空壓機設計及仿真的案例
FC部件|基于 CFD 仿真的燃料電池離心空壓機葉輪的優化設計
空壓機為燃料電池系統提供壓縮空氣。常用的空壓機類型有滑片式、螺桿式、離心式、渦旋式和羅茨式等。其中離心空壓機具有結構緊湊、響應快、壽命長和效率高等特點,比較適合燃料電池。離心空壓機通過葉輪的高速旋轉對工質進行做功,持續輸出壓縮空氣,離心空壓機的性能主要由其中的葉輪決定。燃料電池空壓機葉輪與傳統車用渦輪增壓器葉輪的設計需求差別較大,傳統渦輪增壓器葉輪需要較寬的流量范圍;而燃料電池所需要的離心空壓機需要較高的壓比,不需要過寬的流量范圍。
1 葉輪的設計
1.1 設計方法
高性能葉輪的葉片是復雜的三維結構,在設計時不僅要考慮到氣動性能與結構強度,還要考慮加工工藝,以便于進行側銑加工,總體設計難度較大。葉輪設計基本有兩種方式:(1)根據設計目標全新設計;(2)對現有葉輪進行設計優化。
全新設計葉輪需要根據設計目標,首先從一維設計軟件中預測基本的幾何參數,再通過三維設計軟件對性能進行優化。全新設計葉輪需要很長的時間周期,而且設計難度較大。在工程開發上多采用第二種方式,即對現有葉輪重新設計并進行優化。
展開 用戶側蒸汽壓差驅動的空壓機設計及應用
由表１可看出，某塑料生產公司在對蒸汽減溫減壓過程，浪費的輸出功率為１５０ｋＷ，以空壓機比功率為６ｋＷ／（ｍ３·ｍｉｎ） （常規空壓機比功率為５～６ｋＷ／（ｍ３·ｍｉｎ））計算，可產生壓縮空氣流量為２０ｍ３／ｍｉｎ。這表明，該應用場景的蒸汽偏差具有足夠大的壓縮空氣生產潛力［４－５］。
２.２ 設計約束條件說明
本文在對空壓機系統設計時，需遵循以下幾個
約束條件。
（１）運行條件約束
蒸汽進口壓力為１.１ＭＰａ，空壓機排氣壓力高
于０.４ＭＰａ。壓縮空氣流量根據蒸汽流量的波動而波動。
（２）向心汽輪機條件
考慮主汽閥損失（５％左右） 后，給定進口總
壓、總溫及出口靜壓，設置進口氣流角度為７８°（與徑向夾角），進行流量計算與轉速的選取，出口流速（基本沿軸向） 為８１.３ｍ／ｓ，質量流量為１.６８７ｋｇ／ｓ，轉速為３００００ｒ／ｍｉｎ。即向心汽輪機最大功率為１５０ｋＷ，轉速在３００００ｒ／ｍｉｎ。
（３）離心空壓機參數選取
鑒于離心空壓機輸入功率為１５０ｋＷ，排氣壓
力大于０.４ＭＰａ，離心空壓機采用兩級壓縮，部分性能參數見表２。即：在給定機械功率１５０ｋＷ，排氣壓力０.４ＭＰａ的條件下，離心空壓機采用２級壓縮，轉速在７１０００ｒ／ｍｉｎ以上時，可產生２０ｍ３／ｍｉｎ的壓縮空氣［６］。
２.３ 撬裝集成設計
本文提出采用向心汽輪機驅動離心空壓機整體
撬裝設計，即向心汽輪機和離心空壓機不同軸的設計方式，兩軸之間采用齒輪嚙合來進行匹配，能夠靈活運行，適應較寬范圍內的工況變化［７］。
展開 ANSYS-Fluent在兩級永磁螺桿空壓機內部流道設計中的應用
隨著工業發展多樣性，空氣壓縮機種類也趨向于多樣化，而在節能減排的世界潮流中對空壓機的節能也提出更高的要求。兩級壓縮永磁螺桿空壓機節能效果相比于其他壓縮機有著絕對的優勢，越來越多的客戶開始選擇兩級壓縮
永磁螺桿空壓機
來替代工廠里的舊機器。
兩級永磁螺桿空壓機在多方面參數性能都比兩個單級壓縮空壓機更加優秀，如理論分析、中間冷卻、中間壓力調節、壓縮比等。
既然兩級空壓機的性能更加突出，那么對兩級之間的流道設計也是整個兩級空壓機設計的重要一環，如何設計出更加優秀的內部流道呢？我們可以從理論分析與有限元仿真相結合的方法對其進行設計優化。
圖1 流道截面圖
首先利用流體力學相關知識對其流道初步設計，圖1是公司的某款兩級壓縮的內部流道的截面三維圖。內部流道氣流是否順暢、渦流是否存在、局部壓力損失大小、如何進一步優化，這些問題只靠樣機試制去解決是很困難的，而且試制成本也會增加。而利用有限元分析軟件對初始模型進行分析，就能找到解決問題的辦法。
以上圖2為流道中心截面風速分布圖
借助有限元仿真軟件ANSYS-Flunet對其流道模型進行分析，根據實際工況進行參數設置，最終得到流道內部靜壓分布及流速分布。圖2為流道中心截面靜壓分布與氣流分布圖，從圖中可以看出，流道內部靜壓分布較為均勻，下方與中部氣流順暢，沒有壓力突變，而在截面上方存在壓力突變處，結合流速分布發現上方存在渦流，此處局部壓力損失最大，需要改進結構減小渦流大小，進一步減少能量損失。
圖3 流道內部速度流線分布圖
圖3整個流道速度流線分布圖，進一步反映出流道內部氣流分布情況，與截面分布圖相似，圖中上方存在渦流，存在能量損失。下方與中部氣流順暢能很好的從一級排氣口進入二級進氣口。
展開 空壓機丨夏季如何避免空壓機潤滑油乳化
夏季如何避免空壓機潤滑油乳化
在夏季高濕度條件下，空壓機潤滑油容易發生乳化現象，嚴重影響空壓機的運行效率和壽命。本文將介紹空壓機潤滑油乳化的原因，分析其危害，并詳細闡述預防和控制乳化的有效措施，以確保空壓機在夏季高濕度環境下穩定高效運行。
空壓機潤滑油乳化原因分析
夏季高濕度：夏季氣溫升高，相對濕度增加，空氣中的水分含量較高，容易導致潤滑油與水分接觸。
運行中產生熱量：空壓機在運行時產生大量的熱量，導致周圍環境溫度升高，進而影響潤滑油的穩定性。
長時間低負載：空壓系統設計可能存在缺陷，比如，空壓機搭配過大，使得空壓機低負載運行，轉子出口溫度長期低于75°，導致高溫高濕氣體析出液態水。
空壓機潤滑油乳化的危害
降低潤滑效果：潤滑油乳化后，其潤滑性能大幅下降，無法有效保護空壓機內部零部件，增加了機械磨損和摩擦。
氧化穩定性下降：乳化潤滑油易受氧氣和高溫的影響，導致氧化穩定性下降，形成油泥和沉淀物，影響空壓機正常運行。
能效降低：乳化潤滑油增加了空氣阻力，使得空壓機工作時能耗增加，降低了設備的能效。
預防和控制空壓機潤滑油乳化的措施
選擇高品質潤滑油：選擇具有良好氧化穩定性和防水性能的潤滑油，以提高潤滑效果和防止水分進入潤滑系統。
定期更換潤滑油：根據設備制造商的建議，定期更換潤滑油，避免使用超過其使用壽命的潤滑油，以保持潤滑油的良好性能。
控制環境濕度：確保空壓機工作環境的濕度處于合適的范圍內，可以采取加裝濕度控制設備或保持設備在干燥通風的環境中
對于低負載，可以提高潤滑油溫度：通過增加潤滑油加熱系統&遮擋部分冷卻器，提高潤滑油的工作溫度，防止水分凝結并形成乳化。
展開 
空壓機的安裝標準與要求，詳細到位！
說明：管路部分總壓力降還應加上彎頭、異徑接管、三通接頭、閥門等產生的部壓力損失，這些值可從有關的手冊上查得
9
壓縮機空壓系統的通風
不管用戶使用的是無油機還是注油機，也不管用戶用的是空氣冷卻式壓縮機還是水冷卻式壓縮機，都必須解決好空壓房的通風問題。根據我們以往的經驗，空壓機50%以上的故障原因都是由于對這方面的忽視或錯誤理解。
空氣在被壓縮的過程中會有大量的熱量散發出來，這些熱量如果不能及時地排出空壓房，會造成空壓房的室溫逐步升高，這樣空壓機吸氣口的溫度就會越來越高，如此惡性循環會造成空壓機排氣溫度高而報警，同時因為高溫空氣的密度小而會造成產氣量的減少。
延伸閱讀
對于水冷卻式壓縮機來講，大部分熱量通過熱交換器傳遞給了冷卻水，由冷卻水將熱量帶走，這時只需要設置較小的通風扇把主電機發出的一小部分熱量帶走就行了。
展開 燃料電池空壓機技術介紹及發展趨勢
冷卻系統結構圖
·離心式空壓機用高速電機轉子直接驅動葉輪，無機械傳動裝置，因此可做到系統噪音小、傳動效率高和整機體積小
·高性能空氣動力學設計
·采用兩級增壓氣動布局實現寬工況范圍
·前掠設計降低葉尖泄漏渦范圍與強度，減小流動損失
·氣動效率80%；整機效率高達70%以上
·全工況范圍內轉子穩定，最高轉速9.5-11萬轉/分
·滿足高海拔工況功率輸出
葉輪仿真
空壓機單級與雙級壓縮對比
壓機發展趨勢
由于空壓機的結構和工作原理的不同，空壓機的性能優勢也不盡相同。其性能比較如表1所示：
通過比較可以看出渦旋式、螺桿式和離心式空壓機的綜合性能較好，無法回收排氣能來，目前只有通過渦輪與離心式壓縮機匹配來實現。
展開 阿特拉斯螺桿空壓機油氣分離器工作原理是什么？
阿特拉斯螺桿式空壓機的油路系統包括油箱、油冷卻器、機油過濾器、斷油閥、溫控閥等。
油氣分離器的下部容積起到油箱的作用，并附有加油孔、放油塞和油位計。
阿特拉斯螺桿式空氣壓縮機沒有液壓泵，潤滑油的循環式借助濾芯前的壓力與主機噴油口所產生的壓力差實現的。當壓縮機運轉時，油氣分離器中的氣體在最小壓力閥的作用下，首先建立起壓力，迫使潤滑油通過油冷卻器，再經機油過濾器進入斷油閥，對主機上、下噴油口供油，以帶走空氣在壓縮過程中所產生的熱量，同時對主機工作腔進行潤滑及密封減少內部泄露。
噴入壓縮機的潤滑油與空氣混合被壓縮后，再經排氣單向閥重新進入油氣分離器。
1、油冷卻器
油冷卻器與空氣冷卻器的冷卻方式相同，有風冷與水冷兩種方式。若環境狀況不佳，風冷式冷卻器的翅片易受灰塵覆蓋而影響冷卻效果，嚴重時會導致油氣溫度過高而自動停機。因此，應定期用低壓空氣將翅片表面的灰塵吹凈；若無法吹干凈，則必須以溶劑清洗，務必保持冷卻器散熱表面干凈。
水冷式冷卻器的管子在堵塞時，必須用溶劑浸泡，并且以機械方式將堵塞在管內的結垢清除，確保完全清洗干凈。
2、機油過濾器
裝有壓差發信器的機油過濾器，其功能是除去油中雜質而保持潤滑油的潔凈，從而對空氣壓縮機主機的運轉起到保護作用。如過濾器堵塞，將導致主機供油不足，使油氣溫度升高，從而影響到主機各運動部件的壽命。
當機油過濾器堵塞，差壓發信器發出指示，信號燈亮，應及時檢查更換。是否更換濾芯根據實際情況而定。
3、斷油閥
斷油閥主要是由閥體、閥芯、浮動賽，彈簧等元件組成。斷油閥是壓縮機中重要的部件之一，其工作原理是，開機后瞬間，主機高壓腔即向斷油閥端部供氣，活塞客戶彈簧壓力，推開浮動塞，即打開斷油閥閥芯，開始供油。
展開 空壓機通俗理論知識，99%都要懂!
但實際上，大多工廠空壓機的操作運行人員并非全部來自于這個專業或長期從事這項工作，往往是臨時的或者只會開機關機，對于基本的壓縮機知識一無所知。為了保證動力運行設備的正常運行，下面是空壓站操作運行人員應知應會的基本知識，和大家分享。
壓縮機的分類
按排氣壓力不同壓縮機分為
低壓壓縮機——排氣壓力小于1.0MPa
中壓壓縮機——排氣壓力1.0～10MPa
高壓壓縮機——排氣壓力10～100MPa
超高壓壓縮機——排氣壓力大于100MPa
V—3/20解說
V代表壓縮機形式，3—排氣量即產氣量，20—代表排氣壓力最高可達20MPa。
空氣與壓縮空氣
空氣的組成：氮氣78%，氧氣21%，氬氣0.93%，二氧化碳0.03%，氖氣0.0018%，其他惰性氣體、水分和塵埃、二氧化硫、一氧化碳等有毒氣體。
壓縮空氣是指具有一定的壓力，并對空氣中塵埃、水分進行過處理的可再生能源。壓力、流量、溫度是壓縮空氣的三個基本指標。
展開 SPERRE空壓機故障分析
某輪空壓機，值班期間檢查發現四 號空壓機聲音異常，低壓端不能正常打氣，高壓端打氣正常，隨即把空壓機停掉，吊低壓端缸蓋發現活塞有裂紋，拆下低壓端缸套，發現缸套布油正常活塞環活動正常，活塞銷小端斷裂，曲拐箱正常，連桿大端軸向串量正常滾珠軸承正常，潤滑情況正常，機油質量未發現大量鐵粉，機油更換正常，油位正常，夏天機艙溫度升高，額外加了兩臺軸流風機吹風。
甲板保養鐵板，敲銹時間使用大量空氣，導致長時間空壓機運轉，活塞負荷增大，連桿小端受力過大，極大可能零部件質量問題導致小端斷裂，活塞裂紋。
從此事故中不難發現SPERRE風冷空壓機在制造上存在一些缺陷，從事故吸取經驗教訓總結故障率，做到早發現早解決把事故消滅在萌芽狀態，給管理人員提出警醒認真檢查機艙的其他機械設備。
多關注多閱讀說明總結經驗教訓提出更好的管理維護建議。
文章來源：船機幫
展開 收集了8種空壓機用閥門，看了都說很實用
導致最小壓力閥關閉不嚴、損壞、失效的原因有：空氣質量不好或者有外部雜質進入機組內部，雜質顆粒在高壓氣流的帶動下，沖擊最小壓力閥，導致最小壓力閥零部件損壞，或污物夾在密封面之間，導致最小壓力閥失效；壓縮機注油太多，過多的潤滑油在最小壓力閥里形成油粘滯，導致閥片延遲關閉或開啟；最小壓力閥是根據特定工況設計而定的，如果工況波動大或長時間偏離設計值，會導致最小壓力閥快速失效；壓縮機長時間停用再開機運行時，潤滑油、空氣所含的水分在設備機組內部儲積，腐蝕最小壓力閥的各部零件，形成油粘滯。
0
3
安全閥
安全閥又稱溢流閥，在壓縮機系統中起安全保護作用。當系統壓力超過規定值時，安全閥打開，將系統中的一部分氣體排入大氣，使系統壓力不超過允許值，從而保證系統不因壓力過高而發生事故。
常見故障
安全閥的常見故障有以下幾種：
（1）氣體泄漏或無法啟動。密封性不足大多是因壓縮機長時間沒有做保養造成，配件表面臟污過多或者磨損，應及時清理及更換。無法啟動還有一種可能是設定不準確。
（2）不斷振動。相配合的彈簧不適合，剛度不當，需要對其進行調整。
壓縮機安全閥屬于自動閥類，據《安全閥安全技術監察規程》中規定，安全閥的定期校驗，一般是每年至少一次。正規的安全閥校驗方法有：校驗臺離線校驗、在線儀器校驗和升壓式跳法效驗。也可用簡易方法檢查，即在壓縮機滿載工作時，輕輕打開閥蓋，若安全閥能向外排氣，就視為正常。
展開 空壓機過濾失效，魔鬼往往在細節
總之，壓縮空氣系統中，從空壓機設備的過濾裝置，到壓縮空氣輸送系統的氣路管道過濾器，都需要與客戶的需求做深入溝通分析，以客戶的產品和生命健康保證為出發點，制訂詳細的過濾方案，結合現場實際情況，采用有效過濾裝置，達到客戶產品需求。
空壓機的介紹和工藝計算
離心式空壓機
優點：適用于大中氣量，壓力范圍廣泛，功率損失較小，氣流無脈動，排氣均勻，體積小質量輕，易損件少；
缺點：相對于往復式和螺桿式空壓機，缺點很少。
3，往復式和螺桿式空壓機工藝計算
參考《化工工藝設計手冊》（第四版上冊），第20章-1~4 氣體壓縮、壓縮機，結合參考資料中公式和計算邏輯，使用Excel編輯了空壓機的參數及功率計算，需根據相關參數填入到對應的表格中，系統會計算出空壓機功率等關鍵參數。
3.1 往復式空壓機工藝及功率計算
3.2 螺桿式空壓機工藝及功率計算（有銘牌額定壓力和實際運行壓力計算）
文章來源：化工工藝小課堂
展開 空壓機油分燒毀8大理由和7個預防措施
空壓機油分短時間使用出現燒毀現象”，緊急趕往現場處理時發現，這次的油分燒毀故障實際上是被點燃的，那么都有哪些原因會導致空壓機油分燒毀呢？
通過多年現場經驗，筆者總結出空壓機油分燒毀故障原因主要有以下八大類：
1、寒冷天氣燒毀油分；
2、油路系統設計有缺陷或沒有溫控閥；
3、油路系統故障導致機頭供油不足；
4、空壓機進氣口進入異物；
5、空壓機機油品質不高；
6、油分桶內的靜電積聚過多沒有及時導出，引起明火燒毀油分；
7、電氣線路短路；
8、其他情況，例如機器超期使用帶來的嚴重故障等。
一、寒冷天氣燒油分
在寒冷的天氣里，空壓機設備的潤滑油粘度變大（更加粘稠），機油流動性降低。機器停一段時間，油冷卻器里面的潤滑油多數已經流回到油分桶，再次啟動時，潤滑油因氣溫低粘度變大，流動性變差，主機會有一段時間處于缺油狀態，陰陽轉子干摩擦極易產生明火，噴入到油氣桶點燃油分。
二、油路系統設計有缺陷或沒有溫控閥
油路系統設計有缺陷或沒有溫控閥的機器，停機一段時間或保養之后第一次啟動就燒了油分。
展開 Simcenter Amesim空壓機云圖工況點繪制方法
車輛領域多個子系統方案涉及空壓機，比如內燃機增壓、燃料電池供氧、空氣懸架、氣制動等，Simcenter Amesim后處理工具種類繁多，涉及不少操作細節，本文給出空壓機云圖工況點的繪制方法。
以燃料電池車demo“FuelCellSystemIntegration.ame“為例，在一個空白plot中加載“efficiency_compressor_dm_pr_manually_built.data”（把流量、壓比和效率放在一個XYS類型表格里），并在工具欄tool里選擇“XYZ curve(s)”，生成如下plot。
圖1 空壓機效率Map
在另一個空白plot中加載增壓比MAP“air_compressor_deb_pres.data”，并右鍵選擇“interchange axes”，生成如下plot。
圖2 空壓機增壓比Map
修改curve參數如下，得到新的折合轉速曲線plot。
圖3 擬合曲線
通過以下步驟，另繪制出工況點plot（壓比點@折合流量）。
圖4 工況點生成
把圖3和圖4相繼拖曳至圖1中，便得到空壓機云圖工況點圖。
圖5 云圖工況點
文章來源：simcenter 1D系統仿真
展開 全無油空壓機結構示意圖
全無油空壓機（又成無油水潤滑空壓機）是德耐爾系列一款無油空壓機，與有油壓縮機不同的是有油壓縮機靠潤滑油潤滑，因其制作工藝與潤滑材質，產出壓縮空氣中含有大量油分子。而全無油空壓機則是使用水對壓縮機系統進行潤滑，制作工藝從無油出發，從而實現產出空氣的零無油。
上圖為全無油空壓機結構圖
