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电工基础知识 5L-40/8-I型空气压缩机冷却系统如何改造？
对5L-40/8-I型空气压缩机一、二级排气温度高等问题分析，提出了冷却器及气缸盖的改造方案。
贵州瓮福集团磷肥厂有6台5L-40/8-I型空气压缩机。该机活塞环损坏频繁，一、二级排气温度常达到155℃或超过160℃，检修频繁。主要原因是中间冷却器效果不好，一、二级气缸冷却水有死角不利循环，活塞环开口间隙过小。经过对以上问题的部分改造，取得了较好的效果，保证了机组长期安全平稳运行。
1．分析原因
(1)空气压缩机主要性能参数
型号：5L-40/8-I
形式：二级、水冷却、往复活塞式
排气量：40m3／niin
排气温度：<160℃
(1)空气压缩机主要性能参数
型号：5L-40/8-I
形式：二级、水冷却、往复活塞式
排气量：40m3／niin
排气温度：<160℃
进气状态：≤40℃、大气压
排气压力：一级0. 2MPa、二级0.8MPa
(2)冷却效果不足的影响
①受二级气缸内循环水有死角、不能充分循环的影响，水只进没有出。气缸死角如图11-10所示。对于循环死点A、B，由于该处水循环通路不畅通，水不能及时带走该处的换热温度，使气缸温度升高、排气温度升高。
排气压力：一级0. 2MPa、二级0.8MPa
(2)冷却效果不足的影响
①受二级气缸内循环水有死角、不能充分循环的影响，水只进没有出。气缸死角如图11-10所示。对于循环死点A、B，由于该处水循环通路不畅通，水不能及时带走该处的换热温度，使气缸温度升高、排气温度升高。
②中间冷却器效果不良。该中间冷却器为元件式冷却器，芯为长方形，冷却芯子为φ12 xlmm，L=400mm，由110根紫铜管组成，管程为冷却水，壳程为压缩空气。一、二级冷却器各有两台冷却芯子，总换热面积为6. 63 rr12。经过冷却后的压缩空气一、二级温度长期都在150℃、155℃左右．进出水温层只有3~4度左右。
由于压缩机的排气温度取决于进气、压力比以及压缩过程指数，即气体排气温度为式中 T2、Ti -压缩始、终态的温度(K)； Pd、ps——压缩始、终态的压力(MPa)；
MT-压缩过程温度多变指数，（此处取Mrr= K,r，温度等熵指数100 aC时，KT=1.419；为200℃时，Krr=1.409）。
因为空气压缩机压力比在设计时已确定，按能耗最低理论得：在各级压层相等时，总能耗达到最小，即
P2/P1 =P4/P2 P1、P2、p4——一级进气压力101.3kPa、一级排气压力（实际为200kPa）、二级排气压力800kPa（实际为780kPa）P2=(Pi×p4)1／2= 281. 09kPa此时增压比为pd/pn=2.77，如果取一级进气温度为30℃，经冷却器进入二级的气体温度为400C。粗算得：一级排温T=134.8℃，二级排温T=148℃
但是由于贵州瓮福总公司磷肥厂处于海拔高度为900m的高原地区，进气压力为当地大气压力，通过压高公式计算得为91. 09kPa。因此一级排气压力、二级排气压力有所上升，计算结果如下：P1=91. 09kPa; P2= 291. 09kPa; p4 =789. lkPa。增压比为P2/P1=3．196。则一级排温计算为151.9℃，这比设计的134.8℃高17.1℃；二级排温为
165.9℃，这比设计的148℃高17.9℃。计算后的二级排温已高于设计保护的160℃，这严重威胁空气压缩机的正常运行。因此，降低排气温度是保证空气压缩机正常、长期运行的重要手段。
2．冷却器和气缸盖的改造
(1)现象分析降低排气温度关键在于降低进气温度，也就是说要提高中间冷却器的冷却效果。原中间冷却器在使用过程中常出现以下问题：羊毛毡易损坏、变形、脱落，使冷却器发生振动；使用寿命只有1年左右，单台价格高达6000元左右，1年每台就要消耗2.4万元左右的冷却器芯。
(2)中间冷却的改造 以增强冷却效果为主要目的，同时消除以上不利因素，将原元件式换热器改为管壳式，克服在维修、安装上的缺陷。将冷却器芯子改为由419×1.5L= 1500mm的200根铜管组成，如图11-11所示。一、二级相同换热面积各为17. 9m2（总换热面积为35. 8m2），一级为卧式安装、二级为立式安装，下部进气，上部出气，如图11-11、图11-12所示。
(3)二级气缸的改造针对气缸机构的特点，可在循环死点气缸盖A、B两处的缸盖加强助上钻φ20mm的排水孔，使循环死点的水有进有出，达到换热的目的。这样将大大增加气缸循环水量，降低气缸温度．同时也减小活塞环磨损量，如图11-13所示。
3．活塞环开口间隙影响
无油润滑空气压缩机的活塞环采用耐磨性较好的塑料密封环，是以聚四氟乙烯为基体、添加铜粉等压制烧结成。在安装时，其开口间隙用下面公式计算得或式中PK-活塞环预压紧力(Pa)，塑料PK=0.01~0.03 MPa；
D-环装入气缸后的外径( mm)，取600mm；
D-环装入气缸后的外径( mm)，取600mm；
T-一环的径向厚度( mm)，取14mm；
E-材料弹性模量(Pa)，四氟乙烯为0.4×l09 Pa;
A’——环自由状态开口量；
η-环的热膨胀间隙值，η= πDaAt。
按公式
η-环的热膨胀间隙值，η= πDaAt。
按公式
根据实际运行情况，由于多种原因，该间隙值过小；当扩大至20mm时，活塞环的运行效果较好。经过反复实际使用后，取开口间隙为20mm，大大降低了活塞环的磨损问题。
4．结论
虽然贵州瓮福总公司磷肥厂的6台空气压缩机为20世纪90年代初产品，在经过活塞环开口间隙的实际摸索和气缸循环水路的改造后，该机活塞环磨损有所减少，缸体温度大大下降、运行性能较好；气缸盖改造后，冷却效果较好；虽然中间冷却器还未改造，但从理论上和有关单位相近设备使用情况上是可行的。相信经过改造后的空气压缩机，检修频率、运行费用也将大大下降，能力和寿命将大大提高。
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