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    空壓機比功率影響因素全面分析

       【壓縮機網(wǎng)】摘要:現代化工業(yè)生產(chǎn)和高品質(zhì)生活都離不開(kāi)壓縮空氣,空壓機作為壓縮空氣的搬運工,對于各行各業(yè)的使用者來(lái)說(shuō)非常重要。談?wù)?a href="http://www.668qz.com" target="_blank" class="keylink">空壓機都離不開(kāi)三大性能參數:壓力、流量(排氣量)、功率的表現。由于空壓機是耗能大戶(hù),且其廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域,空壓機的降耗增效意義非常重大,得到了業(yè)內及客戶(hù)一致認可。筆者通過(guò)《帶您發(fā)現壓縮空氣節能秘密》的十個(gè)章節從設計、制造、使用和服務(wù)(售前、中、后)來(lái)闡述壓縮空氣節能秘密,希望大家有所收獲。本文從空壓機的比功率定義入手,帶大家了解哪些因素會(huì )影響到空壓機比功率值。
      文/梁柳生
      一、空壓機的比功率定義
      “比功率”是我們空壓機銷(xiāo)售人員通常的銷(xiāo)售俗語(yǔ),如果在正式的標書(shū)和空壓機驗收單(或機器銘牌)上應該用標準的術(shù)語(yǔ):“機組輸入比功率”,簡(jiǎn)稱(chēng):SER。(見(jiàn)圖1)
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      在客戶(hù)需要使用壓縮空氣的時(shí)候,對于壓縮空氣系統的選型有九個(gè)步驟,第九步是選擇系統節能。(見(jiàn)圖2)
    空壓機比功率影響因素全面分析
      空壓機是壓縮空氣產(chǎn)生的源頭且能耗最大,因此空壓機的節能效果決定了客戶(hù)使用壓縮空氣時(shí)能否實(shí)現對節能的美好愿望。
      空壓機的“機組輸入比功率”值是國家重點(diǎn)工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量安全監管內容,屬于國家強制標準和監督的范疇(見(jiàn)圖3)。在空壓機市場(chǎng)中,無(wú)論是標書(shū)、合同、樣本及機器銘牌,都必須標注“機組輸入比功率”值且需達到標準值。
    空壓機比功率影響因素全面分析
      在GB19153-2019 《容積式壓縮機能效限定值及能效等級》規范了“機組輸入比功率”這個(gè)術(shù)語(yǔ)。(圖4)
    空壓機比功率影響因素全面分析
      “機組輸入比功率”在規定工況下,空壓機組的輸入功率與空壓機實(shí)際容積流量之比值,單位為千瓦分每立方米[kW/(m3/min)]。。
      計算公式如下:
      空氣壓縮機機組比功率(SER):
      evc(kW/(m3/min))=K14*Pcorr/qv.corr—式(1)
      組比功率吸氣溫度修正系數:
      K14= Tk/293.2 ——式(2)
      從標準公式描述,可以看見(jiàn):
     ?、倏諌簷C的機組吸氣溫度,功率和容積流量是決定比功率大還是小的主要因數;
     ?、谝肟諌簷C比功率小,那么吸氣溫度低,輸入功率越小越好,容積流量越大越好;
     ?、墼跇藴手?,機組輸入比功率規定值及能效等級按規定工況就是采用標準狀態(tài)為壓力P=101.325KPa,標準溫度T=20℃,相對濕度為0%時(shí)的“標準工況”下運行測量值按式(1)計算結果。
      因此,在空壓機的設計、制造、銷(xiāo)售和使用驗收過(guò)程中,我們都以“標準工況”為依據來(lái)標定空壓機的“機組輸入比功率”。這就是我們看到的樣本宣傳、標書(shū)方案及機器銘牌的數值。
      雖然說(shuō)空壓機是通用設備,但由于制造和使用過(guò)程的差異,其表現卻不一樣。即使是同一廠(chǎng)家,同一型號,同一天制造的產(chǎn)品都會(huì )有差異。到底什么因素會(huì )影響到空壓機的“機組輸入比功率”呢?見(jiàn)圖5。
    空壓機比功率影響因素全面分析
      二、什么因素會(huì )影響到空壓機的機組輸入比功率?
      1.機組吸氣溫度的影響
      雖然國家標準規定空壓機的制造和測試按照“標準工況”(標準溫度T=20℃)。但在實(shí)際使用時(shí)工況不同,空壓機在不同的客戶(hù)現場(chǎng)表現也會(huì )不同。首先分析空壓機的吸氣溫度差異對空壓機機組輸入比功率的影響。
    空壓機比功率影響因素全面分析
      圖6的橫坐標為吸氣溫度,紅色曲線(xiàn)為SER。當吸氣溫度增加時(shí),SER曲線(xiàn)也同步增加。
      由式(1)和式(2)可以看出,當吸氣溫度=20℃時(shí)候(標準工況),K14=1,SER沒(méi)有影響。但吸氣溫度≠20℃,則K14≠1,SER值就會(huì )隨吸氣溫度增減而增減。圖7揭示了吸氣溫度為20℃和30℃時(shí),空壓機機組比功率的變化率。
    空壓機比功率影響因素全面分析
      通常將吸氣溫度變化(相比標準工況20℃)分兩種情況:1. 機房的環(huán)境溫度變化;2. 主機吸氣口溫度變化。無(wú)論是哪種情況,就國內空壓機使用情況來(lái)看,特別是長(cháng)江以南地區,大多數時(shí)間空壓機的吸氣溫度都會(huì )大于20℃。由圖7可以看出,如果在空壓機的制造(吸氣溫度差值=吸氣口溫度-環(huán)境溫度)和使用(吸氣溫度差值=機房溫度-環(huán)境溫度)過(guò)程中,能夠盡量減少吸氣溫度差值的上升,就可以降低SER值1~5%。在第7章《壓縮空氣系統的節能誤區》和第1章《什么因素會(huì )影響到流量?》有詳細介紹,這里就不展開(kāi)討論了。
    空壓機比功率影響因素全面分析
      舉例1:某用戶(hù)空壓機房升級改造(見(jiàn)圖8上圖),空壓機設備不變,按空壓機站規范將導風(fēng)裝置和換氣系統升級,使得空壓機站房溫度降低5℃(假如改造前是40℃):
      機組比功率吸氣溫度修正系數變化:
    空壓機比功率影響因素全面分析
      機組容積流量變化:
      qv后/qv前=313.2/308.2=101.6%
      空氣壓縮機機組比功率(SER)變化:
      evc后/evc前=99.2%/101.6%=97.6%
      空壓機的比功率值可以下降2.4%!
      舉例2:某品牌空壓機技術(shù)部在空壓機性能測試時(shí)發(fā)現,空濾吸氣口的位置不是在空壓機的冷風(fēng)區(見(jiàn)圖8下圖):吸氣溫度差值(吸氣口溫度-環(huán)境溫度)=5℃,在空壓機設計和零部件不變的情況下,將空濾吸口置于冷風(fēng)區,可以將空壓機進(jìn)氣溫度降低5℃(假如改造前是40℃):
      機組比功率吸氣溫度修正系數變化,機組容積流量變化,空氣壓縮機機組比功率(SER)變化與可參考舉例1計算方法和結果,空壓機的比功率值同樣可以下降2.4%!
      2.機組容積流量的影響
      在《什么因素會(huì )影響到空壓機的容積流量?》文章中已經(jīng)詳細介紹了以下三個(gè)因素對空壓機機組容積流量的影響(見(jiàn)圖9),在本文就不再熬述了。由式(1)可以看出,我們希望空壓機機組容積流量qv.corr值越大越好!
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      3.機組功率的影響
      首先,我們先了解機組功率的構成:
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      從圖10可以看出,電機功率是影響機組功率的最大因素,在《軸功率對噴油螺桿空壓機節能影響》中會(huì )從空壓機主機(單級/兩級)及電機對軸功率的影響進(jìn)行闡述,這里不作介紹。本文主要從空壓機主機外部的空氣系統闡述對機組功率的影響。
      1)排氣壓力變化的影響:
      同一機頭相同轉數(流量)下,排氣壓力越高,軸功率越高,機組功率越高。見(jiàn)圖11,橫坐標為排氣壓力,縱坐標為軸功率。
    空壓機比功率影響因素全面分析
      如何能在保障用戶(hù)使用壓力的條件下降低機頭的排氣壓力從而減少軸功率呢?我們來(lái)看看下面某螺桿空壓機的系統圖,見(jiàn)圖12。
    空壓機比功率影響因素全面分析
      舉例3:某品牌空壓機技術(shù)部在一臺45.5m3/min/0.8MPa空壓機性能測試時(shí)發(fā)現,氣路系統壓力減值為580mbar(見(jiàn)圖十三):
    空壓機比功率影響因素全面分析
      假設機組出口壓力0.8MPa,那么主機排氣壓力則需要0.858MPa。見(jiàn)圖14。
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      按理論計算,其主機軸功率率值由于系統排氣壓力損失為580mbar而將增加4.5%(見(jiàn)圖15)根據式(1)可以算出,其機組比功率值同樣增加4.5%。
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      要想機組比功率小,其主機排氣壓力應盡量接近機組排氣壓力才能使得主機軸功率越小。因此在保障空壓機性能和安全的情況下,在制造和使用過(guò)程中,主機后的氣路系統壓降越小越好。在制造時(shí),管路的管徑和長(cháng)度、油分系統的設計和選用、最小壓力的壓損、冷卻系統的壓損等等都會(huì )影響到軸功率變化。在不能改變空壓機的制造條件下,機器的維護保養就顯得十分重要。如精分和潤滑油的品質(zhì)、定期保養和更換等等。
      2)進(jìn)氣壓力變化的影響:
      主機進(jìn)氣壓降越大,氣量和軸功率越小,比功率越大(因為軸功率下降斜率比氣量下降?。┮?jiàn)圖16。
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      舉例4:某品牌空壓機技術(shù)部在一臺45.5m3/min/0.8MPa空壓機性能測試時(shí)發(fā)現,主機進(jìn)氣系統壓力損失為35mbar(見(jiàn)圖17):
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      假設主機排氣壓力為0.8MPa,按理論計算,由于進(jìn)氣系統壓力損失35mbar,其主機軸功率值將降低1.3%(見(jiàn)圖18上圖),其容積流量值降低3.5%(見(jiàn)圖18下圖),根據式(1)可以算出,其機組比功率值將增加2.3%。
      要想機組比功率小,其主機進(jìn)氣氣壓損失應盡量小。因此在保障空壓機性能和安全的情況下,在制造和使用時(shí),主機的進(jìn)氣系統壓降越小越好。在制造時(shí),機箱進(jìn)氣開(kāi)孔、空濾位置、空濾、減荷及進(jìn)氣管的設計選用都會(huì )影響到進(jìn)氣壓損。在不能改變空壓機的制造條件下,機器的維護保養就顯得十分重要,如空濾器的品質(zhì)、定期維護和更換等等。
      3)風(fēng)扇功率的影響:
      水冷機型只有一個(gè)幾十到幾百瓦的換氣風(fēng)扇,可以無(wú)需考慮。但風(fēng)冷機型的風(fēng)扇必須考慮其風(fēng)量/靜壓/輸入功率/效率/極數,在保障風(fēng)量/靜壓的情況下,輸入功率越小越好,電機效率和極數越大越好(見(jiàn)圖19)。如果風(fēng)扇選用或使用不當,也可能會(huì )影響機組功率0.5~1%。
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      4)電氣箱功率的影響:
      無(wú)論水冷還是風(fēng)冷機型,工頻機器的電氣箱功率的差異對機組影響不大,只需要考慮設計合理,制造安全。但是對于變頻機型來(lái)說(shuō),由于變頻器自身消耗輸入功率的5%左右,對于機組功率影響就非常大。通常在空壓機站的設計和選購時(shí),能用工頻空壓機,就不用變頻空壓機,變頻空壓機永遠是配角。在《壓縮空氣系統的節能誤區》有詳細介紹。
      舉例5,圖20的綠色曲線(xiàn)是某工廠(chǎng)長(cháng)期用氣量波動(dòng)情況,用氣量非常穩定,此時(shí)如果選用變頻空壓機就是一種浪費。
    空壓機比功率影響因素全面分析
      通過(guò)以上影響因素分析,空壓機組比功率值與進(jìn)氣溫度、機組容積流量及機組功率有直接關(guān)系。
     ?、偌词故峭粰n主機,由于機器結構設計、零部件匹配及主機的調校不一樣,其比功率值也會(huì )有差異。比如制造一臺螺桿空壓機時(shí),不同機箱的結構和大小,其比功率值肯定會(huì )有差異。
     ?、谕黄放?型號的空壓機,由于使用環(huán)境和維護保養的差異,其比功率值也會(huì )有不同。比如空壓機房的規范與否(參照GB 50029-2014《壓縮空氣站設計規范》),其比功率值肯定不同。
     ?、奂词雇慌_空壓機在使用過(guò)程中,由于季節變化,零部件及易耗品的品質(zhì)差異,維護及維修機器的觀(guān)念也會(huì )隨時(shí)間推移使得其比功率值變化。比如維護保養時(shí),三濾和油品的品質(zhì)與匹配不一樣,其比功率值肯定不一樣。
     
      三、空壓機的比功率值標定規定和查詢(xún)
      機組輸入比功率不僅是空壓機的主要性能參數,也是空壓機入市和節能的重要指標,并且是國家強制抽檢的項目。因此空壓機的售前、售中、售后的宣傳、推薦方案、標書(shū)、合同、機器銘牌及數據資料必須與空壓機實(shí)際比功率測試值一致(自檢或送檢)。
      因此,在市場(chǎng)上絕大多數為噴油螺桿空壓機,其制造標準JB/T 6430-2014《一般用噴油螺桿空氣壓縮機》和JB/T 10972-2010《一般用變頻噴油螺桿空氣壓縮機》中規定螺桿空壓機的能效值應符合GB19153-2019的規定:空氣壓縮機能效限定值應不大于3級(即入市標準),2級和1級為節能。(見(jiàn)圖21)
    空壓機比功率影響因素全面分析
      機組輸入比功率值得測定按GB/T 3853-2017《容積式壓縮機驗收試驗》規定。如果經(jīng)過(guò)第三方有資質(zhì)的檢測機構通過(guò)的實(shí)驗室檢測認證或機器送檢檢測認證,可以通過(guò)中國能效標識網(wǎng)查詢(xún)(見(jiàn)圖22)或證書(shū)證明。
      因此深入了解“什么因素會(huì )影響空壓機的比功率”,不僅可以在空壓機制造過(guò)程中揚長(cháng)避短,盡可能將空壓機的比功率值降低,而且還可以在激烈的市場(chǎng)競爭中占得先機。
     
      作者簡(jiǎn)介
      梁柳生,1968年,大學(xué)本科
     ?、俑呒壒こ處?,1990開(kāi)始從事空壓機行業(yè)工作;有在國企、合資及外企工作經(jīng)歷,其中22年在A(yíng)C集團工作。先后從事過(guò)空壓機及后處理設備的產(chǎn)品設計、產(chǎn)品工藝、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤服務(wù)等及全國銷(xiāo)售總監并有在歐洲學(xué)習和工作的經(jīng)歷。2017年創(chuàng )辦上善氣體工作室,專(zhuān)業(yè)從事壓縮空氣系統研究、精益生產(chǎn)管理及銷(xiāo)售的培訓工作。
     ?、趪覙藴蔎BT10526-2005《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》第一起草人。
     ?、廴珖鴫嚎s機標準化技術(shù)委員會(huì )委員
     

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