【壓縮機網(wǎng)】測量壓縮機FAD流量（Free Air Delivery）是一項頗具挑戰性的任務(wù)。壓縮機制造商在工廠(chǎng)采用的FAD測量方法，在現場(chǎng)測量時(shí)往往會(huì )受制于現場(chǎng)條件而不可行或不適用。但如果采用合適的流量測量工具和數學(xué)方法，完成這項任務(wù)其實(shí)并不難。本文旨在闡述在FAD測量過(guò)程中如何正確選擇流量計以及測量中需要考慮的因素。

 

　　壓縮機的基本功能是吸入環(huán)境空氣后將空氣進(jìn)行壓縮，然后將壓縮后的空氣排出到壓縮空氣管網(wǎng)中。壓縮機的性能指標體現在壓縮機的額定功率以及制造商給出的FAD性能說(shuō)明上。但如果你做過(guò)現場(chǎng)測量，就會(huì )發(fā)現實(shí)際情況有時(shí)并非如此。其實(shí)，通過(guò)以下幾個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題就可以判斷壓縮機的性能：壓縮機消耗了多少電能？壓縮機輸出了多少壓縮空氣？壓力分布曲線(xiàn)的具體形態(tài)是怎樣的？
 

　　為回答上述問(wèn)題，我們必須在生產(chǎn)現場(chǎng)進(jìn)行相關(guān)測量。通常，測量分為兩類(lèi)：

 

　　·臨時(shí)性能測量，通常用于新設備安裝結束后或者壓縮機采購決策前，目的是分析壓縮機的性能，以便提供性能對比。

 

　　·長(cháng)期性能監測，用于實(shí)時(shí)監測壓縮機性能，以便合理安排設備維護或主機大修。
 

 

　　FAD的標準定義

 

　　流量是指單位時(shí)間內測量到的氣體體積，但氣體容易被壓縮或膨脹且體積隨溫度變化而變化； 另外空壓機吸入的空氣含濕度（水蒸氣），密度（每立方米空氣質(zhì)量）也會(huì )隨海拔和溫度的變化而發(fā)生改變。為了確保測量的一致性，業(yè)界推出了一系列國際標準，比如ISO 1217。該標準規定了容積式壓縮機（含旋轉螺桿壓縮機）的驗收試驗標準。

 

　　ISO 1217中3.4.1條款陳述如下：

 

　　壓縮機的實(shí)際容積流量是指經(jīng)過(guò)壓縮機壓縮，并在標準排氣位置排出的氣體容積流量，換算到進(jìn)口標準吸氣位置的全溫度、全壓力、全組分的狀態(tài)的氣體容積值。

 

　　這是將壓縮機排放氣體的實(shí)際容積換算到壓縮機進(jìn)氣口自由空氣條件下的狀況。因此，FAD是指在壓縮機排氣口測得的吸入壓縮機的自由空氣總量。FAD采用容積流量單位，例如m³/min和l/s等。ISO 1217允可的各式流量計s*先計算空氣的質(zhì)量流量，之后將該流量基于壓縮機進(jìn)氣口空氣的密度轉換成進(jìn)氣口容積流量。理想情況下，是采用真實(shí)環(huán)境條件，但為了方便起見(jiàn)，ISO 1217建議在可容忍的真實(shí)條件下，采用以下環(huán)境條件值：

 

　　·壓力=絕對值1bar

 

　　·溫度=20℃

 

　　·相對濕度=0％

 

　　z*后, 流量計會(huì )根據進(jìn)氣口濕度、流量計上游的凝結水量以及電機的轉速對容積流量值進(jìn)行校正。提示：壓縮機制造商提供的FAD數據有可能是在不同的進(jìn)氣口條件下測得的，因而建議在考查壓縮機性能時(shí)，必須查閱壓縮機的數據表，而不是簡(jiǎn)單地查看銘牌上顯示的數據！

 

　　將空氣壓縮至更大壓力需要更多的能量。而在壓縮機內，空氣損失和工作空氣的用量隨壓力增加而增加，只有這樣壓縮機馬達才不會(huì )在更高的壓力下出現過(guò)載。例如，在8bar與10bar的壓力下，旋轉螺桿壓縮機的運行速度是不一樣的。
 

 

　　影響壓縮機效率的主要因素

 

　　壓縮機效率受到多個(gè)因素的影響。表1顯示了影響兩種主流壓縮機（螺桿和離心機）性能的主要因素（吸入口溫度對螺桿和離心機的影響各不相同，但本文將不就此進(jìn)行深入闡述。）。

 

　　壓縮機制造商根據國際標準（例如，離心壓縮機的ISO 5389）對壓縮機的性能進(jìn)行測量，并將測量值通過(guò)數據表單對外發(fā)布。然而，這些測量均在工廠(chǎng)中完成，而非在真實(shí)的現場(chǎng)條件下進(jìn)行；此外，隨著(zhù)壓縮機使用年限的增長(cháng)，其性能也有可能下降甚至可能需要主機大修。為監測壓縮機性能，推薦進(jìn)行現場(chǎng)檢測。而且很有必要采用更為積極的措施——對壓縮機進(jìn)行長(cháng)期的實(shí)時(shí)監測和實(shí)時(shí)性能評估。

 

　　空壓機排氣流量測量方法對比

 

　　空壓機的排氣流量中包括空氣、水、油和顆粒。有些測量方法因為無(wú)法適用氣體中的水和油，以失敗告終。另一些測量方法因為會(huì )產(chǎn)生壓降，引起能源和費用的浪費，也不適用。業(yè)界對用于壓縮機排氣流量計提出了如下基本要求：

 

　　·耐水和油滴

 

　　·抗顆粒

 

　　·可處理高速和高溫氣體（高達70℃）

 

　　·z*小壓降，z*好無(wú)壓降

 

　　·插入式流量計便于臨時(shí)性安裝測量

 

　　表2對比了z*常見(jiàn)的流量計原理及它們的性能對比。

 

　　從表2可以看出，皮托管流量計是測量壓縮機排氣口流量的z*佳選擇。該方法不僅在工業(yè)應用中證明了其可靠性，而且它也是航空界標準的空氣速度測量方法。
 

 

　　如何測量排氣流量的FAD值

 

　　用皮托管流量計測量得到的壓縮空氣的排氣流量，必須同時(shí)測量工作溫度和工作壓力才能計算得到FAD流量。

 

　　我們必須理解壓縮機工作狀態(tài)下出口流量包括了下面2個(gè)部分：

 

　　·空氣流量：這是我們想要準確測量的。

 

　　·水流量：這將在后期空氣處理過(guò)程時(shí)被去除。

 

　　要準確地評估水的含量，需要測量管道中的濕度。這不是一件容易的事情，因為高溫下濕度接近飽和，許多濕度傳感器在這種情況下無(wú)法正常工作。我們通過(guò)長(cháng)期的測試經(jīng)驗發(fā)現，當濕度設定在80%～99%之間的某個(gè)值，其濕度對流量測量偏差的影響不超過(guò)±0.3%。 

 

　　基于這個(gè)發(fā)現，我們對相對濕度設置了一個(gè)恒定數值，這樣我們就可以從流量中扣除含水量，并計算出標準條件下（即20℃, 1000hPa）的“干空氣流量”。 

 

　　吸入空氣的濕度會(huì )影響排出干燥氣體的總量, 但其影響力小于其它因素。例如，在熱帶炎熱的天氣條件下（32℃和75%rH）, 干燥空氣的容積只比吸入空氣容積小3.5%。而大氣壓力和氣候變化帶來(lái)的影響可能達到這個(gè)數據的兩倍之多。未及時(shí)清洗的進(jìn)氣過(guò)濾器也可能對吸入空氣流量帶來(lái)2～3%的變化值。

 

　　遵照氣體定律以及壓縮機制造商規定的進(jìn)氣條件，我們z*終計算出了FAD流量值。

 

　　這樣測量計算出的FAD流量值體現了壓縮機“真正”的產(chǎn)出流量值。（為了與空壓機廠(chǎng)家提供的數據表進(jìn)行比較，請確保在相同進(jìn)氣條件下比較）。

　　如何測量空壓機功率

 

　　很多時(shí)候，人們認為準確測量到電流值，就可以計算出功率值（kW），這種方法隨后被用在計算空氣壓縮機的滿(mǎn)載比功率（m³/min/kW）或估算流量（m³/min）上。然而，這種方法是錯誤的！
 

　　如果我們只測量電流值，那么我們就沒(méi)有考慮功率因數以及交流電三相之間負載不平衡對功率的影響，這有可能導致百分之幾十的誤差。

 

　　這樣估算出的功率值很難精確地計算出空壓機在性能-控制循環(huán)中的加載率。這些復雜的計算必須使用短期數據，因為壓縮機狀態(tài)和控制一直在隨著(zhù)時(shí)間變化。

 

　　正確的測量方法是：用功率表測量壓縮機三相的電流與電壓，計算出功率因數。功率計算公式如下：

 

　　kW=(A×V×1.732×PF)/1000

 

　　kW=輸入功率

 

　　A=電機電流

 

　　V=線(xiàn)電壓

 

　　PF=功率因數

 

　　如何測量空氣處理過(guò)程中的各項損失

 

　　空氣經(jīng)過(guò)壓縮機后，會(huì )繼續經(jīng)過(guò)干燥機和過(guò)濾器，去除水汽、顆粒、殘余油。如果我們把壓縮機出口處測量到的流量和壓力值與經(jīng)過(guò)后期空氣處理后的測量值進(jìn)行比較，我們可能會(huì )發(fā)現下述兩方面的重大損失:

 

　　·由于老化或安裝不當而導致的設備部件、排水管、過(guò)濾器和管道連接處的泄漏。泄漏管理系統可以顯著(zhù)減少這些損失。

 

　　·再生干燥過(guò)程中用于吹掃干燥作用的氣體損失（3-25%）。

 

　　這些損失解釋了為什么經(jīng)過(guò)空氣處理過(guò)程后的空氣與壓縮機出口在流量上有所減少（見(jiàn)圖2）。
 

 

　　在考察系統的整體性能時(shí)，壓力同樣扮演著(zhù)重要角色。各環(huán)節引起的壓降損失必須通過(guò)增加空壓機的壓力設置進(jìn)行補償，這就導致了更高的能源消耗。壓力損失通常發(fā)生在：

 

　　·過(guò)濾器堵塞導致的壓降增大。

 

　　·管徑尺寸與空氣流量間的不匹配（管徑小流量大）。

 

　　壓縮機性能測量與監控的重要性日漸突顯。對空壓機進(jìn)行長(cháng)期性能監測可為用戶(hù)帶來(lái)更多益處：開(kāi)展預見(jiàn)性維護，從而在零部件故障之前對其進(jìn)行維護保養；追蹤能源消耗，投資可以在很短時(shí)間內得到回報。再配合定期泄漏檢測，用戶(hù)將享有一個(gè)健康高效的空壓機系統。

 

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