スクリューコンプレッサーの無段階風量調整を実現する方法
1. スクリューコンプレッサーの特徴
スクリューコンプレッサーは、平行に噛み合う一対の雌ネジと雄ネジで構成されています。これらは、中型および大型の冷凍システムや精製プラントや化学プラントのプロセスガスコンプレッサーで広く使用されています。スクリュー圧縮には、一軸スクリューと二軸スクリューの 2 種類があります。スクリュー圧縮機は通常ツインスクリュー圧縮機を指します。スクリューコンプレッサーには次のような特徴があります。
(1) スクリュー圧縮機は構造が簡単で部品点数が少ない。バルブ、ピストンリング、ローター、ベアリング等の摩耗部品がなく、強度、耐摩耗性が比較的高いです。
(2) スクリュー圧縮機は強制気体伝達の特性を持ち、排気量は排気圧力の影響をほとんど受けず、排気量が少ない場合でもサージが発生せず、広い範囲で圧力を維持できます。労働条件の。より高い効率。
(3) スクリュー圧縮機は液体ハンマーの影響を受けにくく、オイル噴射により冷却できます。そのため、同じ圧力比であればピストン式に比べて吐出温度が大幅に低くなり、一段圧力比が高くなります。
(4) スライドバルブ調整を採用し、エネルギーの無段階調整を実現。
2. スクリューコンプレッサーのスライドバルブ調整原理
スライドバルブを採用し、容量を無段階に調節できます。通常の起動中は、このコンポーネントはロードされません。スライドバルブは油圧を介してマイクロコントロールパネルによって制御され、最終的にコンプレッサーの作動能力を変更します。
容量調整スライドバルブは、スクリュー圧縮機の流量を調整するための構造部品です。スクリューコンプレッサーの体積流量を調整するには様々な方法がありますが、特に射出成形においてはスライドバルブを用いた調整方法が広く使われています。油スクリュー冷凍機とプロセスコンプレッサーが特に人気があります。この調整方法は、図1に示すように、調整スライドバルブをスクリュー圧縮機本体に取り付け、圧縮機本体の一部とするものです。これは本体の高圧側の 2 つの内円の交点に位置し、シリンダー軸に平行な方向に前後に移動できます。
スクリューコンプレッサーの体積流量を調整するスライドバルブの原理は、スクリューコンプレッサーの作業プロセス特性に基づいています。スクリュー圧縮機では、ローターが回転すると、圧縮ガスの圧力がローターの軸に沿って徐々に増加します。空間的な位置としては、圧縮機の吸入端から吐出端まで徐々に移動します。本体の高圧側が開いた後、2 つのローターが噛み合い始めてガス圧力を高めようとすると、ガスの一部が開口部をバイパスします。明らかに、バイパスされるガスの量は開口部の長さに関係します。接触線が開口部の端まで移動すると、残留ガスが完全に封入され、この時点から内部圧縮プロセスが始まります。スクリューコンプレッサーが開口部からバイパスガスに対して行う仕事は、それを排出するためにのみ使用されます。したがって、コンプレッサーの消費電力は主に、最終的に排出されるガスを圧縮する仕事と機械的な摩擦仕事の合計になります。したがって、容量調整スライド弁を用いてスクリュー圧縮機の体積流量を調整すると、調整条件下で圧縮機は高い効率を維持することができる。
実際の圧縮機ではケーシングに穴が開いているのではなく、多孔質構造になっているのが一般的です。スライドバルブはローターの下の溝内を移動し、開口部のサイズを連続的に調整できます。開口部から排出されたガスはコンプレッサーの吸入口に戻ります。コンプレッサーは実際にはガスのこの部分には作用しないため、ガスの温度は上昇せず、吸入口の主流ガスに到達する前に冷却する必要がありません。。
スライドバルブは、制御システムの要件に応じて任意の方向に移動できます。運転する方法はたくさんあります。最も一般的な方法は油圧シリンダーを使用することで、スクリューコンプレッサー自体のオイルシステムが必要な油圧を供給します。いくつかの機械では、スライド バルブは減速モーターによって駆動されます。
理論的には、スプールはローターと同じ長さでなければなりません。同様に、スライドバルブが全負荷から空負荷に移動するのに必要な距離はローターと同じである必要があり、油圧シリンダーも同じ長さである必要があります。ただし、スライドバルブの長さがわずかに短くても、良好な調整特性が依然として達成できることが実践により証明されています。これは、バイパス開口が吸入端面付近で最初に開口するとき、その面積は非常に小さく、このときのガスの圧力は非常に小さく、ロータの噛合歯が開口を通過するのにかかる時間も短いためである。非常に短いため、ガスの一部が排出されるのはごく少量です。このため、スライドバルブの実長をロータ作動部の長さの約７０％に短縮し、残りの部分を固定とすることで、圧縮機全体の小型化を図ることができる。
容量調整スライドバルブはローター径により特性が異なります。これは、スライドバルブの動きによるバイパスポートの面積はローター径の二乗に比例し、圧縮室内のガスの体積はローター径に比例するためです。の 3 乗に比例します。コンプレッサーがガスを圧縮すると、注入されたオイルの圧力も上昇し、最終的にはガスと一緒に排出されることに注意してください。オイルを連続的に排出するには、一定の排気量を確保する必要があります。そうしないと、完全な無負荷状態で圧縮室内にオイルが蓄積し、エアコンプレッサーが運転できなくなります。オイルを連続的に排出するには、通常少なくとも約10%の体積流量が必要です。場合によっては、コンプレッサーの体積流量をゼロにする必要があります。このとき、通常は吸気と排気の間にバイパス管が設けられる。完全なゼロ負荷が必要な場合は、バイパスパイプを開いて吸気と排気を接続します。。
容量調整スライドバルブを使用してスクリューコンプレッサーの体積流量を調整する場合、調整中の内圧比を全負荷時と同じに保つことが理想的です。ただし、スライドバルブが移動して圧縮機の体積流量が小さくなると、スクリューの有効作動長が小さくなり、内部圧縮行程の時間も短くなることは明らかですので、内部圧力比を高くする必要があります。削減。
実際の設計では、スライド バルブには半径方向の排気穴が装備されており、この排気穴はスライド バルブとともに軸方向に移動します。このようにして、一方では、スクリューマシンのロータの有効長さが減少し、他方では、半径方向の排気オリフィスも減少して、内部圧縮プロセス時間が延長され、内部圧縮比が増加する。スライドバルブのラジアル排気オリフィスとエンドカバーのアキシャル排気オリフィスを異なる内圧比にすることで、調整過程において一定の範囲内で内圧比を全負荷時と同じに保つことができます。 。同じ。
容積調整スライドバルブを使用して、スクリューマシンのラジアル排気オリフィスサイズとロータの有効作動部長さを同時に変更する場合、スクリューマシンの消費電力と体積流量の関係は体積流量以内になります。調整範囲は 100 ～ 50% です。消費電力は体積流量の減少にほぼ比例して減少しており、スライドバルブ制御の経済性の良さを示しています。なお、スライドバルブの動作後期では、内圧比が1になるまで減少し続けます。そのため、このときの消費電力と体積流量の曲線は、従来の消費電力と体積流量の曲線に比べてある程度のずれが生じます。理想的な状況。偏差の大きさはスクリューマシンの外部圧力比によって異なります。スクリューマシンの無負荷時の消費電力は、動作条件によって決まる外圧が比較的小さい場合には全負荷時の消費電力の20%に過ぎませんが、外圧が比較的大きい場合には35%に達する場合があります。ここから、容量スライドバルブを使用する大きな利点は、スクリューマシンの起動動力が非常に小さいことであることがわかります。
調整スライドバルブ構造を採用すると、スライドバルブの上面がスクリュー圧縮機のシリンダーの一部として機能します。スライドバルブには排気オリフィスがあり、その下部が軸方向の移動のガイドを兼ねているため、加工精度が非常に要求されます。、製造コストの増加につながります。特に小型スクリューコンプレッサーではスライドバルブの加工費が大きな割合を占めます。また、スクリューマシンの確実な作動を確保するため、通常、スライドバルブとローターとの隙間は、シリンダー穴とローターとの隙間よりも大きくなっています。小型スクリューマシンでは、このギャップの増加はコンプレッサーの性能にも影響します。深刻な衰退。上記の欠点を克服するために、小型スクリュー機械の設計では、いくつかのシンプルで低コストの調整スライド バルブを使用することもできます。
ローターの螺旋形状に対応するシリンダー壁のバイパス穴を備えたシンプルなスプールバルブ設計で、覆われていないときにこれらの穴からガスが逃げることができます。スライドバルブは、弁体がスパイラル状になっている「ロータリーバルブ」を使用しています。回転すると、圧縮室につながるバイパス穴を塞いだり開いたりすることができます。このときスライドバルブは回転するだけでよいため、圧縮機の全長を大幅に短縮できます。この設計スキームにより、継続的な容量調整を効果的に行うことができます。ただし、排気孔の大きさは変わらないため、アンロードが始まると内圧比が低下します。同時にシリンダー壁のバイパス穴の存在により、ある程度の「クリアランスボリューム」が形成されます。この容積内のガスは圧縮と膨張のプロセスを繰り返し、その結果、コンプレッサーの容積効率と断熱効率が低下します。
3. スクリューコンプレッサーのスライドバルブ調整工程
スライドバルブを左右に動かすことで実効圧縮量を増減し、ガス吐出量を調整します。ローディング時：ピストンが左に移動し、スライドバルブが左に移動し、ガス吐出量が増加します。アンロード時：ピストンが右に移動し、スライドバルブが右に移動し、ガス吐出量が減少します。
4. スクリューコンプレッサーのスライドバルブ調整の応用展望
一般にオイルフリースクリュー圧縮機では、スライドバルブを調整するための容量調整装置は使用されていません。これは、このタイプのコンプレッサーの圧縮室はオイルフリーであるだけでなく、高温になるためです。このため、調整スライドバルブ装置の使用が技術的に困難になります。
オイルインジェクション式スクリュー空気圧縮機では、圧縮媒体が変化せず、運転条件が固定されるため、通常、スライドバルブによる容量調整装置は使用されません。コンプレッサーの構造をできるだけシンプルにし、大量生産のニーズに適応させるために、通常、可変周波数モーターが使用されます。。
スライドバルブを調整する容量調整装置により、コンプレッサーは調整された運転条件下でも高効率を維持できることは注目に値します。近年ではオイルフリースクリュー圧縮機やオイルインジェクション式スクリュー空気圧縮機にも容量調整装置が使用されています。スライドバルブの傾きを調整します。
オイルインジェクション式スクリュー冷凍機やプロセスコンプレッサーでは、スクリューコンプレッサーの体積流量を調整するために容量調整スライドバルブが一般的に使用されます。この排気量調整方法は比較的複雑であるが、排気量を連続的かつ無段階に調整することができ、効率も高い。
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