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一文讲透:是什么影响了空压机的比功率?

返回列表 来源: 浏览: 457 发布日期:2021-06-18

谈论空压机离不开三大性能参数:压力、流量(排气量)、功率的表现。

比功率的定义:“比功率”是我们空压机销售人员通常的销售俗语,如果在正式的标书和空压机验收单(或机器铭牌)上应该用标准的术语:“机组输入比功率”,简称:SER。(见图1)

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在客户需要使用压缩空气的时候,对于压缩空气系统的选型有九个步骤,第九步是选择系统节能。(见图2)

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空压机是压缩空气产生的源头且能耗最大,因此空压机的节能效果决定了客户使用压缩空气时能否实现对节能的美好愿望。


空压机的“机组输入比功率”值是国家重点工业产品质量安全监管内容,属于国家强制标准和监督的范畴(见图3)。在空压机市场中,无论是标书、合同、样本及机器铭牌,都必须标注“机组输入比功率”值且需达到标准值。

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在GB19153-2019 《容积式压缩机能效限定值及能效等级》规范了“机组输入比功率”这个术语。(图4)

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“机组输入比功率”在规定工况下,空压机组的输入功率与空压机实际容积流量之比值,单位为千瓦分每立方米[kW/(m3/min)]。


计算公式如下:

空气压缩机机组比功率(SER):

evc(kW/(m3/min))=K14*Pcorr/qv.corr——式(1)


组比功率吸气温度修正系数:

K14= Tk/293.2 ——式(2)(注:等号右侧带根号)


从标准公式描述,可以看见:

①空压机的机组吸气温度,功率和容积流量是决定比功率大还是小的主要因数;

②要想空压机比功率小,那么吸气温度低,输入功率越小越好,容积流量越大越好;

③在标准中,机组输入比功率规定值及能效等级按规定工况就是采用标准状态为压力P=101.325KPa,标准温度T=20℃,相对湿度为0%时的“标准工况”下运行测量值按式(1)计算结果。


因此,在空压机的设计、制造、销售和使用验收过程中,我们都以“标准工况”为依据来标定空压机的“机组输入比功率”。这就是我们看到的样本宣传、标书方案及机器铭牌的数值。


虽然说空压机是通用设备,但由于制造和使用过程的差异,其表现却不一样。即使是同一厂家,同一型号,同一天制造的产品都会有差异。到底什么因素会影响到空压机的“机组输入比功率”呢?见图5。

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1.机组吸气温度的影响

虽然国家标准规定空压机的制造和测试按照“标准工况”(标准温度T=20℃)。但在实际使用时工况不同,空压机在不同的客户现场表现也会不同。首先分析空压机的吸气温度差异对空压机机组输入比功率的影响。


图6的横坐标为吸气温度,红色曲线为SER。当吸气温度增加时,SER曲线也同步增加。

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由式(1)和式(2)可以看出,当吸气温度=20℃时候(标准工况),K14=1,SER没有影响。但吸气温度≠20℃,则K14≠1,SER值就会随吸气温度增减而增减。图7揭示了吸气温度为20℃和30℃时,空压机机组比功率的变化率。


通常将吸气温度变化(相比标准工况20℃)分两种情况:1. 机房的环境温度变化;2. 主机吸气口温度变化。无论是哪种情况,就国内空压机使用情况来看,特别是长江以南地区,大多数时间空压机的吸气温度都会大于20℃。由图7可以看出,如果在空压机的制造(吸气温度差值=吸气口温度-环境温度)和使用(吸气温度差值=机房温度-环境温度)过程中,能够尽量减少吸气温度差值的上升,就可以降低SER值1~5%。

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举例1:某用户空压机房升级改造(见图8上图),空压机设备不变,按空压机站规范将导风装置和换气系统升级,使得空压机站房温度降低5℃(假如改造前是40℃):


机组比功率吸气温度修正系数变化:

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机组容积流量变化:


qv后/qv前=313.2/308.2=101.6%

空气压缩机机组比功率(SER)变化:

evc后/evc前=99.2%/101.6%=97.6%


空压机的比功率值可以下降2.4%!


举例2:某品牌空压机技术部在空压机性能测试时发现,空滤吸气口的位置不是在空压机的冷风区(见图8下图):吸气温度差值(吸气口温度-环境温度)=5℃,在空压机设计和零部件不变的情况下,将空滤吸口置于冷风区,可以将空压机进气温度降低5℃(假如改造前是40℃):

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机组比功率吸气温度修正系数变化,机组容积流量变化,空气压缩机机组比功率(SER)变化与可参考举例1计算方法和结果,空压机的比功率值同样可以下降2.4%!


2.机组容积流量的影响

在《什么因素会影响到空压机的容积流量?》文章中已经详细介绍了以下三个因素对空压机机组容积流量的影响(见图9),在本文就不再熬述了。由式(1)可以看出,我们希望空压机机组容积流量qv.corr值越大越好!

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3.机组功率的影响


首先,我们先了解机组功率的构成:


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从图10可以看出,电机功率是影响机组功率的最大因素,在《轴功率对喷油螺杆空压机节能影响》中会从空压机主机(单级/两级)及电机对轴功率的影响进行阐述,这里不作介绍。本文主要从空压机主机外部的空气系统阐述对机组功率的影响。


1)排气压力变化的影响:

同一机头相同转数(流量)下,排气压力越高,轴功率越高,机组功率越高。见图11,横坐标为排气压力,纵坐标为轴功率。


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如何能在保障用户使用压力的条件下降低机头的排气压力从而减少轴功率呢?我们来看看下面某螺杆空压机的系统图,见图12。


举例3:某品牌空压机技术部在一台45.5m3/min/0.8MPa空压机性能测试时发现,气路系统压力减值为580mbar(见图13):

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假设机组出口压力0.8MPa,那么主机排气压力则需要0.858MPa。见图14。

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按理论计算,其主机轴功率率值由于系统排气压力损失为580mbar而将增加4.5%(见图15)根据式(1)可以算出,其机组比功率值同样增加4.5%。image.png


要想机组比功率小,其主机排气压力应尽量接近机组排气压力才能使得主机轴功率越小。因此在保障空压机性能和安全的情况下,在制造和使用过程中,主机后的气路系统压降越小越好。在制造时,管路的管径和长度、油分系统的设计和选用、最小压力阀的压损、冷却系统的压损等等都会影响到轴功率变化。在不能改变空压机的制造条件下,机器的维护保养就显得十分重要。如精分和润滑油的品质、定期保养和更换等等。


2)进气压力变化的影响:

主机进气压降越大,气量和轴功率越小,比功率越大(因为轴功率下降斜率比气量下降小)见图16。

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举例4:某品牌空压机技术部在一台45.5m3/min/0.8MPa空压机性能测试时发现,主机进气系统压力损失为35mbar(见图17):image.png

假设主机排气压力为0.8MPa,按理论计算,由于进气系统压力损失35mbar,其主机轴功率值将降低1.3%(见图18上图),其容积流量值降低3.5%(见图18下图),根据式(1)可以算出,其机组比功率值将增加2.3%。

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要想机组比功率小,其主机进气气压损失应尽量小。因此在保障空压机性能和安全的情况下,在制造和使用时,主机的进气系统压降越小越好。在制造时,机箱进气开孔、空滤位置、空滤、减荷阀及进气管的设计选用都会影响到进气压损。在不能改变空压机的制造条件下,机器的维护保养就显得十分重要,如空滤器的品质、定期维护和更换等等。

3)风扇功率的影响:

水冷机型只有一个几十到几百瓦的换气风扇,可以无需考虑。但风冷机型的风扇必须考虑其风量/静压/输入功率/效率/极数,在保障风量/静压的情况下,输入功率越小越好,电机效率和极数越大越好(见图19)。如果风扇选用或使用不当,也可能会影响机组功率0.5~1%。

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4)电气箱功率的影响:

无论水冷还是风冷机型,工频机器的电气箱功率的差异对机组影响不大,只需要考虑设计合理,制造安全。但是对于变频机型来说,由于变频器自身消耗输入功率的5%左右,对于机组功率影响就非常大。通常在空压机站的设计和选购时,能用工频空压机,就不用变频空压机,变频空压机永远是配角。在《压缩空气系统的节能误区》有详细介绍。


举例5,图20的绿色曲线是某工厂长期用气量波动情况,用气量非常稳定,此时如果选用变频空压机就是一种浪费。

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通过以上影响因素分析,空压机组比功率值与进气温度、机组容积流量及机组功率有直接关系。


①即使是同一档主机,由于机器结构设计、零部件匹配及主机的调校不一样,其比功率值也会有差异。比如制造一台螺杆空压机时,不同机箱的结构和大小,其比功率值肯定会有差异。


②同一品牌/型号的空压机,由于使用环境和维护保养的差异,其比功率值也会有不同。比如空压机房的规范与否(参照GB 50029-2014《压缩空气站设计规范》),其比功率值肯定不同。


③即使同一台空压机在使用过程中,由于季节变化,零部件及易耗品的品质差异,维护及维修机器的观念也会随时间推移使得其比功率值变化。比如维护保养时,三滤和油品的品质与匹配不一样,其比功率值肯定不一样。

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机组输入比功率不仅是空压机的主要性能参数,也是空压机入市和节能的重要指标,并且是国家强制抽检的项目。因此空压机的售前、售中、售后的宣传、推荐方案、标书、合同、机器铭牌及数据资料必须与空压机实际比功率测试值一致(自检或送检)。


因此,在市场上绝大多数为喷油螺杆空压机,其制造标准JB/T 6430-2014《一般用喷油螺杆空气压缩机》和JB/T 10972-2010《一般用变频喷油螺杆空气压缩机》中规定螺杆空压机的能效值应符合GB19153-2019的规定:空气压缩机能效限定值应不大于3级(即入市标准),2级和1级为节能。(见图21)

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机组输入比功率值得测定按GB/T 3853-2017《容积式压缩机验收试验》规定。如果经过第三方有资质的检测机构通过的实验室检测认证或机器送检检测认证,可以通过中国能效标识网查询(见图22)或证书证明。image.png

因此深入了解“什么因素会影响空压机的比功率”,不仅可以在空压机制造过程中扬长避短,尽可能将空压机的比功率值降低,而且还可以在激烈的市场竞争中占得先机。