螺杆压缩机性能测试
摘要:本文在37kW的喷油螺杆空压机上，通过L8(27)正交试验，分析选取与风扇和换热器匹配所相关的6个因素(润滑油的种类、冷却器的散热面积和厚度、风扇直径、扇叶角度、风扇电机频率以及环境温度)进行了正交试验研究，通过对正交试验结果进行分析，得出影响风扇和换热器匹配的主要因素以及这些因素对压缩机系统性能指标的影响。
1前言
风扇和换热器是螺杆压缩机机组的重要组成部件，它们匹配是否合理直接影响到压缩机系统的性能好坏[1]。换热器和风扇选用不当，不仅会造成压缩机产生很大的噪声，而且会使压缩机的排气温度升高，且超过规定的排气温度时，会使压缩机高温跳机，不能正常工作;同时压缩机的排气温度太高还会使循环冷却油长期处于较高的温度，加速压缩机油的老化，甚至会造成压缩机油的结碳[2]。本文在37kW的喷油螺杆空压机上，通过L8(27)正交试验，分析选取与风扇和换热器匹配所相关的6个因素(润滑油的种类、冷却器的散热面积和厚度、风扇直径、扇叶角度、风扇电机频率以及环境温度)进行了正交试验研究，通过对正交试验结果进行分析，得出影响风扇和换热器匹配的主要因素以及这些因素对压缩机系统性能指标的影响。
2正交试验
进行正交试验前，必须先设计正交试验表格，合理地选择试验条件进行试验，通过较少量的试验获得较多的信息，以达到优化设计的目的[3]，如表1，2所示。
3试验结果及分析
各因素对压缩机性能的影响如图1～4所示(图中，1为油的种类对结果的影响;2为换热器的厚度对结果的影响;3为扇叶角度对结果的影响;4为风扇直径对结果的影响;5为风扇电机的频率对结果的影响;6为环境温度对结果的影响)。
3.1各因素对压缩机排气温度的影响
各因素对压缩机排气温度的影响见图1。
从图1可以看出，影响压缩机排气温度的因素主要为环境温度，其次为换热器的厚度及风扇电机频率。在排气压力为0.7MPa时，各因素对排气温度的影响如下：
(1)环境温度高则吸气温度高，压缩机的排气温度也高，环境温度为46℃时的排气温度比16℃时的排气温度高28℃。
(2)换热器越厚，压缩机的换热效果越好，排气温度越低。换热器厚度为90mm时的排气温度比65mm时的排气温度低4.1℃;换热器的厚度对压缩机的排气温度影响并不是很大，所以，为了改善换热效果，盲目地通过增大换热器的厚度并不能起到良好的效果。因为虽然换热器厚度增大后会使换热面积增大，但同时也会使换热器阻力增大，通过换热器的冷风流速降低，致使换热效果变差。
(3)风扇电机的频率高则风扇的转速快，单位时间内的排风量就大，冷却效果好，排气温度低，风扇电机频率为60Hz时比50Hz时的排气温度低1.4℃。在实际应用中，往往环境温度、风扇电机频率是一定的，而增加冷却器厚度不仅使成本提高，而且效果也不是很好。而改变风扇的扇叶角度比加大风扇直径能取得更好的效果。
3.2各因素对油管路压力损失的影响
各因素对油管路压力损失的影响见图2。由图可看出，影响油管路压力损失的主要因素为环境温度，其次为油的种类。在排气压力为0.7MPa时，各因素对油管路压力损失的影响如下：
(1)环境温度高则压缩机内油的温度也相对较高，这就使润滑油的粘度降低，从而使流动阻力减小，环境温度为46℃时的油管路阻力损失比16℃时的油管路阻力损失低0.07MPa;
(2)在相同的条件下，合成油的阻力损失比矿物油要略大些，这是由油本身的物理性质决定的，本试验中采用合成油时的油管路压力损失比采用矿物油时的压力损失高16kPa。
3.3各因素对气体管路压力损失的影响
各因素对气体管路压力损失的影响见图3。从图中可以看出：影响气体管路损失的主要因素为换热器的厚度和环境温度。在排气压力为0.7MPa时，各因素对气体管路压力损失的影响如下：
(1)换热器越厚，压缩机通过换热器时的通流面积就越大，损失就越小。换热器厚度为90mm时的气体管路压力损失比65mm时的气体管路压力损失低6.7kPa。
(2)气体的粘性也受到环境温度的影响，环境温度越高，压缩气的粘度就越小，流过管路时的压力损失也就越小，环境温度为46℃时的气体管路阻力损失比16℃时的低4.3kPa。
3.4各因素对噪声的影响各因素对噪声的影响
如图4所示。从图4可以看出：影响压缩机噪声的主要因素为风扇电机频率，其次为风扇扇叶角度和油的种类。在排气压力为0.7MPa时，各因素对压缩机噪声的影响如下：
(1)风扇电机频率大则风扇的转速快，所以噪声较大，风扇电机频率为60Hz时的噪声比50Hz的高 2.4dB;
(2)风扇的扇叶角度越大，空气受到的扰动越强烈，压缩机的噪声也就越大，扇叶角度为35°时的噪声比30°时的高1dB;(3)关于油的种类对噪声的影响从理论上来讲几乎没有，但是试验结果表明其影响还较大，具体的产生原因还有待于进一步分析验证。
4结论
(1)各因素对各个指标的影响并非全是正面的，如增大扇叶角度可以减小压缩机的排气温度，但同时却会增大压缩机的噪声，所以在确定优化结果时应视对压缩机指标的要求而定;
(2)据试验结果，最有效经济的匹配方案为：采用合成油;换热器厚度为65mm;扇叶角度选为35°;风扇直径为660mm;风扇电机频率为50Hz。
