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空压机的不同传动方式

一般地,按照传动方式划分,我们可以把压缩机分为直接传动和皮带传动。压缩机的直接传动指的是马达主轴经由连轴器和齿轮箱变速来驱动转子,这实际上并不是真正意义上的直接传动。真正意义上的直接传动指的是马达与转子直接相连(同轴)且两者速度一样。


但在实际应用中,为了更加直观和方便的区分,业内一般分为直联传动压缩机、皮带传动压缩机和齿轮传动压缩机,还有一种比较少见的传动方式称为复合传动压缩机。


传动方式对压缩机的耗能、运行经济型、可靠性有显着影响,机头来源对机器的传动方式有重要影响。以50Hz电制为基础设计的机头,核心转速为同步3000转/分钟,主要压缩机规格都可以采用无内外变速的直联驱动。进口机头基本是按60Hz电制设计,核心转速为同步3600转/分钟,所以在我国50Hz供电条件下要么通过变速实现原设计目标,这种变速往往引起能耗、成本、耗材、可靠性的变化;要么偏离最佳工况让机头在边缘条件下工作。


直联传动


直联压缩机通过弹性联轴器将电动机动力传递给机头,联轴器除每隔3年更换一次弹性体外,没有其他维护工作。采用新型的法兰式弹性联轴器,更换弹性体十分方便,无需拆卸机头、管路和阀门。设备中间环节减少了,出故障的几率降低(零件越少,故障率就相对降低),减少了成本(购买成本、维修成本),节约了资源;直接联动,降低了中间传动能量的损耗,效率较高。

 

皮带传动


螺杆压缩机的另一种传动方式为皮带传动,这种传动方式允许通过不同直径的皮带轮来改变转子的转速。下面所讨论的皮带传动系统是指满足下列条件的代表最新科技的自动化系统:

 

 

  • 每一运转状态之皮带张力均达到优化值;

  • 通过避免过大的启动张力,大大延长了皮带之寿命,同时降低了马达和转子轴承的负荷;

  • 始终确保正确的皮带轮连接;

  • 整个皮带驱动系统安全无故障运转。


皮带传动兼有传递动力和改变转速的作用,皮带传动依靠摩擦力传递动力,本身需要消耗一定的能量,约占传递功率的2%~3%。皮带必须有一定的张力才能获得足够的摩擦力,皮带张力使电机和机头的轴承承受额外的径向负荷,皮带传动压缩机对电机和机头的轴承要求更高。皮带传动压缩机生产成本较低,一般仅用于小型压缩机和经济型压缩机。


皮带张紧力不足时会造成皮带打滑,传递动力不足,不仅会造成皮带高温磨损,还会造成压缩机转速降低减小排气量。需要经常检查皮带张紧情况,及时拉近皮带或更换皮带。皮带必须成组更换。


一般压缩机销售员在与客户宣传推广螺杆式压缩机时,都会大力推荐直联传动型压缩机,说直联压缩机的螺杆主机与电动机通过弹性联轴器连成一个整体,传动效率高;而皮带传动压缩机在皮带使用一段时间后,皮带弹力,韧度下降,传动效率没有新机器高。


不可否认,从传动原理上来说,确实如此,因为真正意义上的直联传动指的是马达与转子直接相连(同轴)且两者速度一样,但这种情况在现实应用中显然极少存在。因此那种认为直接传动没有能量损耗的观点是不对的。


而且再好的设备都有出故障的时候,在压缩机使用一段时间以后,当出现问题时,比如,弹性联轴器故障。换弹性联轴器可不是一件轻松的活,拆机头、卸电机,维修费用高不说,还耽误生产;如果是皮带传动压缩机的皮带坏了,只要换上一副新的皮带,问题就解决,费用还不高,省时又省力。


另外一点是,直联驱动相比皮带传动,一次性采购成本较高,这是目前很多中低端压缩机产品价格之低无法承受的,因而对于低端市场,皮带传动更加受欢迎。


齿轮传动


齿轮传动同样兼有传递动力和改变转速的作用,齿轮传动本身也需要消耗一定的能量,但是比皮带传动效率要高。齿轮传动需要额外增加轴承,对机器的润滑系统也有更高的要求。因为螺杆压缩机的齿轮属高速重载齿轮,对加工精度和材质的要求很高,生产成本较高。齿轮传动主要有两个优点:第一产品变型较容易,通过改变齿轮传动比改变机头转速,可以利用同一个机头生产不同排气量的机器。其次齿轮传动压缩机传动环节没有耗材和易损件。


在齿轮压缩机中还有一种较为特殊的传动方式,其内部是含增速齿轮的直联传动压缩机。外部用联轴器传递动力,内部用齿轮改变转速。

 

上面将压缩机的直联驱动与皮带传动进行了对比,可以发现,直联驱动与皮带传动各有利弊。我们再将齿轮压缩机与皮带压缩机从各方面进行比较。


a.效率

优良的齿轮传动效率可达98%-99%,优良的皮带传动设计在正常的条件下亦可达到99%的效率。两者的差异并不取决于传动方式的选择,而取决于制造商的设计与制造水平。不过齿轮方式保持较高的传动效率较为容易,而皮带传动较难,平均效率在94%-98%。


b.空载能耗

对于齿轮直接传动方式,空载压力一般要维持在2.5bar以上,有的甚至高达4bar,以确保齿轮箱的润滑。


对于皮带传动方式,理论上讲空载压力可以为零,因为转子吸进的油足以润滑转子和轴承。一般为安全起见,压力维持在0.5bar左右。


以一台160kW的齿轮传动压缩机为例,每年8000小时,其中15%(即1200小时)的时间为空载,这台机器每年将比皮带传动的同功率压缩机多消耗28800kWh的电费(假定两台机器的空载压差为2bar,约15%的能耗差异)。长期来看,这将是不小的花费。


c.失油

有经验的使用者都知道,失油状况下最先受害的将是齿轮箱。皮带传动系统完全不存在这种安全问题。


d.根据用户要求设计压力

通常用户要求的压力与制造商之标准机型的压力并不完全一致。例如用户使用要求压力为10bar,依后处理设备状况,配管长度及密封程度不同,要求压缩机的压力可能为11或11.5bar。在这种情况下,一般会安装一台额定压力为13bar的压缩机并在现场将出口压力设为所要求之压力。此时排气量会基本上保持不变,因为最终压力虽然降低了但转子的速度并未增加。


皮带传动设计制造商只需简单地改变皮带轮的直径便可将压力设计得与用户要求完全一致,这样用户用同功率的马达却可获得更多的风量。对于齿轮传动,则没有这么方便。


e.已安装压缩机之压力改变

有时由于用户生产工艺条件的改变,原来的压缩机之设计压力可能太高或太低,希望能改变,但对于齿轮传动的压缩机而言,这将会显得非常困难和昂贵,而对于皮带传动式压缩机而言却是轻而易举的事,只须更换皮带轮即可。


f.安装新轴承

当转子轴承需要更换时,对于齿轮传动的压缩机,齿轮箱和齿轮箱主轴轴承需同时大修,其费用让用户难以接受。对于皮带传动压缩机,则不存在这种问题。


g.更换轴封

螺杆式压缩机均使用了一种环形轴封,到一定寿命均需更换。对于齿轮传动式压缩机,必须先分离马达、连轴器,才能接近轴封,使得这一工作耗时费力,从而增加了维护费用。对于皮带传动式压缩机,只需卸下皮带轮即可,容易得多。


h.马达或转子轴承损坏

对于齿轮传动压缩机,当马达或转子轴承损坏时,往往会殃及相连重要部件,造成直接和间接双重损坏。对于皮带传动压缩机不存在这种状况。


i.结构噪音

对于齿轮传动压缩机,由于马达与转子刚性连接,压缩室转子的振动会传递到齿轮箱和马达轴承,这不仅增加了马达轴承的磨损,同时增加了机器噪音。


J.值得一提的是,主张直接齿轮传动的制造商本身也有一部分产品采用皮带传动。皮带传动的其他劣势已在上文与直联传动的对比中体现。