1 油氣分離桶結(jié)構(gòu)圖

油氣分離器是噴油螺桿壓縮機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備之一，油氣分離器的性能優(yōu)劣對(duì)壓縮機(jī)的油耗、效果以及排氣質(zhì)量有很大影響。油氣分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響油氣混合物的分離效果，也關(guān)系到空氣壓縮機(jī)的使用成本。

在噴油式螺桿壓縮機(jī)內(nèi)的油氣分離芯是重要部件之一，油氣分離芯的主要作用是減少空氣壓縮機(jī)的耗油量，壓縮空氣的含油量在3ppm之內(nèi)?？諝鈮嚎s機(jī)的生產(chǎn)廠商不斷在技術(shù)改造來減少壓縮空氣的含油量，或選用質(zhì)量較好的油氣分離芯。但有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)空氣的含油量過大或壓差過大，嚴(yán)重的燃燒爆炸。

儲(chǔ)油罐在空氣壓縮機(jī)內(nèi)起到的作用是儲(chǔ)存壓縮機(jī)機(jī)油；緩沖壓縮空氣的流速，油氣分離芯前級(jí)液態(tài)油的分離作用。在儲(chǔ)油罐內(nèi)的壓縮空氣進(jìn)入油氣分離芯的流速控制在V2=0.7m/s,同時(shí)進(jìn)入油氣分離芯的壓縮空氣的含油量在5-10g/m3之內(nèi)，可以在回油管上收集油量來測(cè)量進(jìn)油氣分離芯的壓縮空氣含油量。計(jì)算空氣壓縮機(jī)所需要的噴油量，在儲(chǔ)油罐內(nèi)的機(jī)油的油面到油氣分離芯底部的距離不能小于300mm。否則，會(huì)加大油氣分離芯的油量處理，造成壓縮空氣的含油量增大。

富達(dá)壓縮機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)多年來一直致力于油氣分離桶的優(yōu)化設(shè)計(jì)，下文就油氣分離桶的一些設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行初步探討。

以下結(jié)果基于如下假設(shè)，壓縮空氣中的細(xì)小油滴隨空氣噴到壁面時(shí)，由小油滴匯聚成大油滴，并受到重力作用流至桶底，我們認(rèn)為油滴碰到桶壁、隔筒等，即可認(rèn)為油滴被吸附分離。若油滴碰到油桶底部的油液，原有油滴分子被吸附，同時(shí)產(chǎn)生新的同等數(shù)量的油滴分子。若油滴碰到油分芯外壁，油氣分離桶的粗分離失效，只能靠油氣分離芯的作用進(jìn)行油氣分離。以下我們僅對(duì)油氣分離桶的粗分離作用進(jìn)行探討，討論油滴尺寸、油桶內(nèi)壓、進(jìn)氣流速對(duì)油氣分離桶的粗分離效果的影響。

1）油滴尺寸對(duì)油氣分離桶粗分離效果的影響

假設(shè)油滴按照7.5m/s的速度進(jìn)入油氣分離桶，根據(jù)流體計(jì)算，可得到圖2，圖3所示的結(jié)論：

圖3 油滴尺寸對(duì)油氣粗分效果的影響

從圖2可得，本文所討論的油氣分離桶內(nèi)油滴粒子的軌跡圖，從中可看出，油滴粒子進(jìn)入油氣分離桶后，進(jìn)行旋風(fēng)分離，20μm以上的油滴在粗分離過程中得到良好的分離。20μm以下的油滴，尺寸越小，粗分效果越差，只能靠后續(xù)的油氣分離芯進(jìn)行有效的攔截分離。

2）油桶內(nèi)壓對(duì)油氣粗分離效果的影響

油桶內(nèi)壓為0.1~0.8MPa條件下，同一油桶粗分離效果如圖4所示。

圖4 油桶內(nèi)壓對(duì)油氣分離效果的影響

從圖4可知，油桶內(nèi)壓對(duì)1~5um油滴分子的影響較小，但總體可看出，油桶內(nèi)壓越大，油桶的粗分效果越差，這是因?yàn)椋瑯优艢饬肯?，油桶?nèi)壓越高，桶內(nèi)壓縮空氣的密度越大,流速越慢，油滴分子的圓周速度越小，旋風(fēng)分離的效果越弱。

3）排氣量對(duì)油氣粗分離效果的影響

不同排氣量下，相同內(nèi)壓的油氣粗分效果如圖5所示。

圖5 排氣量對(duì)油氣粗分效果的影響

從圖5可知，隨著排氣量的增大，油氣粗分效果越好，這是由于排氣量越大，油桶內(nèi)流速越大，油滴分子的離心越大，更容易碰壁，被油桶內(nèi)壁所吸附。但是同時(shí)油氣分離芯對(duì)壓縮空氣有一定的限制，在提高油氣分離桶的粗分效果的同時(shí)，需控制壓縮空氣通過油氣分離芯的流速。

4）結(jié)論

油氣分離桶的設(shè)計(jì)需要考慮多方面的因素，本文僅就油氣分離桶的設(shè)計(jì)進(jìn)行初步的討論。