อะไรคือการปรับปรุงประสิทธิภาพของยูนิตหลักของเครื่องอัดอากาศแบบสกรูคู่แบบน้ำมันขนาดเล็กเมื่อเปรียบเทียบกับคอมเพรสเซอร์แบบสกรูคู่แบบดั้งเดิม?

การกำหนดเทคโนโลยีหลัก

การเปรียบเทียบระหว่างระบบไมโครออยล์กับระบบดั้งเดิมเริ่มต้นจากการทำความเข้าใจหลักการปฏิบัติงานขั้นพื้นฐานของระบบ มีมาตรฐาน เครื่องอัดอากาศแบบสกรูคู่ ทำงานด้วยวิธีการฉีดน้ำมันปริมาณมากเข้าไปในห้องอัดซึ่งเป็นที่ยอมรับกันดี น้ำมันนี้ทำหน้าที่สำคัญหลายประการ: ทำหน้าที่เป็นสารหล่อเย็นเพื่อดูดซับความร้อนจากการบีบอัด ปิดผนึกช่องว่างระหว่างโรเตอร์และระหว่างโรเตอร์และตัวเรือนเพื่อป้องกันการรั่วไหลภายใน และหล่อลื่นแบริ่งและเกียร์ จากนั้นส่วนผสมของอากาศและน้ำมันจะออกจากห้องอัดและผ่านกระบวนการแยกหลายขั้นตอนเพื่อกำจัดน้ำมันส่วนใหญ่ออกก่อนที่จะส่งอากาศอัดไปยังระบบ ในทางตรงกันข้าม เครื่องอัดอากาศแบบสกรูคู่แบบไมโครออยล์ ได้รับการออกแบบตามหลักปรัชญาในการลดปริมาณน้ำมัน ยังคงใช้น้ำมันแต่ปริมาณที่ฉีดได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำและลดปริมาณลงอย่างมาก แนวทางนี้จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงโปรไฟล์โรเตอร์ เทคโนโลยีตลับลูกปืน และกลยุทธ์การระบายความร้อนเพื่อจัดการกับผลกระทบจากการหล่อลื่นและการซีลที่ลดลง แนวคิดหลักคือการจัดหาน้ำมันให้เพียงพอต่อการหล่อลื่นและการปิดผนึกที่จำเป็น ซึ่งจะช่วยลดการลงโทษด้านพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการประมวลผลน้ำมันในปริมาณมาก

บทบาทของน้ำมันในคอมเพรสเซอร์แบบสกรูคู่แบบดั้งเดิม

ในคอมเพรสเซอร์แบบสกรูคู่แบบเติมน้ำมันหรือแบบหล่อลื่น น้ำมันเป็นส่วนสำคัญในกระบวนการอัด ปริมาตรของน้ำมันที่หมุนเวียนสามารถมีได้หลายเท่าของปริมาตรของอากาศที่ปล่อยออกมา จำเป็นต้องใช้ปริมาณมากนี้เนื่องจากน้ำมันเป็นสื่อหลักในการกำจัดความร้อน เมื่ออากาศถูกอัด อุณหภูมิของมันจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว และน้ำมันที่ฉีดเข้าไปในโรเตอร์โดยตรงจะดูดซับความร้อนนี้และนำไปไว้ที่ออยล์คูลเลอร์ วิธีนี้จะป้องกันไม่ให้อากาศอัดมีอุณหภูมิสูงเกินไปจนอาจทำให้อุปกรณ์ปลายน้ำหรือตัวคอมเพรสเซอร์เสียหายได้ นอกจากนี้ ความหนืดของน้ำมันยังช่วยสร้างซีลไฮดรอลิกระหว่างโรเตอร์ตัวผู้และตัวเมีย การปิดผนึกนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาประสิทธิภาพเชิงปริมาตร หากไม่มีมัน อากาศก็จะเคลื่อนจากด้านแรงดันสูงกลับไปด้านความดันต่ำภายในช่องโรเตอร์ ซึ่งจะช่วยลดปริมาณอากาศที่ถูกบีบอัดต่อการปฏิวัติอย่างมีประสิทธิภาพ น้ำมันยังสร้างฟิล์มระหว่างสกรูที่กำลังหมุน ป้องกันการสัมผัสระหว่างโลหะกับโลหะและลดการสึกหรอ แม้ว่าการพึ่งพาน้ำมันอย่างหนักจะมีประสิทธิภาพ แต่กลับทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการปั๊ม การแยก และการทำความเย็นที่มีปริมาตรของเหลวขนาดใหญ่นี้

การเปลี่ยนแปลงการปฏิบัติงานในระบบไมโครออยล์

การออกแบบระบบไมโครออยล์แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงวิธีใช้น้ำมันโดยเจตนา แทนที่จะทำให้ท่วมห้องอัด คอมเพรสเซอร์เหล่านี้ใช้ระบบหัวฉีดที่ตรงเป้าหมายมากกว่ามาก โดยมักจะใช้หัวฉีดที่ทำให้น้ำมันในปริมาณเล็กน้อยที่คำนวณได้เข้าไปในห้องอัด เป้าหมายไม่ใช่การใช้น้ำมันเป็นสารหล่อเย็นหลัก แต่เพื่อให้แน่ใจว่าโรเตอร์มีการหล่อลื่นเพียงพอและมีซีลน้อยที่สุดเพื่อควบคุมการรั่วไหลภายใน เพื่อชดเชยความสามารถในการทำความเย็นที่ลดลงของน้ำมัน การออกแบบไมโครออยล์มักจะมีวิธีการทำความเย็นแบบอื่น ซึ่งอาจรวมถึงการระบายความร้อนด้วยอากาศที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นของตัวเรือนคอมเพรสเซอร์ หรือการใช้แจ็คเก็ตระบายความร้อนด้วยของเหลวรอบๆ องค์ประกอบการบีบอัด ตัวโรเตอร์อาจมีการเคลือบพิเศษ เช่น PTFE หรือวัสดุขั้นสูงอื่นๆ เพื่อลดแรงเสียดทานและการสึกหรอในสภาพแวดล้อมที่มีน้ำมันต่ำ ตลับลูกปืนมักเป็นเกรดสูงกว่า ชนิดปิดผนึกตลอดอายุการใช้งาน ซึ่งไม่ต้องอาศัยน้ำมันหมุนเวียนในการหล่อลื่น การปรับวิศวกรรมองค์ประกอบการอัดทั้งหมดนี้ทำให้ระบบทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือโดยใช้น้ำมันเพียงเล็กน้อยตามที่ต้องการซึ่งเป็นที่มาของประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น

ลดการใช้พลังงานเพื่อการไหลเวียนของน้ำมัน

หนึ่งในการปรับปรุงประสิทธิภาพโดยตรงที่สุดในเครื่องอัดอากาศแบบสกรูคู่แบบน้ำมันขนาดเล็กคือการลดการสูญเสียพลังงานปรสิตที่เกี่ยวข้องกับการไหลเวียนของน้ำมัน ในระบบแบบดั้งเดิม ต้องใช้ปั๊มน้ำมันจำนวนมากเพื่อเคลื่อนย้ายน้ำมันปริมาณมากจากเครื่องแยก ผ่านตัวกรอง ไปยังเครื่องทำความเย็นน้ำมัน จากนั้นกลับเข้าไปในห้องอัดที่ความดันสูงกว่าความดันอากาศสุดท้าย กำลังที่ต้องใช้ในการขับเคลื่อนปั๊มนี้เป็นการระบายพลังงานที่สิ้นเปลืองทั้งหมดของระบบอย่างต่อเนื่อง ด้วยการลดปริมาตรน้ำมันที่ต้องเคลื่อนย้ายลงอย่างมาก ระบบไมโครออยล์จึงสามารถใช้ปั๊มน้ำมันที่เล็กกว่าและมีประสิทธิภาพน้อยกว่าได้ สิ่งนี้แปลโดยตรงว่าเป็นการดึงไฟฟ้าที่ต่ำกว่า นอกจากนี้งานที่ต้องใช้ในการดันส่วนผสมของอากาศและน้ำมันผ่านตัวแยกก็ลดลงเช่นกัน น้ำมันน้อยลงหมายความว่าส่วนผสมมีความหนาแน่นและความหนืดต่ำกว่า ส่งผลให้แรงดันตกคร่อมถังแยกลดลง พลังงานที่ประหยัดได้โดยไม่จำเป็นต้องเอาชนะแรงดันที่ลดลงนี้จะมีส่วนช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของยูนิตหลักโดยรวม

ความแตกต่างของความดันภายในที่ต่ำกว่า

ภายในห้องอัดของคอมเพรสเซอร์แบบสกรูคู่ การมีน้ำมันในปริมาณมากทำให้เกิดการลากหรือความต้านทานแบบไดนามิกของของไหลในปริมาณหนึ่ง เมื่อโรเตอร์หมุน จะต้องเคลื่อนไม่เพียงแต่อากาศเท่านั้น แต่ยังต้องเคลื่อนน้ำมันหนาที่เติมเต็มช่องว่างระหว่างกลีบและช่องว่างด้วย ความต้านทานภายในนี้ต้องการให้มอเตอร์ใช้พลังงานเพิ่มเติม เกินกว่าที่จำเป็นสำหรับการบีบอัดก๊าซจริง ในระบบไมโครออยล์ ความต้านทานภายในนี้ต่ำกว่ามาก เนื่องจากมีน้ำมันอยู่ในห้องอัดน้อยลงอย่างเห็นได้ชัด โรเตอร์จึงเผชิญกับแรงต้านที่มีความหนืดน้อยลง ซึ่งหมายความว่ากำลังของมอเตอร์จะมุ่งไปที่งานหลักในการอัดอากาศมากขึ้น และสิ้นเปลืองกับการปั่นน้ำมันน้อยลง การสูญเสียพลังงานภายในที่ลดลงนี้ส่งผลให้ประสิทธิภาพอะเดียแบติกสูงขึ้นสำหรับองค์ประกอบการบีบอัดเอง คอมเพรสเซอร์สามารถบรรลุอัตราส่วนแรงดันเท่าเดิมโดยมีแรงบิดอินพุตน้อยลง ซึ่งเป็นการปรับปรุงพื้นฐานในด้านประสิทธิภาพทางกลและเทอร์โมไดนามิกส์

การจัดการความร้อนที่เพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพเชิงปริมาตร

แม้ว่าอาจดูเหมือนขัดกับสัญชาตญาณ แต่การใช้น้ำมันน้อยลงสามารถนำไปสู่การจัดการระบายความร้อนที่ดีขึ้นในบางแง่มุมของวงจร ในคอมเพรสเซอร์แบบเดิม น้ำมันจะดูดซับความร้อน แต่ความร้อนนี้จะต้องถูกกำจัดออกไปโดยออยล์คูลเลอร์ขนาดใหญ่ ซึ่งตัวมันเองต้องใช้พลังงาน (สำหรับพัดลมหรือปั๊มน้ำหล่อเย็น) น้ำมันปริมาณมากยังกินพื้นที่ภายในช่องโรเตอร์ ช่วยลดปริมาณอากาศที่สามารถนำเข้าในแต่ละรอบได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งส่งผลกระทบเล็กน้อยต่อประสิทธิภาพเชิงปริมาตร จากการออกแบบ ระบบไมโครออยล์ช่วยให้สามารถประมวลผลมวลอากาศที่สูงขึ้นโดยสัมพันธ์กับมวลของน้ำมัน ความร้อนได้รับการจัดการโดยตรงมากขึ้น โดยมักจะผ่านเคสคอมเพรสเซอร์ ซึ่งอาจเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการระบายความร้อนในการออกแบบบางอย่าง ปริมาตรน้ำมันที่ลดลงหมายความว่าของเหลวที่ไม่สามารถบีบอัดภายในห้องอัดจะครอบครองพื้นที่น้อยลง วิธีนี้ช่วยให้โรเตอร์ดักจับปริมาตรอากาศที่ใหญ่ขึ้นเล็กน้อยต่อรอบ ส่งผลให้ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรเพิ่มขึ้นเล็กน้อยแต่วัดได้ ปริมาณอากาศที่ส่งเข้ามาต่อหน่วยของกำลังไฟฟ้าเข้าที่เพิ่มขึ้นคือคำจำกัดความของการปรับปรุงประสิทธิภาพกำลังไฟฟ้าจำเพาะ

ผลกระทบต่อกำลังไฟฟ้าจำเพาะ (kW/100 cfm)

จุดสุดยอดของการปรับปรุงแต่ละรายการเหล่านี้สะท้อนให้เห็นในตัวชี้วัดอุตสาหกรรมที่สำคัญของกำลังไฟฟ้าเฉพาะ ซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงเป็นกิโลวัตต์ต่อ 100 ลูกบาศก์ฟุตต่อนาที (kW/100 cfm) ตัวเลขนี้แสดงถึงปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่จำเป็นในการผลิตการไหลของอากาศอัดที่กำหนดที่ความดันที่กำหนด เนื่องจากผลรวมของกำลังปั๊มน้ำมันที่ลดลง การลากภายในลดลง และประสิทธิภาพเชิงปริมาตรที่ดีขึ้นเล็กน้อย เครื่องอัดอากาศแบบสกรูคู่แบบน้ำมันขนาดเล็กโดยทั่วไปจะแสดงระดับกำลังเฉพาะที่ต่ำกว่ารุ่นดั้งเดิมที่เทียบเคียงได้ ตัวอย่างเช่น ในกรณีที่คอมเพรสเซอร์แบบเดิมอาจมีกำลังเฉพาะ 18 kW/100 cfm รุ่นไมโครออยล์ที่มีความจุเท่ากันอาจมีกำลังไฟฟ้า 17 kW/100 cfm หรือน้อยกว่า ความแตกต่างนี้แม้จะดูเล็กน้อยในแต่ละหน่วย แต่ก็สะสมจนช่วยประหยัดต้นทุนด้านพลังงานได้อย่างมากตลอดอายุการใช้งานของคอมเพรสเซอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่มีชั่วโมงการทำงานสูง การลดกำลังเฉพาะนี้เป็นการสาธิตการปรับปรุงประสิทธิภาพของหน่วยหลักโดยตรงและเชิงปริมาณได้มากที่สุด

การออกแบบและการควบคุมระบบการทำงานร่วมกัน

ประโยชน์ด้านประสิทธิภาพของการออกแบบไมโครออยล์มักจะได้รับการขยายให้มากขึ้นเมื่อจับคู่กับกลยุทธ์การควบคุมสมัยใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบขับเคลื่อนแบบปรับความเร็วได้ (VSD) VSD ช่วยให้คอมเพรสเซอร์ปรับความเร็วมอเตอร์และเอาท์พุตอากาศให้ตรงกับความต้องการที่ผันผวนของโรงงานได้อย่างแม่นยำ หลีกเลี่ยงการสูญเสียพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการทำงานเต็มพิกัด จากนั้นจึงระบายอากาศหรือเดินเบา ประสิทธิภาพโดยธรรมชาติขององค์ประกอบการบีบอัดน้ำมันขนาดเล็กช่วยให้ VSD สามารถทำงานได้ดีขึ้น เมื่อความต้องการมีน้อย VSD จะทำให้คอมเพรสเซอร์ทำงานช้าลง ในเครื่องจักรไมโครออยล์ การไหลเวียนของน้ำมันที่ลดลงและการลากภายในลดลงจะเกิดขึ้นที่ความเร็วทั้งหมด ซึ่งหมายความว่าข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพจะยังคงอยู่ตลอดช่วงการทำงานทั้งหมด ไม่ใช่แค่ที่โหลดเต็มเท่านั้น การทำงานร่วมกันระหว่างการออกแบบหลักที่มีประสิทธิภาพและระบบควบคุมอัจฉริยะช่วยให้ประหยัดพลังงานได้มากกว่าที่เทคโนโลยีทั้งสองจะสามารถทำได้ด้วยตัวเอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์การโหลดชิ้นส่วนซึ่งเป็นเรื่องปกติในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่