喷油螺杆式空气压缩机油气分离桶设计探讨

喷油螺杆压缩机中，在压缩气体的同时，大量的油被喷入压缩机的齿间容积。这些油和被压缩气体形成的油气混合物，在经历相同的压缩过程后，被排到机组的油气分离器中进气油气分离。油气分离器是喷油螺杆压缩机机组系统中的主要设备之一。为了降低机组排气中的含油量和循环使用机组中的润滑油，必须利用油气分离器把润滑油有效地从气体中分离出来。

油气分离桶进入油桶后，首先进行粗分，进行机械碰撞分离，是指油气混合物通过碰撞油气分离器的内置附件，在自身重力作用下，或通过油气分离器的进气管及内置附件产生的离心力作用，将由其混合物中较大颗粒度油滴分离出来，落入油气分离器的底部；二级分离是油滴聚集再分离，它是指油滴混合物以较慢的速度进入油气分离器的滤芯，将较大直径油滴先在滤芯表面过滤出来，较小直径的油滴在进入滤芯内部后亲和聚结为直径较大的油滴，并在自身重力作用下落入油气分离器的底部。油气分离器是上述两级分离方法的综合效果，机械分离为一次分离，滤芯分离为二次分离。

油气分离桶的内部气路结构直接关系到一次分离效果的好坏，今天就目前市场上广泛使用的切向进气，旋风分离油气分离桶进行讨论。在桶内设置了隔筒，油气混合物沿着桶体与隔筒间的通道上，旋转形成离心力，从而达到一次分离的目的。隔筒直接焊在油气分离器的设备法兰壁面上。隔筒内装有用于二次分离的油气分离滤芯。总之，隔筒一般设置在油气分离器的上部，由于油气混合物离油面较远，一般大于300mm，因而可以提高分离效果。

图1 油气分离桶结构图

油气分离器是喷油螺杆压缩机的关键设备之一，油气分离器的性能优劣对压缩机的油耗、效果以及排气质量有很大影响。油气分离器的结构设计直接影响油气混合物的分离效果，也关系到空气压缩机的使用成本。

在喷油式螺杆压缩机内的油气分离芯是重要部件之一，油气分离芯的主要作用是减少空气压缩机的耗油量，压缩空气的含油量在3ppm之内。空气压缩机的生产厂商不断在技术改造来减少压缩空气的含油量，或选用质量较好的油气分离芯。但有时也会出现空气的含油量过大或压差过大，严重的燃烧爆炸。

储油罐在空气压缩机内起到的作用是储存压缩机机油；缓冲压缩空气的流速，油气分离芯前级液态油的分离作用。在储油罐内的压缩空气进入油气分离芯的流速控制在V2=0.7m/s,同时进入油气分离芯的压缩空气的含油量在5-10g/m3之内，可以在回油管上收集油量来测量进油气分离芯的压缩空气含油量。计算空气压缩机所需要的喷油量，在储油罐内的机油的油面到油气分离芯底部的距离不能小于300mm。否则，会加大油气分离芯的油量处理，造成压缩空气的含油量增大。

富达压缩机研发团队多年来一直致力于油气分离桶的优化设计，下文就油气分离桶的一些设计参数进行初步探讨。

以下结果基于如下假设，压缩空气中的细小油滴随空气喷到壁面时，由小油滴汇聚成大油滴，并受到重力作用流至桶底，我们认为油滴碰到桶壁、隔筒等，即可认为油滴被吸附分离。若油滴碰到油桶底部的油液，原有油滴分子被吸附，同时产生新的同等数量的油滴分子。若油滴碰到油分芯外壁，油气分离桶的粗分离失效，只能靠油气分离芯的作用进行油气分离。以下我们仅对油气分离桶的粗分离作用进行探讨，讨论油滴尺寸、油桶内压、进气流速对油气分离桶的粗分离效果的影响。

1）油滴尺寸对油气分离桶粗分离效果的影响

假设油滴按照7.5m/s的速度进入油气分离桶，根据流体计算，可得到图2，图3所示的结论：

图3 油滴尺寸对油气粗分效果的影响

从图2可得，本文所讨论的油气分离桶内油滴粒子的轨迹图，从中可看出，油滴粒子进入油气分离桶后，进行旋风分离，20μm以上的油滴在粗分离过程中得到良好的分离。20μm以下的油滴，尺寸越小，粗分效果越差，只能靠后续的油气分离芯进行有效的拦截分离。

2）油桶内压对油气粗分离效果的影响

油桶内压为0.1~0.8MPa条件下，同一油桶粗分离效果如图4所示。

图4 油桶内压对油气分离效果的影响

从图4可知，油桶内压对1~5um油滴分子的影响较小，但总体可看出，油桶内压越大，油桶的粗分效果越差，这是因为，同样排气量下，油桶内压越高，桶内压缩空气的密度越大,流速越慢，油滴分子的圆周速度越小，旋风分离的效果越弱。

3）排气量对油气粗分离效果的影响

不同排气量下，相同内压的油气粗分效果如图5所示。

图5 排气量对油气粗分效果的影响

从图5可知，随着排气量的增大，油气粗分效果越好，这是由于排气量越大，油桶内流速越大，油滴分子的离心越大，更容易碰壁，被油桶内壁所吸附。但是同时油气分离芯对压缩空气有一定的限制，在提高油气分离桶的粗分效果的同时，需控制压缩空气通过油气分离芯的流速。

4）结论

油气分离桶的设计需要考虑多方面的因素，本文仅就油气分离桶的设计进行初步的讨论。