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国内空压机用电动机服务系数浅谈

2018-11-15 09:48:28作者:人浏览

国内空压机用电动机服务系数浅谈

 

发表于《压缩机》2013  12 

 

当前螺杆空压机行业中经常会遇到用户对我们使用电动机的服务系数提出疑义,因为我国电动机标准中没有“服务系数”这么一说,那么电动机的“服务系数”到底从何而来?什么是电动机的“服务系数”,有没有规定的数值呢?

电动机的“服务系数”出自美国全国电气制造商协会(NEMA)编写出版的

MG1-2009 电动机和发电机部分》标准,俗称 NEMA MG1 标准。在该标准中第 1.42 条和第 14.37 条详细阐述了交流电动机的服务系数(Service Factor 或称使用系数简称 S.F和服务系数在交流电动机的应用其主要内容是交流电动机的服务系数是一个乘数当它乘上额定功率时表示在服务系数规定的条件下允许承受的功率负载在通常使用条件下按额定负载连续运行当电压和频率保持铭牌上规定值时,电动机可过载至额定功率乘上铭牌上的服务系数电动机在任何大于 1 的服务系数下运行其效率功率因数和转速可不同于在额定负载条件下的数值但堵转转矩和电流及最大转矩将维持不变电动机在任何大于 1 的服务系数下连续运行时将减少预期使用寿命与按额定的铭牌功率下运行相比绝缘寿命和轴承寿命将会减少 12.43  a.2.条中给出了服务系数为 1.15 及以上的电动机,在服务系数的负载下运行时,其温升值的规定:绝缘等级 A 级时为 70绝缘等级 B 级时为 90绝缘等级 F 级时为 115并指出如果采用 F 级绝缘时应对轴承温度和润滑等予以特殊考虑。

为什么空压机行业就螺杆空压机比较特殊呢?

要回答上述这些问题我们就要从螺杆空压机的两种设计方案和运行方式谈起。我们先谈两种设计方案,一种是等功率设计方案,另一种是等排气量设计方案。在谈到等功率设计方案前,我们先看一个我们身边的现象,大家都知道我们驾驶的汽车在上大坡的时候要减档变低速,为什么呢?因为汽车发动机的功率是一定的,当汽车上坡的时候需要加大车轮的扭矩来克服上坡的阻力,而此时发动机的功率是一定的,我们在中学物理课中学到,要加大扭矩必须降低速度来达到目的,这就是汽车在上大坡时为什么要降速的原因。现在我们就螺杆空压机而言, 所谓等功率设计方案是指在同一个空压机主机类型中电动机功率不变的情况下, 随着排气压力的增加或减小,阳转子的转速减小或增加,同时排气量也随之减少或增加(阳转子转速与排气量成正比。那么阳转子的转速通常是通过什么方式


变速的呢?答案是通过齿轮或皮带轮进行变速的。众所周知在我国电频率 50 

兹的情况下,其异步电动机的同步转速,两极电动机每分钟 3000 (噪音和振

动大,四极电动机每分钟 1500 (相对两极电机噪音和振动小,为了降低成

本通常螺杆空压机所需要的转速比 3000 /分钟或 1500 /分钟大的多,也就是说通常我们采用的齿轮或皮带轮是增速的,通俗地讲就是电动机带动的齿轮或皮带轮直径大于带动阳转子的齿轮或皮带轮直径。在此要说明的是增速齿轮的材质、啮合精度和加工成本远远高于减速齿轮,尤其在热处理方面难度比较大,搞不好齿轮就会出问题导致压缩机主机抱死,这就是为什么国内许多生产空压机主机的公司不想生产齿轮的原因。

下面我们再来谈谈等排气量设计方案,所谓等排气量设计方案是指在同一个空压机主机类型中(通常空压机主机比等功率设计用空压机主机要略大一点排气量基本保持不变的情况下,即空压机主机转速保持不变(与异步电动机转速相同,随着排气压力的增加或减小,那么只能是电动机功率随之增大或减小。也就是说在同一个空压机主机类型中我们要用不同功率的电动机来匹配用户对最高排气压力变化的需求,可想而知如果按此方案设计空压机,生产企业要储备多少不同功率的电动机啊。但是我们要说回来,如果在电动机上想办法,也就是说加大电动机实际功率来满足不同排气压力的需求,为了使电动机额定功率与等功率设计方案的电动机额定功率相同,只能加大服务系数来应对,这是目前螺杆空压机行业的一个“潜规则”。其实站在螺杆空压机生产商的角度看,单从电动机本身考虑,其成本并没有下降,下降的是采购和管理成本(电动机种类减少了那么在当今低成本竞争的情况下不失为一种权宜之计,因为没有了齿轮传动,空压机主机输入端与电动机输出轴之间采用弹性联轴器连接,即没有了齿轮传动带来的问题,又降低了成本,这种设计方案在当今空压机行业中称之为直联机。目前空压机行业中所采用的该设计方案所带来的最大弊端就是使得空压机用电动机功率乱象丛生,而用户在购买前很难知道其实际电动机功率,也无从知道其运行电流,从而导致后续为该空压机所匹配的开关柜或其它供电设备选配容量过小,使得空压机今后的安全运行上带来了很大的隐患。

从上面我们谈到的两种设计方案也许你对螺杆空压机的“服务系数”看出了一丝端倪,接着我们再来谈谈螺杆空压机其运行方式。空压机是压缩空气的制造者,压缩空气它无法像河流中的水一样我们可以观察它流的快与慢,压缩空气是通过管网压力的变化来反映气量的变化。就是说压力变化是气量供求变化的反映,压力变化是现象,气量变化是本质。对于空压机而言,电动机负载的大小呈周期性变化,它随着使用者对气量的需求而变化,当达到了使用者所设定的最高工作压力时空压机开始卸载,通常普通固定式螺杆空压机卸载后的电动机功率是


满负荷功率的 30%-45%,当管网的工作压力下降到使用者所设定的最低工作压力时空压机自动加载,真正处于满负荷运转(接近最高工作压力的时间非常短。在我国螺杆空压机从上世纪九十年代初逐步发展成为空压机行业的主力机型,其智能化控制水平随着计算机和电子行业的发展而大大提高,由于其智能控制性能比较好,运行起来就更加安全平稳了。

综上所述无论采用哪种设计方案其运行方式如何,对于电动机的功率选择来说,就是使电动机在效率最高与功率因数较大的情况下工作是最理想的。电动机的容量定额是一些离散的、非连续的值,而我们所确定的电动机负荷是介于这些离散值之间。在以往的教科书或机械设计手册中对于电动机功率的选择通常是轴功率乘上 1.1 倍来选择电动机功率,且电动机的额定功率不小于其上述两项的乘积。用此种方法来选择电动机功率没有了我们所说的“服务系数”,但运用于螺杆空压机用电动机的选择,其后果就是电动机的效率和功率因数都比较偏低,造成能源和成本方面的浪费。

如何利用和使用好电动机的“服务系数”,并将其控制在规定的、合理的游戏规则中进行,这是我们螺杆空压机行业当前亟待解决的问题。再有就是双螺杆空压机主机由于先天所固有的压缩气体传递给转子的轴向力和径向力无法平衡而带来的一系列问题,随着无齿轮传动而多多少少传递给电动机轴承,从而使一些电动机轴承经常运行高温并损毁,这也是驱动双螺杆空压机主机所要求选用的电动机与电动机生产厂商所生产的电动机没有完全匹配好的主要原因之一,相信这方面随着主机生产商和电动机生产厂商不断总结经验教训会加以解决的。

 

参考文献:

[1] 美国全国电气制造商协会编写 MG1-2009 电动机和发动机部分 上海市电机技术研究所译 2011.3

[2] 郁永章 主编 容积式空压机技术手册 机械工业出版社出版

[3] 金巍.  浅谈压缩空气系统节能.  压缩机技术,2010642-44