روغن کمتر، هوای بیشتر: مورد مهندسی برای کمپرسور هوا مارپیچ میکرو روغن

حکم: میکرو اویل 95 درصد از عملکرد بدون روغن را با 60 درصد هزینه ارائه می دهد.

برای کاربردهای هوای فشرده که نیاز به انتقال روغن کمتر از 5 میلی‌گرم بر متر مکعب دارند، اما به صفر مطلق سیستم‌های بدون روغن کلاس 0 نیاز ندارند، کمپرسور هوای مارپیچ میکرو روغن، انتخاب مهندسی بهینه را نشان می‌دهد. داده های میدانی از 300 تاسیسات صنعتی نشان می دهد که واحدهای میکرو اویل به 98.5% متوسط زمان کار با انتقال روغن 3-5 میلی گرم بر متر مکعب دست می یابند. در مقایسه با 0.01 mg/m³ برای بدون روغن و 15-25 mg/m³ برای پیچ های چرخشی استاندارد روغن کاری شده با روغن. نتیجه گیری مستقیم: برای بسته بندی های دارویی، فرآوری مواد غذایی، تولید لوازم الکترونیکی و هوای ابزار که روغن کمی قابل قبول نیست اما کلاس فوق خالص 0 بیش از حد مشخص شده است، کمپرسور هوا پیچ میکرو روغن کیفیت هوای مورد نیاز را با هزینه سرمایه 40 تا 60 درصد کمتر از سیستم های بدون روغن ارائه می دهد.

چه چیزی یک کمپرسور اسکرو را "Micro-Oil" می سازد

یک کمپرسور چرخشی روتاری روغن کاری شده استاندارد 8 تا 12 لیتر روغن در دقیقه به محفظه تراکم برای یک واحد 75 کیلوواتی تزریق می کند. یک کمپرسور هوای مارپیچ میکرو اویل این مقدار را به 1.5-3 لیتر در دقیقه برای همان توان قدرت کاهش می دهد. نام "میکرو روغن" به نرخ تزریق روغن اشاره دارد، نه حجم کل روغن سیستم . با اندازه‌گیری دقیق جریان روغن فقط به آنچه برای آب‌بندی فاصله‌های روتور و خنک‌سازی لازم است، سیستم‌های میکرو روغن به میزان قابل‌توجهی انتقال روغن کمتری را بدون پیچیدگی فناوری پیچ‌های خشک (بدون روغن) انجام می‌دهند. روغن سه عملکرد را انجام می دهد: آب بندی فاصله بین روتورهای نر و ماده (معمولاً 15-50 میکرون)، خنک کردن هوای فشرده، و روانکاری یاتاقان ها و چرخ دنده های زمان بندی.

طرح های میکرو روغن از طریق سه اصلاح مهندسی به کاهش تزریق روغن می رسند: پروفیل های روتور ماشینکاری شده دقیق با فاصله های محکم تر (تا 8-12 میکرون) ، بهینه سازی درگاه تزریق روغن و اندازه نازل و سیستم های جداسازی روغن با راندمان بالاتر. کاهش حجم روغن همچنین تلفات کششی انگلی را کاهش می‌دهد: پیچ‌های استاندارد تزریق شده با روغن 5 تا 7 درصد از توان ورودی را به دلیل خرد شدن روغن از دست می‌دهند. پیچ های میکرو اویل این میزان را به 2-3 درصد کاهش می دهند و بازده کلی را 4-5 درصد بهبود می بخشند.

استانداردهای عملکرد حمل نفت و کیفیت هوا

مشخصات حیاتی برای هر کمپرسور هوا مارپیچ میکرو روغن، انتقال روغن باقیمانده است که بر حسب میلی گرم بر متر مکعب (mg/m³) در درگاه تخلیه اندازه گیری می شود. ISO 8573-1 کلاس های خلوص هوا را تعریف می کند: کلاس 1 0.01 mg/m³، کلاس 2 0.1 mg/m³، Class 3 mg/m³ 1 و Class 4 mg/m³ 5. یک کمپرسور هوای مارپیچ میکرو روغنی که به درستی مشخص شده است با جداسازی سه مرحله ای به کلاس 3 یا کلاس 4 (1-5 میلی گرم در متر مکعب) بدون فیلتراسیون ثانویه دست می یابد. . با یک فیلتر ادغام خارجی با درجه بندی 0.01 میلی گرم بر متر مکعب، همان واحد می تواند کیفیت هوای کلاس 1 را ارائه دهد و عملکرد پیچ ​​بدون روغن را با هزینه سرمایه کمتر مطابقت دهد.

پیکربندی سه مرحله ای رایج ترین برای برنامه های حساس است. فیلترهای ادغام خارجی هر 6 تا 12 ماه نیاز به تعویض المان دارند ، هزینه 150-400 دلار برای هر فیلتر بسته به سرعت جریان. حتی با این هزینه مصرفی اضافی، کل هزینه های عملیاتی کمتر از کمپرسورهای اسکرو بدون روغن باقی می ماند که هر 20000 تا 30000 ساعت نیاز به تعویض بلبرینگ گران قیمت دارند.

مهندسی پروفیل و ترخیص روتور

کمپرسور هوای مارپیچ میکرو روغن عمدتاً از طریق فاصله‌های روتور محکم‌تر به تزریق روغن کاهش می‌یابد. روتورهای استاندارد تزریق روغن دارای فاصله شعاعی 30-50 میکرون بین لوب های نر و ماده هستند. طرح های میکرو روغن این را به 8-15 میکرون کاهش می دهند. فاصله های تنگ تر ضخامت لایه روغن مورد نیاز برای آب بندی را کاهش می دهد و امکان تزریق روغن را کاهش می دهد . با این حال، فاصله‌های تنگ‌تر نیاز به دقت تولید بالاتری دارد—تلرانس پروفیل روتور باید تا 2± میکرون در مقابل ±5 میکرون برای روتورهای استاندارد حفظ شود. این امر هزینه ساخت روتور را 30-40٪ افزایش می دهد اما مصرف انرژی ویژه را 6-8٪ کاهش می دهد.

مبادله حساسیت به آلودگی است. یک ذره 15 میکرونی که وارد روتور استاندارد 50 میکرون می شود بدون تماس از آن عبور می کند. همین ذره در روتور میکرو روغنی با فاصله 8 میکرون باعث امتیازدهی و کاهش کارایی فوری می شود. . بنابراین، کمپرسورهای هوای اسکرو میکرو اویل به فیلتر هوای ورودی تا 5 میکرون یا بهتر نیاز دارند (کلاس کارایی ISO 5011 F9 یا بالاتر). فیلترهای استاندارد هوای صنعتی (G4 یا F7) کافی نیستند. یک فیلتر ورودی دو مرحله ای با عنصر اولیه (F7) و ثانویه (F9) مشخص کنید و یک فشارسنج دیفرانسیل با زنگ هشدار در 80٪ عمر فیلتر نصب کنید.

انتخاب نوع روغن و ویسکوزیته

کمپرسورهای هوای مارپیچ میکرو روغن به روان کننده های مصنوعی نیاز دارند، نه روغن های معدنی. روغن های مصنوعی پلی آلفائولفین (PAO) یا پلی آلکیلن گلیکول (PAG) عمر مفید 3 تا 4 برابر بیشتر از روغن های معدنی دارند. و رسوبات لاک به میزان قابل توجهی کمتری تولید می کند. برای سیستم های میکرو روغن، روغن همچنین به عنوان محیط خنک کننده اولیه عمل می کند. با کاهش حجم جریان روغن (1.5-3 لیتر در دقیقه در مقابل 8-12 لیتر در دقیقه)، روغن باید ظرفیت گرمایی ویژه و پایداری حرارتی بالاتری داشته باشد. روغن‌های PAG بهترین ویژگی‌های حرارتی را ارائه می‌دهند، اما رطوبت سنجی هستند (رطوبت را جذب می‌کنند)، که به مدیریت تهاجمی‌تر میعانات نیاز دارند. روغن های PAO رطوبت کمتری دارند اما 10 تا 15 درصد هدایت حرارتی کمتری دارند.

انتخاب درجه ویسکوزیته از محیط کار کمپرسور پیروی می کند. ISO VG 46 برای دمای محیط 5-35 درجه سانتیگراد استاندارد است. ISO VG 32 برای محیط های سرد (زیر 5 درجه سانتیگراد)؛ ISO VG 68 برای محیط های گرم (بالای 35 درجه سانتیگراد) . استفاده از درجه ویسکوزیته نامناسب، انتقال روغن را 50 تا 100 درصد افزایش می دهد، زیرا راندمان جداکننده روغن به توزیع مناسب اندازه قطرات بستگی دارد. روغنی که خیلی غلیظ است (ویسکوزیته بالاتر) قطرات بزرگتری ایجاد می کند که جداکننده نمی تواند آنها را بگیرد. روغنی که خیلی رقیق است (ویسکوزیته کمتر) با سهولت بیشتری تبخیر می شود و به صورت بخار از جداکننده عبور می کند که در پایین دست متراکم می شود. برای سیستم های میکرو روغن، فواصل تعویض روغن را بین 4000-6000 ساعت مشخص کنید که 30-50٪ بیشتر از پیچ های استاندارد تزریق روغن به دلیل تنش حرارتی کمتر ناشی از کاهش حجم روغن است.

طراحی سیستم جداسازی روغن

سیستم جداسازی روغن تعیین می کند که آیا یک کمپرسور هوا پیچی میکرو روغنی کیفیت هوای کلاس 3 یا 5 را ارائه می دهد. یک سیستم سه مرحله ای استاندارد است: جداسازی گریز از مرکز اولیه در مخزن سامپ (95-98٪ روغن حجیم را حذف می کند)، عنصر فیلتر ادغام ثانویه (99.5٪ از آئروسل باقی مانده را حذف می کند) و سوم (فیلتر ادغام خارجی اختیاری). عنصر فیلتر ادغام کننده مهم ترین جزء است: باید 0.01 میلی گرم در متر مکعب روغن باقیمانده را در جریان نامی با افت فشار زیر 0.3 بار بدست آورد. . المان های فیلتر عمر مفید محدودی دارند: وقتی افت فشار از 0.6 بار بیشتر می شود یا زمانی که عمر المنت از 12 ماه بیشتر می شود، بدون توجه به ساعات کارکرد نیاز به تعویض است.

حالت های خرابی رایج در جداسازی روغن با میکرو روغن عبارتند از:

• بارگیری بیش از حد غبار روغن به دلیل پر شدن بیش از حد حوض یا شیرهای برگشتی خراب - افت فشار جداکننده را در عرض چند روز 0.2-0.4 بار افزایش می‌دهد.
• روغن امولسیون شده از تجمع میعانات در مخزن (معمولاً در محیط‌های مرطوب) - محیط‌های جمع‌آوری شده را در 200-500 ساعت در مقابل 4000-6000 ساعت زندگی عادی مسدود می‌کند.
• دمای مخزن نادرست - زیر 70 درجه سانتیگراد، تراکم رطوبت را امکان پذیر می کند. دمای بالای 110 درجه سانتی گراد اکسیداسیون روغن و تخریب محیط جداکننده را تسریع می کند

یک آشکارساز غبار روغن در پایین دست جداکننده نصب کنید تا هشدار اولیه خرابی جداکننده را ارائه دهید. این حسگرهای نوری آئروسل روغن را بالاتر از 0.1 میلی‌گرم بر متر مکعب تشخیص می‌دهند و می‌توانند قبل از آلوده شدن فرآیندهای پایین‌دستی، زنگ هشدار را ایجاد کنند. هزینه 500-800 دلاری با یک بار رد دسته ای جلوگیری شده در برنامه های غذایی یا دارویی توجیه می شود.

ارسال رایگان هوا و مصرف انرژی خاص

تحویل هوای رایگان (FAD) برای کمپرسورهای هوای مارپیچ میکرو روغن معمولاً 10 تا 15 درصد کمتر از پیچ‌های تزریق روغن استاندارد با قدرت موتور یکسان است به دلیل فاصله‌های محکم‌تر و کاهش راندمان آب‌بندی فیلم روغن. یک پیچ استاندارد 75 کیلوواتی تزریق روغن 12-14 m³/min در 7 bar می دهد. یک واحد میکرو روغن با همان قدرت، 10.5-12.5 m³/min تولید می کند . با این حال، مصرف انرژی ویژه (کیلووات بر متر مکعب در دقیقه) اغلب برای روغن های کوچک قابل مقایسه یا کمی بهتر است، زیرا کاهش تلفات ناشی از خرد شدن روغن است. عملکرد واقعی بین طرح ها به طور قابل توجهی متفاوت است - قبل از خرید به منحنی های عملکرد گواهی ISO 1217 (روش جابجایی) نیاز است. برخی از تامین کنندگان ادعا می کنند عملکرد ریز روغنی که در شرایط واقعی قابل دستیابی نیست.

راندمان بار جزئی یک تمایز حیاتی است. کمپرسورهای هوای مارپیچ میکرو روغن معمولاً نسبت چرخش باریک تری دارند (40-100٪ جریان نامی) نسبت به پیچ های استاندارد تزریق روغن (25-100٪). زیرا کاهش حجم روغن نمی تواند خنک سازی کافی را در جریان های بسیار کم حفظ کند. برای کاربردهایی با تغییرات تقاضای قابل توجه (به عنوان مثال، فرآیندهای دسته ای، عملیات مبتنی بر شیفت)، یک کمپرسور میکرو روغن با درایو فرکانس متغیر (VFD) را در نظر بگیرید. عملکرد VFD در بار 50 تا 80 درصد، مصرف انرژی ویژه را 8 تا 12 درصد در مقایسه با بار کامل در سرعت نامی افزایش می دهد، اما این هنوز 20 تا 30 درصد بهتر از مدوله کردن یا کنترل بار/تخلیه بار در یک واحد سرعت ثابت است.

دمای عملیاتی و سیستم خنک کننده مورد نیاز

کمپرسورهای هوای اسکرو میکرو اویل دمای تخلیه بالاتری نسبت به واحدهای تزریق روغن استاندارد ایجاد می کنند زیرا روغن کمتری برای خنک کردن در دسترس است. دمای تخلیه استاندارد 75-85 درجه سانتیگراد است. واحدهای میکرو روغن معمولاً در دمای 85-95 درجه سانتیگراد کار می کنند . این درجه حرارت بالا دو خطر ایجاد می کند: تسریع اکسیداسیون روغن و افزایش حفظ رطوبت در مخزن روغن. به ازای هر افزایش 10 درجه سانتی گراد بالای 80 درجه سانتی گراد، سرعت اکسیداسیون روغن دو برابر می شود. بنابراین، کمپرسورهای میکرو روغن باید از روغن های مصنوعی پایدار حرارتی (PAO یا PAG) استفاده کنند و دارای کولرهای روغن با اندازه مناسب باشند. ظرفیت خنک کننده روغن را با حاشیه ایمنی 15 تا 20 درصد برای مدیریت شرایط محیطی بالا مشخص کنید.

سیستم مدیریت میعانات در کمپرسورهای میکرو روغن بسیار مهم است. دمای تخلیه بالاتر به این معنی است که بخار آب بیشتری در هوای فشرده باقی می ماند که پس از خنک شدن هوا در پایین دست متراکم می شود. پس کولرهای موجود در واحدهای میکرو روغنی باید دمای هوای تخلیه را بین 10 تا 15 درجه سانتیگراد از محیط بدست آورند. برای جلوگیری از تراکم در لوله های توزیع. برای دمای تخلیه 90 درجه سانتیگراد و محیط 30 درجه سانتیگراد، پس کولر باید 60 درجه سانتیگراد افزایش دما را حذف کند. پس کولرهای کم اندازه (قابلیت 40 درجه سانتیگراد ΔT) هوای تخلیه را در دمای 50 درجه سانتیگراد باقی می‌گذارند که سپس تا دمای 30 درجه سانتیگراد در لوله‌کشی خنک می‌شود، آب را متراکم می‌کند و خطرات خوردگی و رشد میکروبی را ایجاد می‌کند.

فواصل نگهداری و مقایسه هزینه

کمپرسورهای هوای اسکرو میکرو اویل نسبت به واحدهای تزریق روغن استاندارد به تعمیر و نگهداری مکرر بیشتری نیاز دارند اما نسبت به پیچ‌های بدون روغن نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتری دارند. برنامه تعمیر و نگهداری معمولی: تعویض روغن هر 4000 ساعت (در مقابل 6000-8000 برای واحدهای استاندارد)، جداکننده هوا و روغن هر 4000 ساعت (در مقابل 6000-8000 ساعت)، فیلتر روغن هر 2000 ساعت (در مقابل 3000-4000) . فواصل کوتاه تر نشان دهنده حجم روغن کمتر و دمای عملیاتی بالاتر است. هزینه نگهداری سالانه برای کمپرسور ریز روغن 75 کیلووات تقریباً 1200-1800 دلار است در مقابل 800-1200 دلار برای روغن تزریقی استاندارد و 3500-5000 دلار برای بدون روغن.

با این حال، هزینه کل محاسبه مالکیت زمانی که هزینه های فیلتراسیون پایین دستی را شامل می شود، به نفع میکرو نفت است. کمپرسورهای استاندارد تزریق روغن برای دستیابی به کیفیت هوای کلاس 1 به فیلتر ادغام کننده به همراه فیلتر کربن فعال نیاز دارند که هزینه سالانه عنصر فیلتر 600 تا 1000 دلار است. واحدهای میکرو روغن با جداسازی سه مرحله ای اغلب فقط به فیلتر ادغام کننده (بدون کربن) نیاز دارند که هزینه های فیلتراسیون سالانه را 40-60٪ کاهش می دهد. . برای یک چرخه عمر 5 ساله با 6000 ساعت کار در سال، تفاوت هزینه تجمعی بین روغن تزریقی استاندارد به اضافه فیلتراسیون کامل در مقابل میکرو روغن به علاوه فیلتر حداقل، 2500 تا 4000 دلار به نفع میکرو روغن است.

الزامات نصب و طراحی لوله کشی

کمپرسورهای هوا اسکرو میکرو روغن نسبت به واحدهای استاندارد حساسیت بیشتری نسبت به شرایط نصب دارند. لوله تخلیه هوای فشرده باید از کمپرسور دور شود (حداقل شیب 1:100) تا از جریان برگشتی میعانات به جداکننده جلوگیری شود. . جریان برگشتی میعانات عامل اصلی خرابی زودرس جداکننده است که زمانی اتفاق می‌افتد که میعانات گازی در نقاط پایین لوله‌های تخلیه جمع می‌شوند و پس از تخلیه یا توقف کمپرسور به عقب برمی‌گردند. یک پایه تخلیه کندانس با شیر تخلیه خودکار در فاصله 2 متری تخلیه کمپرسور نصب کنید.

الزامات تهویه برای کمپرسورهای میکرو روغن بسیار سخت است زیرا کاهش حجم روغن نمی تواند گرمای زیادی را جذب کند. حداقل جریان هوا از طریق اتاق کمپرسور 0.3 m³/s به ازای هر 75 کیلووات توان نصب شده است. (تقریباً 30 تغییر هوا در ساعت برای یک اتاق معمولی 50 متر مربع). چرخش مجدد هوای داغ از تخلیه کمپرسور به ورودی هوا، بازده حجمی را 3-5 درصد در هر 5 درجه سانتیگراد افزایش دما کاهش می دهد. برای جلوگیری از اتصال کوتاه، مجرای ورودی و خروجی مجزا با حداقل فاصله 3 متری نصب کنید.

انتشار نویز و طراحی محوطه

کمپرسورهای هوای مارپیچ میکرو روغن در 72-78 dB(A) در 1 متر بدون محفظه کار می کنند، در مقایسه با 68-72 dB(A) برای واحدهای تزریق روغن استاندارد. سطح نویز بالاتر ناشی از افزایش سرعت روتور (معمولاً 4000-6000 RPM در مقابل 2000-3000 RPM) است که برای حفظ خروجی با فاصله های تنگ تر لازم است. . برای نصب در داخل ساختمان در نزدیکی پرسنل، یک محفظه صوتی با درجه بندی 68 dB(A) یا کمتر را مشخص کنید. محفظه های کامل 15-25٪ به هزینه کمپرسور اضافه می کنند اما نویز درک شده را 10-12 دسی بل (A) کاهش می دهند.

طراحی محفظه باید کاهش نویز را با جریان هوای خنک کننده متعادل کند. محفظه هایی که جریان هوا را برای دستیابی به کاهش نویز 15 دسی بل (A) یا بیشتر محدود می کنند، معمولاً به فن های خنک کننده بزرگ (1 تا 2 کیلو وات قدرت فن اضافی) یا مبدل های حرارتی خارجی هوا به آب نیاز دارند. محفظه با صدا خفه کن های ورودی و تخلیه (نه لوورهای ساده) را مشخص کنید و بررسی کنید که ظرفیت جریان هوا مطابق با الزامات سازنده کمپرسور است. خنک کننده نامناسب محفظه به دلیل افزایش دمای روغن، عمر کمپرسور را 30 تا 50 درصد کاهش می دهد. .

سیستم های کنترل و نظارت از راه دور

کمپرسورهای هوای مارپیچ میکرو روغن مدرن شامل کنترل مبتنی بر کنترل منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) با رابط صفحه نمایش لمسی است. حداقل ویژگی های کنترل مورد نیاز: نمایش زمان واقعی فشار تخلیه، دمای روغن، فشار روغن، افت فشار جداکننده و ساعات کار تجمعی . برای نصب چند کمپرسور، به یک ترتیب‌دهنده اصلی نیاز دارید که تخصیص لید/لگ را بچرخاند و ساعت‌های کارکرد را متعادل کند تا سایش یکسان شود. کمپرسورهای میکرو روغن به طور نامتناسبی از توالی‌یابی سود می‌برند، زیرا محدوده کمپرسور کم‌تر آنها باعث می‌شود در بارهای کم کارایی کمتری داشته باشند.

نظارت از راه دور از طریق اترنت/IP، Modbus TCP یا دروازه سلولی 4G به شدت توصیه می شود. تشخیص زودهنگام افزایش افت فشار جداکننده (نشان دهنده اشباع کوالسر) یا افزایش دمای روغن (نشان دهنده رسوب کولر) از توقف برنامه ریزی نشده جلوگیری می کند. . هشدارهای خودکار را برای: جداکننده ΔP > 0.5 بار، دمای روغن > 100 درجه سانتیگراد، فشار روغن < 2 بار و بیش از 10 استارت در ساعت (که نشان دهنده دوچرخه سواری کوتاه است) تنظیم کنید. پلتفرم‌های مانیتورینگ مبتنی بر ابر سالانه 200 تا 500 دلار برای هر کمپرسور هزینه دارند و معمولاً هزینه‌های نگهداری را 15 تا 25 درصد از طریق خدمات پیش‌بینی‌کننده و نه واکنش‌پذیر کاهش می‌دهند.

تجزیه و تحلیل هزینه کل مالکیت

یک مقایسه 10 ساله هزینه کل مالکیت (TCO) برای یک کمپرسور 75 کیلوواتی که 6000 ساعت در سال کار می کند با 0.12 دلار در هر کیلووات ساعت برق نشان می دهد:

• پیچ استاندارد تزریق روغن: 65000 دلار سرمایه 324000 دلار برق 48000 دلار نگهداری 12000 دلار فیلتراسیون = 449000 دلار
• پیچ میکرو روغن: 78000 دلار سرمایه 318000 دلار برق 60000 دلار نگهداری 8000 دلار فیلتراسیون = 464000 دلار
• پیچ بدون روغن: 145,000 دلار سرمایه 305,000 دلار برق 95,000 دلار تعمیر و نگهداری 4,000 دلار فیلتراسیون = 549,000 دلار

محلول میکرو روغن تقریباً 3٪ گرانتر از تزریق روغن استاندارد در طول 10 سال است اما کیفیت هوای قابل توجهی بهتری را ارائه می دهد (کلاس 3 در مقابل کلاس 5). در مقابل بدون روغن، میکرو روغن 15 درصد از TCO را ذخیره می کند و در عین حال با اضافه کردن فیلتر ادغام کننده خارجی، به همان کیفیت هوای نهایی می رسد. نقطه سربه سر برای روغن میکرو در مقابل روغن تزریقی استاندارد در سال 6-7 رخ می دهد، پس از آن اختلاف هزینه تجمعی به نفع میکرو روغن در کاربردهایی است که حتی یک رویداد آلودگی محصول 10000 دلار یا بیشتر قیمت دارد. .