Trong các cơ sở sản xuất hiện đại ngày nay, nhân viên quản lý nhà máy chủ chốt đang phải đối mặt với một số thách thức. Làm thế nào để tối đa hóa sản xuất? Làm thế nào để giảm chi phí? Loại cải tiến nào sẽ mang lại cho tôi lợi nhuận lớn nhất? Các câu hỏi mà các nhà quản lý nhà máy phải liên tục tự hỏi mình: "Nhà máy của tôi có hoạt động ở hiệu quả cao nhất và chi phí vận hành năng lượng tiêu thụ thấp nhất chưa?"
Nhiều "hệ thống" trong nhà máy cần quan tâm, trong đó hệ thống khí nén thường cung cấp cơ hội lớn nhất để cải thiện và tiết kiệm tổng thể năng lượng chi phí tiêu thụ. Có rất nhiều thương hiệu máy nén khí trên thị trường và một số công nghệ để lựa chọn. Loại máy nén để lựa chọn ? Tốc độ cố định hoặc tốc độ thay đổi VFD? Loại có dầu hay không có dầu? Công nghệ một cấp nén hay hai cấp nén? Nó đủ để làm khó cho bất cứ ai lựa chọn!
Bài viết này thảo luận về máy nén khí trục vít 1 cấp nén so với 2 cấp nén và ưu và nhược điểm của mỗi công nghệ. Cả hai đều có một vị trí và có một số khác biệt rõ rệt giữa hai.
Một cấp nén so với hai cấp nén.
Có hai loại nén vít quay cơ bản: một giai đoạn và hai giai đoạn.
Một máy nén khí trục vít quay 1 cấp nén chứa một bộ cánh quay duy nhất trong một vỏ buồng nén (stator) duy nhất và thường được điều khiển trực tiếp bởi trục động cơ, thông qua một bộ bánh răng, hoặc bằng cách sắp xếp dây đai.
Một máy nén khí trục vít quay 2 cấp nén chứa hai bộ cánh quay đồng bộ và có thể được đặt trong một vỏ buồng nén (stator) phổ biến (thiết kế trên / dưới) hoặc hai vỏ stator riêng biệt được bắt vít với nhau song song (thiết kế đầu cuối).
Thiết kế 2 cấp nén trên / dưới, làm mát giữa các buồng nén 1&2.
Thiết kế trên / dưới sử dụng làm mát trung gian giữa chu kỳ chất bôi trơn hay chất làm mát được phun, giúp cải thiện hiệu quả tổng thể.
Một máy nén khí trục vít quay mộ1 cấp nén lấy không khí khí trong khí quyển và thực hiện "công việc"(x tốc độ dòng chảy, ở áp suất y) trong một quá trình nén.
Một máy nén trục vít quay 2 cấp nén lấy không khí khí trong khí quyển nhưng "chia sẻ công việc nén" trên hai quy trình nén riêng biệt và làm mát nó ở giữa.
Sự khác biệt của 1 cấp nén & 2 cấp nén không phải là kết quả cuối cùng, thay vào đó là năng lượng cần thiết để tạo ra kết quả cuối cùng.
Ưu và nhược điểm của máy nén khí 1 cấp nén.
Máy nén khí trục vít 1 cấp nén có chi phí ban đầu thấp hơn so với máy nén khí 2 cấp nén, vì vậy nếu bạn đang làm việc với ngân sách hạn chế, có rất nhiều giải pháp đáng tin cậy và hiệu quả, có sẵn từ nhiều nhà sản xuất.
Máy nén khí trục vít 1 cấp nén được sản xuất hàng loạt đa dạng công suất, mã lực, thường từ 3hp đến 600hp, làm cho chúng trở thành một giải pháp linh hoạt cho nhiều ứng dụng máy nén khí với nhu cầu khác nhau. Máy nén khí 1 cấp nén cung cấp nhiều tùy chọn như gắn bình, máy sấy tích hợp, mở hoặc kín và lựa chọn bộ xử lý vi mô (bộ điều khiển), nhiều phương pháp điều khiển có sẵn trên máy nén khí 1 cấp nén.
Tất cả các máy nén khí 1 cấp nén sử dụng áp suất khi xả máy nén khí để kiểm soát hoạt động của máy. Điều khiển tải / không tải cho phép máy nén khí hoạt động tại hai điểm hiệu quả nhất của nó trên "đường cong công suất", có nghĩa là tải đầy đủ (khí nén) và không tải (chạy nhưng không nén khí). Điều quan trọng cần lưu ý là máy nén khí "hiệu quả nhất" là máy nén khí ngừng hoạt động khi không tải! Điều này phải đảm bảo rằng bình tích khí thích hợp với điều khiển tải / không tải. Nếu bình tích không thích hợp, tải / không tải liên tục quá mức ảnh hưởng đến chuyển động quay, vòng bi đầu nén (airend )và rút ngắn tuổi thọ máy.
Điều khiển VSD "điều tiết" van đầu vào thông qua tín hiệu áp suất không khí từ việc xả và cho phép máy nén khí ở trong tình trạng tải khi nhu cầu của nhà máy thay đổi và điều khiển tải / không tải có thể khiến máy nén khí tải và không tải trong chu kỳ nhanh ngắn. Mặc dù điều chế có thể kéo dài tuổi thọ của đầu nén (airend) bằng cách giảm hoặc loại bỏ tải trọng lực đẩy bật / tắt liên quan đến tải / không tải, nhưng nó rất không hiệu quả. Công nghệ Variable Speed Drive (VSD) cảm nhận được áp suất xả và thay đổi tốc độ của động cơ chính, mang lại hiệu quả tải trọng một phần tốt nhất của tất cả các phương pháp điều khiển.
Mặc dù tuổi thọ của bất kỳ đầu nén (airend) trục vít quay nào phụ thuộc vào điều kiện lắp đặt, mức độ bảo trì được thực hiện và bản thân ứng dụng sử dụng khí, về lâu dài tuổi thọ 1 cấp nén thường ngắn hơn so với trục vít 2 cấp nén. Dù bạn mua thương hiệu nào, hãy đảm bảo nhà sản xuất là thành viên xác minh hiệu suất của bên thứ ba. Viện khí nén CAGI sử dụng xác minh của bên thứ ba để chứng minh các tuyên bố mà các nhà sản xuất đưa ra về hiệu suất (tốc độ dòng chảy ở áp suất và tiêu thụ năng lượng).
Ưu và nhược điểm của máy nén khí 2 cấp nén.
Đến bây giờ, cần phải rõ ràng lợi thế lớn nhất của nén 2 cấp nén so với nén một giai đoạn là hiệu quả năng lượng.
Công nghệ 2 cấp nén bị hạn chế hơn về phạm vi mã lực (thường là 100 mã lực là thấp nhất) cũng như số lượng các nhà sản xuất sản xuất công nghệ này. Như bạn có thể đoán giá mua ban đầu của công nghệ 2 cấp nén cao hơn 1 cấp nén.
Máy nén khí 2 cấp nén có sẵn với các sơ đồ điều khiển tương tự như máy 1 cấp nén, nhưng có ít lựa chọn hơn theo ý của bạn như người ta có thể tạo ra công suất thấp ! Tùy thuộc vào loại máy nén khí 2 cấp nén mà bạn xem xét (trên / dưới so với thiết kế song song), kích thước, trong lượng có thể lớn hơn một máy 1 cấp nén cùng công suất …!
Những lợi thế hiệu quả năng lượng của nén 2 cấp nén so với nén 1 cấp nén được tối đa hóa trong các ứng dụng dòng chảy cao, tương đối ổn định, 2 cấp nén có thể được áp dụng như một máy nén khí "chủ lục". Nói cách khác, lợi ích hiệu quả năng lượng 2 cấp nén được thực hiện tốt nhất khi máy nén khí chạy liên tục, mọi thời điểm.
Chi phí ban đầu của một máy nén khí trục vít quay 2 cấp nén có thể cao hơn tới 30-50% khi so sánh với máy nén khí 1 cấp nén kích thước tương đương, một nhược điểm khác biệt nếu bạn đang làm việc với ngân sách hạn chế.
Vì máy nén khí 2 cấp nén hiệu quả hơn, bạn có thể sẽ có thể cung cấp dòng chảy cần thiết với ít công suất (hp) hơn và điều này sẽ giúp thu hẹp khoảng cách xuống còn khoảng 15 đến 20%. Tuy nhiên, tại sao mọi người lại trả nhiều tiền hơn cho một máy nén khí hiệu suất thấp hơn? Câu trả lời rất đơn giản... bởi vì giá mua ban đầu của máy nén khí chỉ là một phần nhỏ của tổng chi phí sở hữu. Bạn trả tiền cho máy nén khí một lần, nhưng bạn phải trả tiền cho năng lượng để chạy máy nén khí đó trong toàn bộ tuổi thọ của nó.
Chi phí nào là yếu tố quyết định mua hàng.
Chi phí năng lượng chiếm tới 75% tổng chi phí sở hữu máy nén khí trục vít quay và tiết kiệm năng lượng trong suốt vòng đời của máy nén khí 2 cấp nén có thể đáng kể.
Chi phí sở hữu máy nén khí trục vít quay.
Ví dụ: giả sử nhà máy của bạn hoạt động hai mươi bốn giờ một ngày, bảy ngày một tuần (8.736 giờ mỗi năm), yêu cầu 1.000 cfm ở 125 psi để đáp ứng yêu cầu sản xuất và bạn phải trả 0,10 đô la / kWh cho công ty điện lực địa phương của bạn.
Tùy chọn A cung cấp như sau:
Tùy chọn B cung cấp như sau:
Việc cung cấp 1 cấp nén của Tùy chọn A có thể là một giải pháp rất hiệu quả và tiết kiệm chi phí khi so sánh với các dịch vụ 1 cấp nén khác, nhưng những lợi thế cơ học của nén 2 cấp nén ("chia sẻ công việc") làm cho nó xứng đáng được xem xét nghiêm túc. Công thức đơn giản này [(kW X giờ)* tỷ lệ] / hiệu quả động cơ đưa ra ước tính tốt về chi phí năng lượng hàng năm của mỗi người sẽ là bao nhiêu:
Cả hai máy nén khí đều cung cấp cfm cần thiết ở áp suất cần thiết, nhưng đơn vị 2 cấp nén làm điều đó hiệu quả hơn, tiết kiệm 22.386 đô la mỗi năm chi phí điện năng. Tùy chọn B cao hơn 20% (13.000 USD) so với máy nén khí 1 cấp nén, nhưng chỉ riêng việc tiết kiệm năng lượng sẽ thu hồi giá cao của 2 cấp nén trong bảy tháng (13.000 USD / 22.386 đô la). Trên thực tế với việc tiết kiệm năng lượng, máy nén khí 2 cấp nén sẽ tự hoàn trả toàn bộ chi phí mua trong khoảng 3,5 năm ($ 78,000 / $ 22,386) khi so sánh với chi phí mua máy 1 cấp nén. Một lợi ích bổ sung của công nghệ hai giai đoạn trong một giai đoạn là tuổi thọ máy nén khí dài hơn.
Tại sao tuổi thọ dài hơn với nén 2 cấp nén?
Kết hợp các lợi ích tiết kiệm năng lượng của công nghệ 2 cấp nén trong ví dụ với tuổi thọ đầu nén (airend) dài hơn so với công nghệ 1 cấp nén và tiết kiệm khá đáng kể theo thời gian! Như với máy nén khí trục vít quay người mua nên đảm bảo rằng tất cả các nhà sản xuất đang được xem xét là thành viên của bên thứ ba CAGI để đảm bảo dữ liệu hiệu suất được trích dẫn là chính xác.
Vậy tại sao tuổi thọ của một máy hai giai đoạn lớn hơn máy nén khí một giai đoạn? Nó liên quan đến tỷ lệ nén và tải trọng lực đẩy (trục). Tỷ lệ nén là tỷ lệ giữa áp suất xả tuyệt đối và áp suất đầu vào tuyệt đối (áp suất tuyệt đối xem xét áp suất khí quyển và áp suất đo) và được thể hiện bằng công thức: áp suất đo + áp suất khí quyển / áp suất khí quyển. Khi nén xảy ra xuống chiều dài của airend và đẩy vào diện tích bề mặt của cánh quạt, tải trọng lực đẩy tỷ lệ thuận với tỷ lệ nén được tạo ra.
Ví dụ: để đạt 100 psig ở mực nước biển (áp suất khí quyển = 14,7 psia) với máy nén khí trục vít quay 1 cấp nén, tỷ lệ nén là (100 cộng với 14,7)/ 14,7 = 7,8. Nói cách khác, bạn sẽ phải nén một feet khối không khí trong khí quyển ở mực nước biển, 7,8 lần để tăng áp suất lên 100 psig. Áp suất cuối cùng cần thiết càng cao, tỷ lệ nén càng cao. Tỷ lệ nén càng cao, tải trọng lực đẩy càng được đặt trên vòng bi đầu nén (airend).
Tất cả các máy nén khí trục vít quay đều có vòng bi lực đẩy để xử lý tải trọng trục này, nhưng vì máy nén khí 1 cấp nén đang nén không khí từ áp suất khí quyển đến áp suất xả cuối cùng trong một quá trình nén duy nhất, tải trọng lực đẩy lớn hơn đơn vị 2 cấp nén chia sẻ công việc và sử dụng làm mát giữa trung gian để loại bỏ nhiệt nén từ cấp nén đầu tiên. Tỷ lệ nén trong máy nén khí quay 2 cấp nén có thể thấp tới 3,1 trong giai đoạn đầu tiên và 2,5 trong giai đoạn thứ hai. Tỷ lệ nén thấp hơn tương đương với tải trọng lực đẩy thấp hơn trên vòng bi, mang lại một máy nén khí mạnh mẽ, đáng tin cậy hơn và lâu dài hơn.
Công nghệ không phù hợp cho tất cả.
Công nghệ máy nén khí trục vít 1 cấp nén và 2 cấp nén là những giải pháp mạnh mẽ và đáng tin cậy cho lĩnh vực công nghiệp rất lớn. Có sự khác biệt rõ rệt giữa hai loại này, không phù hợp với tất cả các nhu cầu sử dụng hiên tại là đa dạng công suất (hp), quá nhỏ thì 2 cấp nén không làm được và ngược lai.
Cả hai công nghệ đều phục vụ cho nhu cầu dùng khí và mỗi công nghệ đều có vị trí của nó. Trong bài viết này, chúng tôi đã đề cập đến công nghệ (công nghệ 1 cấp nén so với 2 cấp nén), giá mua ban đầu, chi phí điện năng và tuổi thọ. Có nhiều biến số khác cần xem xét như yêu cầu năng lượng, mức độ tiếng ồn, dễ bảo trì, bố trí phòng nén khí và môi trường, và thiết bị phụ trợ. Đây không phải là một danh sách đầy đủ và người mua nên thực hiện thẩm định thông qua chuyên gia khí nén mà họ đang làm việc cùng, hiểu đúng cách tất cả các biến số đóng vai trò vào giải pháp khí nén kinh tế, hiệu quả và đáng tin cậy nhất.
