【壓縮機網(wǎng)】“我認為我的空氣壓縮機并沒(méi)有制造出期望質(zhì)量的空氣，尤其是三號空氣壓縮機。”
這就是阿肯色州一家工廠(chǎng)的維護經(jīng)理在他辦公室里對我們說(shuō)的話(huà)。 我們當時(shí)花了整個(gè)上午在他的壓縮空氣系統上安裝數據記錄設備。
那時(shí)是初夏，空氣壓縮機位于生產(chǎn)車(chē)間的夾層樓上，室外和室內的溫度都在升高。壓縮空氣系統由三臺500匹馬力的離心式空氣壓縮機和一臺350匹馬力的無(wú)油變頻單螺桿空氣壓縮機組成。
空氣壓縮機的所有進(jìn)氣口都在內部，因此夾層中的環(huán)境空氣（而非外部空氣）被壓縮了。理論上正常的操作是對兩個(gè)離心壓縮機進(jìn)行基本負載，使其中一個(gè)處于待機狀態(tài)，然后單螺桿變頻壓縮機作為備用。但是通常所有四個(gè)空氣壓縮機都必須運行才能滿(mǎn)足工廠(chǎng)的需求，這樣一來(lái)壓縮空氣系統就沒(méi)有備用設備。
那天早上，在安裝電子監測設備和變壓器/質(zhì)量流量計時(shí)，我們注意到夾層樓的溫度很高。安裝完設備后，我們在午餐時(shí)間休息了一下，然后回到工廠(chǎng)，與工廠(chǎng)工作人員會(huì )面，討論問(wèn)題，并檢查了我們的設備，以確保出發(fā)前一切正常。在對測量設備進(jìn)行檢查時(shí)，還應在每個(gè)空氣壓縮機的入口處讀取環(huán)境溫度。這天阿肯色州的氣溫超過(guò)32℃，非常適合檢查空氣壓縮機入口處的溫度如何。
事實(shí)證明，入口處溫度非常高！
如一開(kāi)始時(shí)提到的，把兩個(gè)離心壓縮機（3號和4號壓縮機）和變頻單螺桿壓縮機（1號壓縮機）一起放置在了生產(chǎn)車(chē)間正上方夾層結構的一端。第三臺離心式空氣壓縮機（4號壓縮機）放置在維修車(chē)間上方一個(gè)單獨的房間中，與其他三臺壓縮機處于同一水平高度，但該房間的溫度稍微低一些。入口環(huán)境溫度記錄如下：
1號壓縮機：43.9℃；
2號壓縮機：43.3℃；
3號壓縮機：48.3℃；
4號壓縮機：41.7℃。
顯然，環(huán)境溫度對空氣壓縮機的性能產(chǎn)生了巨大影響，這成為審核報告的重點(diǎn)之一。評價(jià)空氣壓縮機性能的另一個(gè)因素是工作壓力。最初的規格要求排氣壓力為758.4kPa，然而設備的壓力保持在813.6kPa，這對空氣壓縮機的輸出也有不利影響。
理論上兩個(gè)離心壓縮機將在大部分時(shí)間內提供所有所需的空氣，而單螺桿壓縮機會(huì )在需求最高的時(shí)期偶爾開(kāi)始運行（順便說(shuō)一下，這是一種最佳應用的設計）。
然而當外面很熱時(shí)，事實(shí)證明單螺桿式壓縮機幾乎一直都需要運轉，而且通常第三臺離心機也要運轉。所以我們開(kāi)始研究該系統正在使用的空氣量以及空氣壓縮機的運行狀況。
那么，由于環(huán)境溫度高和排氣壓力升高，空氣壓縮機的性能下降了多少？
圖1中的曲線(xiàn)顯示了在35℃入口溫度和758.4kPa的排氣壓力下空氣壓縮機的性能：
四個(gè)曲線(xiàn)分別表示不同葉片進(jìn)口導向角度下的工作曲線(xiàn)。紅色曲線(xiàn)是入口閥100％打開(kāi)（0度和不節流）時(shí)的流量曲線(xiàn)。在此條件下，空氣壓縮機的額定最大流量為65.5m3/min。這是用于初步確定空氣壓縮機尺寸并計算其負載的曲線(xiàn)。
圖2顯示了同一空氣壓縮機在48.3℃入口溫度和758.4kPa排氣壓力下的曲線(xiàn)：
注意到曲線(xiàn)全部向左移動(dòng)（給定壓力下流量減少）。在758.4kPa的壓力下，最大流量已從65.5m3/min降低到了59.2m3/min，損失了近10％。
但是廠(chǎng)家正在以高于758.4kPa的壓力運行空氣壓縮機。圖3是針對實(shí)際排氣壓力為813.6kPa而調整后的曲線(xiàn)。
如圖所示，流量已減少至57.4m3/min，比設定值損失近8.5m3/min。同樣糟糕的是，喘振壓力上升，工作壓力與喘振壓力之間的壓力差已從原來(lái)的193kPa降低到68.9kPa。這使空氣壓縮機幾乎沒(méi)有任何調低的余地（調低率是離心空氣壓縮機可以通過(guò)進(jìn)氣閥門(mén)節流實(shí)現的部分負荷運行的百分比）。這給操作壓縮空氣系統帶來(lái)了進(jìn)一步的困難。
驅動(dòng)電機保護—另一個(gè)影響性能的因素
離心空氣壓縮機具有保護驅動(dòng)電機的安全功能。隨著(zhù)線(xiàn)圈繞組溫度的升高，電動(dòng)機的電流將下降。如果環(huán)境溫度超過(guò)電動(dòng)機銘牌的電流溫度額定值，則控制器將限制最大進(jìn)氣的導葉位置，以防止電動(dòng)機過(guò)載。這進(jìn)一步降低了最大流量，還使得工作壓力上升到喘振。
收集并分析數據后，發(fā)現實(shí)際上3號空壓機的控制方式為啟?？刂?，從啟動(dòng)點(diǎn)到停機點(diǎn)僅上升了20.7kPa。3號空氣壓縮機大部分時(shí)間是在空載條件下記錄，而2號和4號空氣壓縮機在滿(mǎn)負荷運行的情況下將單螺桿壓縮機作為備用。
那么為什么不將3號空壓機在運行了最短的空載載時(shí)間后就卸載并關(guān)閉呢？
問(wèn)題的部分原因在于保護電動(dòng)機的內置安全功能。在這種情況下，安全功能使得它只能運行最少的時(shí)間，大型電動(dòng)機的大部分磨損發(fā)生在啟動(dòng)期間。在電動(dòng)機關(guān)閉之前，由涌入電流產(chǎn)生的熱量需要耗散直到電動(dòng)機的溫度達到正常工作的溫度水平。電機一旦關(guān)閉，就需要進(jìn)一步冷卻，使得下次啟動(dòng)時(shí)不會(huì )出現溫度峰值。
在這種情況下，由于較高的環(huán)境溫度，3號空壓機需要在空載狀態(tài)下運行更長(cháng)的時(shí)間。在“冷卻”狀態(tài)下空載運行時(shí)，壓力略有下降會(huì )導致其負載增加。系統流量突然變?yōu)?6m3/min時(shí)，會(huì )立即導致壓力升高超過(guò)20.7kPa，此時(shí)3號空壓機將卸載。這將使得壓縮機在空載狀態(tài)下運行更長(cháng)時(shí)間。
這樣的事件經(jīng)常發(fā)生，以至于空氣壓縮機幾乎沒(méi)有機會(huì )關(guān)機，總是在空載狀態(tài)下運轉。 當機組確實(shí)要關(guān)閉時(shí)，一旦發(fā)生工廠(chǎng)壓力的另一次小幅下降，它將在短時(shí)間內重啟。
改善空氣壓縮機性能的糾正措施
顯然，在這種情況下，最有效的措施是降低壓縮機進(jìn)口處的溫度。還必須降低電機的溫度，以提高電機的可靠性并進(jìn)一步提高性能。另一建議是將空氣壓縮機的排氣壓力降低到生產(chǎn)設備運行所需的最低壓力。
第一個(gè)建議是在廠(chǎng)區外部安裝空氣進(jìn)氣口，然后將外部空氣直接輸送到空氣壓縮機進(jìn)氣口過(guò)濾器。盡管阿肯色州的夏季溫度經(jīng)常超過(guò)32℃，但此溫度遠低于上述測量到的43.3℃的進(jìn)口溫度，這樣做將使空氣壓縮機的輸出能力提高10％。
下一個(gè)建議是通過(guò)增加空氣壓縮機區域的通風(fēng)量來(lái)降低該區域的溫度。由于增加壓縮機區域的空調管道不是一個(gè)可行的選擇，所以建議使用強制通風(fēng)措施從廠(chǎng)區外部增加壓縮機區域內的通風(fēng)量，從而達到降溫的目的。
適當增加壓縮機區域內的空氣流通量可以將電機周?chē)臏囟冉档?至12℃，從而降低電機的工作溫度，并使得控制器的進(jìn)氣無(wú)法節流以保護驅動(dòng)電機。這將使流量增加幾個(gè)百分點(diǎn)，從而使空氣壓縮機的運行更接近理論流量曲線(xiàn)。它還將產(chǎn)生更大的壓升，使設備在卸載前有更好的調節能力。
不要忽略環(huán)境溫度
該案例研究說(shuō)明了進(jìn)氣溫度和環(huán)境溫度對離心空氣壓縮機性能的關(guān)鍵程度。在設計壓縮空氣系統時(shí)，不僅需要了解生產(chǎn)設備的壓力和流量要求，還需要了解設備運行的條件。用戶(hù)、系統設計師和設備供應商之間的溝通對于確保系統正常運行至關(guān)重要。
最終目標始終是設計、安裝和運行壓縮空氣系統，該系統應滿(mǎn)足用戶(hù)的流量和壓力要求，方便后期維護或更換，并最大程度地提高可靠性。設計這樣的系統時(shí)，環(huán)境溫度通常被忽略但至關(guān)重要。
關(guān)于作者
作為阿特拉斯·科普柯離心審核員，布雷特·格里芬（Brett Griffin）和托德·奎格利（Todd Quigley）在壓縮空氣審核和能源管理研究方面與美國各地的客戶(hù)合作，他們專(zhuān)門(mén)從事大型空氣裝置和離心空氣壓縮機的研究。
來(lái)源：本站原創(chuàng )
這就是阿肯色州一家工廠(chǎng)的維護經(jīng)理在他辦公室里對我們說(shuō)的話(huà)。 我們當時(shí)花了整個(gè)上午在他的壓縮空氣系統上安裝數據記錄設備。
那時(shí)是初夏，空氣壓縮機位于生產(chǎn)車(chē)間的夾層樓上，室外和室內的溫度都在升高。壓縮空氣系統由三臺500匹馬力的離心式空氣壓縮機和一臺350匹馬力的無(wú)油變頻單螺桿空氣壓縮機組成。
空氣壓縮機的所有進(jìn)氣口都在內部，因此夾層中的環(huán)境空氣（而非外部空氣）被壓縮了。理論上正常的操作是對兩個(gè)離心壓縮機進(jìn)行基本負載，使其中一個(gè)處于待機狀態(tài)，然后單螺桿變頻壓縮機作為備用。但是通常所有四個(gè)空氣壓縮機都必須運行才能滿(mǎn)足工廠(chǎng)的需求，這樣一來(lái)壓縮空氣系統就沒(méi)有備用設備。
那天早上，在安裝電子監測設備和變壓器/質(zhì)量流量計時(shí)，我們注意到夾層樓的溫度很高。安裝完設備后，我們在午餐時(shí)間休息了一下，然后回到工廠(chǎng)，與工廠(chǎng)工作人員會(huì )面，討論問(wèn)題，并檢查了我們的設備，以確保出發(fā)前一切正常。在對測量設備進(jìn)行檢查時(shí)，還應在每個(gè)空氣壓縮機的入口處讀取環(huán)境溫度。這天阿肯色州的氣溫超過(guò)32℃，非常適合檢查空氣壓縮機入口處的溫度如何。
事實(shí)證明，入口處溫度非常高！
如一開(kāi)始時(shí)提到的，把兩個(gè)離心壓縮機（3號和4號壓縮機）和變頻單螺桿壓縮機（1號壓縮機）一起放置在了生產(chǎn)車(chē)間正上方夾層結構的一端。第三臺離心式空氣壓縮機（4號壓縮機）放置在維修車(chē)間上方一個(gè)單獨的房間中，與其他三臺壓縮機處于同一水平高度，但該房間的溫度稍微低一些。入口環(huán)境溫度記錄如下：
1號壓縮機：43.9℃；
2號壓縮機：43.3℃；
3號壓縮機：48.3℃；
4號壓縮機：41.7℃。
顯然，環(huán)境溫度對空氣壓縮機的性能產(chǎn)生了巨大影響，這成為審核報告的重點(diǎn)之一。評價(jià)空氣壓縮機性能的另一個(gè)因素是工作壓力。最初的規格要求排氣壓力為758.4kPa，然而設備的壓力保持在813.6kPa，這對空氣壓縮機的輸出也有不利影響。
理論上兩個(gè)離心壓縮機將在大部分時(shí)間內提供所有所需的空氣，而單螺桿壓縮機會(huì )在需求最高的時(shí)期偶爾開(kāi)始運行（順便說(shuō)一下，這是一種最佳應用的設計）。
然而當外面很熱時(shí)，事實(shí)證明單螺桿式壓縮機幾乎一直都需要運轉，而且通常第三臺離心機也要運轉。所以我們開(kāi)始研究該系統正在使用的空氣量以及空氣壓縮機的運行狀況。
那么，由于環(huán)境溫度高和排氣壓力升高，空氣壓縮機的性能下降了多少？
圖1中的曲線(xiàn)顯示了在35℃入口溫度和758.4kPa的排氣壓力下空氣壓縮機的性能：
四個(gè)曲線(xiàn)分別表示不同葉片進(jìn)口導向角度下的工作曲線(xiàn)。紅色曲線(xiàn)是入口閥100％打開(kāi)（0度和不節流）時(shí)的流量曲線(xiàn)。在此條件下，空氣壓縮機的額定最大流量為65.5m3/min。這是用于初步確定空氣壓縮機尺寸并計算其負載的曲線(xiàn)。
圖2顯示了同一空氣壓縮機在48.3℃入口溫度和758.4kPa排氣壓力下的曲線(xiàn)：
注意到曲線(xiàn)全部向左移動(dòng)（給定壓力下流量減少）。在758.4kPa的壓力下，最大流量已從65.5m3/min降低到了59.2m3/min，損失了近10％。
但是廠(chǎng)家正在以高于758.4kPa的壓力運行空氣壓縮機。圖3是針對實(shí)際排氣壓力為813.6kPa而調整后的曲線(xiàn)。
如圖所示，流量已減少至57.4m3/min，比設定值損失近8.5m3/min。同樣糟糕的是，喘振壓力上升，工作壓力與喘振壓力之間的壓力差已從原來(lái)的193kPa降低到68.9kPa。這使空氣壓縮機幾乎沒(méi)有任何調低的余地（調低率是離心空氣壓縮機可以通過(guò)進(jìn)氣閥門(mén)節流實(shí)現的部分負荷運行的百分比）。這給操作壓縮空氣系統帶來(lái)了進(jìn)一步的困難。
驅動(dòng)電機保護—另一個(gè)影響性能的因素
離心空氣壓縮機具有保護驅動(dòng)電機的安全功能。隨著(zhù)線(xiàn)圈繞組溫度的升高，電動(dòng)機的電流將下降。如果環(huán)境溫度超過(guò)電動(dòng)機銘牌的電流溫度額定值，則控制器將限制最大進(jìn)氣的導葉位置，以防止電動(dòng)機過(guò)載。這進(jìn)一步降低了最大流量，還使得工作壓力上升到喘振。
收集并分析數據后，發(fā)現實(shí)際上3號空壓機的控制方式為啟?？刂?，從啟動(dòng)點(diǎn)到停機點(diǎn)僅上升了20.7kPa。3號空氣壓縮機大部分時(shí)間是在空載條件下記錄，而2號和4號空氣壓縮機在滿(mǎn)負荷運行的情況下將單螺桿壓縮機作為備用。
那么為什么不將3號空壓機在運行了最短的空載載時(shí)間后就卸載并關(guān)閉呢？
問(wèn)題的部分原因在于保護電動(dòng)機的內置安全功能。在這種情況下，安全功能使得它只能運行最少的時(shí)間，大型電動(dòng)機的大部分磨損發(fā)生在啟動(dòng)期間。在電動(dòng)機關(guān)閉之前，由涌入電流產(chǎn)生的熱量需要耗散直到電動(dòng)機的溫度達到正常工作的溫度水平。電機一旦關(guān)閉，就需要進(jìn)一步冷卻，使得下次啟動(dòng)時(shí)不會(huì )出現溫度峰值。
在這種情況下，由于較高的環(huán)境溫度，3號空壓機需要在空載狀態(tài)下運行更長(cháng)的時(shí)間。在“冷卻”狀態(tài)下空載運行時(shí)，壓力略有下降會(huì )導致其負載增加。系統流量突然變?yōu)?6m3/min時(shí)，會(huì )立即導致壓力升高超過(guò)20.7kPa，此時(shí)3號空壓機將卸載。這將使得壓縮機在空載狀態(tài)下運行更長(cháng)時(shí)間。
這樣的事件經(jīng)常發(fā)生，以至于空氣壓縮機幾乎沒(méi)有機會(huì )關(guān)機，總是在空載狀態(tài)下運轉。 當機組確實(shí)要關(guān)閉時(shí)，一旦發(fā)生工廠(chǎng)壓力的另一次小幅下降，它將在短時(shí)間內重啟。
改善空氣壓縮機性能的糾正措施
顯然，在這種情況下，最有效的措施是降低壓縮機進(jìn)口處的溫度。還必須降低電機的溫度，以提高電機的可靠性并進(jìn)一步提高性能。另一建議是將空氣壓縮機的排氣壓力降低到生產(chǎn)設備運行所需的最低壓力。
第一個(gè)建議是在廠(chǎng)區外部安裝空氣進(jìn)氣口，然后將外部空氣直接輸送到空氣壓縮機進(jìn)氣口過(guò)濾器。盡管阿肯色州的夏季溫度經(jīng)常超過(guò)32℃，但此溫度遠低于上述測量到的43.3℃的進(jìn)口溫度，這樣做將使空氣壓縮機的輸出能力提高10％。
下一個(gè)建議是通過(guò)增加空氣壓縮機區域的通風(fēng)量來(lái)降低該區域的溫度。由于增加壓縮機區域的空調管道不是一個(gè)可行的選擇，所以建議使用強制通風(fēng)措施從廠(chǎng)區外部增加壓縮機區域內的通風(fēng)量，從而達到降溫的目的。
適當增加壓縮機區域內的空氣流通量可以將電機周?chē)臏囟冉档?至12℃，從而降低電機的工作溫度，并使得控制器的進(jìn)氣無(wú)法節流以保護驅動(dòng)電機。這將使流量增加幾個(gè)百分點(diǎn)，從而使空氣壓縮機的運行更接近理論流量曲線(xiàn)。它還將產(chǎn)生更大的壓升，使設備在卸載前有更好的調節能力。
不要忽略環(huán)境溫度
該案例研究說(shuō)明了進(jìn)氣溫度和環(huán)境溫度對離心空氣壓縮機性能的關(guān)鍵程度。在設計壓縮空氣系統時(shí)，不僅需要了解生產(chǎn)設備的壓力和流量要求，還需要了解設備運行的條件。用戶(hù)、系統設計師和設備供應商之間的溝通對于確保系統正常運行至關(guān)重要。
最終目標始終是設計、安裝和運行壓縮空氣系統，該系統應滿(mǎn)足用戶(hù)的流量和壓力要求，方便后期維護或更換，并最大程度地提高可靠性。設計這樣的系統時(shí)，環(huán)境溫度通常被忽略但至關(guān)重要。
關(guān)于作者
作為阿特拉斯·科普柯離心審核員，布雷特·格里芬（Brett Griffin）和托德·奎格利（Todd Quigley）在壓縮空氣審核和能源管理研究方面與美國各地的客戶(hù)合作，他們專(zhuān)門(mén)從事大型空氣裝置和離心空氣壓縮機的研究。
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