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空氣壓縮機(jī)節(jié)能第一步：正確的能效檢測(cè)
現(xiàn)在越來越來多的用戶都對(duì)空氣壓縮機(jī)的能效不斷提高重視，這也是我們國(guó)內(nèi)企業(yè)邁向精益化生產(chǎn)方向的重要表現(xiàn)之一。
在此形勢(shì)下，有些供應(yīng)商為了證明自己的產(chǎn)品(空氣壓縮機(jī))，采取各種方法讓用戶了解其高能效。這原本是一件好事情。但若是采用的方法不正確，則將產(chǎn)生嚴(yán)重偏離事實(shí)的情況，對(duì)用戶與市場(chǎng)造成困擾。例如，目前市場(chǎng)上有采用對(duì)空氣壓縮機(jī)主機(jī)進(jìn)行進(jìn)氣流量測(cè)試驗(yàn)證其能效的方法，這就是嚴(yán)重偏離事實(shí)的方法之一。
眾所周知，氣體是一個(gè)多變狀態(tài)，氣體是可壓縮的，當(dāng)氣體受到壓縮時(shí)，氣體所產(chǎn)生的壓力和溫度都將隨之發(fā)生變化，所以衡量一個(gè)氣體體積必須規(guī)定它的狀態(tài)(氣體的溫度、壓力)。對(duì)于容積式空氣壓縮機(jī)規(guī)定其流量是由自由排氣量來表示的。國(guó)際通行的專業(yè)術(shù)語為”FAD”
，也就是Free Air
Delivery，翻譯成中文為自由排氣量。根據(jù)ISO或者中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為將空氣壓縮機(jī)的排氣流量換算成整機(jī)進(jìn)氣狀態(tài)下的空氣體積流量。這個(gè)進(jìn)氣狀態(tài)指的是進(jìn)氣時(shí)的環(huán)境壓力、溫度、相對(duì)濕度。需要指出的是進(jìn)氣狀態(tài)下的排氣流量不能等于進(jìn)氣流量。
為什么說測(cè)量進(jìn)氣流量不能代表空氣壓縮機(jī)的自由排氣流量(容積式空氣壓縮機(jī)的額定流量)呢?
主要有以下幾個(gè)原因：
1.因?yàn)榭諝鈮嚎s機(jī)在運(yùn)行時(shí)，空氣壓縮機(jī)從吸氣到排氣，首先環(huán)境空氣需要進(jìn)入空氣壓縮機(jī)整機(jī)機(jī)箱內(nèi)部，然后進(jìn)入進(jìn)氣過濾器，然后通過進(jìn)氣過濾器后進(jìn)入進(jìn)氣閥，再進(jìn)入壓縮腔體。對(duì)于噴油螺桿式空氣壓縮機(jī)來說，還需要經(jīng)過油氣分離桶、冷卻器和氣水分離器最終通過空氣壓縮機(jī)的出口輸送到下游。在這個(gè)過程中常常存在各種泄露與損失以及壓力變化等造成的損失。所以實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)主機(jī)的進(jìn)氣流量與整機(jī)的自由排氣量存在較大的偏差，少則3~5%
以上的差異;
2.當(dāng)我們的空氣壓縮機(jī)在正常的生產(chǎn)時(shí)，空氣壓縮機(jī)的機(jī)箱面板都是裝好的，進(jìn)氣過濾器都在空氣壓縮機(jī)內(nèi)部。設(shè)計(jì)不佳的空氣壓縮機(jī)機(jī)箱內(nèi)部的溫度與外部的溫度有可能相差達(dá)到20℃
以上。然而當(dāng)我們采用市場(chǎng)上常見的進(jìn)氣流量測(cè)試時(shí)，首先是將空氣壓縮機(jī)的面板打開，然后將進(jìn)氣過濾器拆下將測(cè)量?jī)x器安裝上去測(cè)量。這里將會(huì)存在兩個(gè)問題，一個(gè)是測(cè)量時(shí)的溫度與實(shí)際運(yùn)行的溫度完全不一樣了，估計(jì)會(huì)低到20℃
的差異。另外一個(gè)問題是在主機(jī)之前測(cè)量的過濾器損失也沒有考慮，這一點(diǎn)也偏離實(shí)際的運(yùn)行工況。20℃的差異對(duì)于容積式空氣壓縮機(jī)來說相差7%以上的差異，再加上過濾器的損失差異，可想而知。這個(gè)差異是非常之大的。
3當(dāng)前市場(chǎng)上常見的在進(jìn)氣口測(cè)量的方法，大多數(shù)采用的是熱質(zhì)式流量計(jì)。其測(cè)量的是其進(jìn)口管中的一個(gè)點(diǎn)的流速進(jìn)行換算的。對(duì)于不可壓縮流體或者密度較大的流體，這個(gè)問題倒不是很大。但是對(duì)于空氣，特別是低壓(環(huán)境空氣，進(jìn)氣口)來說，空氣的密度非常低，空氣的粘度系數(shù)非常高。在其制作的進(jìn)氣軟管管道內(nèi)的直徑范圍內(nèi)的流速變化大，流態(tài)不穩(wěn)定。而且由于進(jìn)氣口位置的原因，通常其儀器安裝也無法滿足儀器的基本的技術(shù)要求(通常要求直管段達(dá)到管徑的15倍以上)。由此可見，這里的誤差是非常大的。測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性低，誤差較大。
因此，由以上的原因可以看出，通過對(duì)螺桿式空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣口測(cè)量流量的方法并不能反映空氣壓縮機(jī)的真實(shí)流量。也正是因?yàn)橐陨隙喾矫娴脑颍@種方法通常也不能作為空氣壓縮機(jī)參數(shù)的測(cè)量方法。
那么，對(duì)于我們用戶來說，怎樣才是正確的呢?首先當(dāng)然是按照標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法，例如按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT3853《容積式空氣壓縮機(jī)驗(yàn)收試驗(yàn)》，或者是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO1217《Displacement
compressors -Acceptance
tests》要求的相關(guān)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)的測(cè)量。但是這些測(cè)量都是更適合于在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，在現(xiàn)場(chǎng)做這樣的測(cè)試非常困難，成本較高。因此，很少這樣操作。
那比較適用可操作的方法是怎樣的呢?
測(cè)量位置首先，測(cè)量的位置必須正確，測(cè)量的位置必須在空氣壓縮機(jī)之后。根據(jù)各種流量計(jì)的要求及特性，當(dāng)前市場(chǎng)比較容易操作的流量計(jì)為超聲波流量和便攜插入式熱質(zhì)式流量計(jì)，安裝和拆卸都比較方便。流量計(jì)屬于精密監(jiān)測(cè)儀器，對(duì)于測(cè)量環(huán)境有比較高的要求，例如對(duì)于含有液態(tài)水壓縮空氣都是十分敏感的，在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量過程中，精度都會(huì)下降甚至?xí)霈F(xiàn)錯(cuò)誤值。所以在使用流量計(jì)進(jìn)行流量測(cè)量時(shí)，建議將流量計(jì)安裝在冷干機(jī)或者吸干機(jī)這些干燥機(jī)之后，保證沒有液態(tài)水的情況下進(jìn)行測(cè)量;另外還需要嚴(yán)格按照流量的技術(shù)要求進(jìn)行安裝與選擇對(duì)應(yīng)測(cè)量范圍的流量計(jì)，以此來保障測(cè)量精度的準(zhǔn)確性與持續(xù)性。當(dāng)然無論選用何種流量計(jì)，都需要定期進(jìn)行標(biāo)定和校驗(yàn)，在使用過程中也要嚴(yán)格按照各自流量計(jì)的使用要求來進(jìn)行，這里就不在贅述了。嚴(yán)格的按照相關(guān)工程技術(shù)要求進(jìn)行，才有可能獲得相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
功率測(cè)試其次，還有功率測(cè)試。功率測(cè)試需要測(cè)量整機(jī)的電源進(jìn)線處的功率值。這個(gè)數(shù)據(jù)與三項(xiàng)電壓、電流和實(shí)時(shí)的功率因素相關(guān)的，因此，建議采用專用的功率儀進(jìn)行在線測(cè)量而不是電流測(cè)量。
那通過這種類似的方法對(duì)流量與功率測(cè)試后，獲得的認(rèn)為為高效率的數(shù)據(jù)就一定代表我們用戶將來的壓縮空氣成本一定會(huì)低嗎?答案也是并不一定。因?yàn)檫@僅僅代表空氣壓縮機(jī)在某一個(gè)狀態(tài)的單一參數(shù)而已。然而作為我們用戶最終用氣的成本還受到很多其它因素的影響，例如空氣壓縮機(jī)的排氣溫度如何(影響干燥機(jī)的能耗成本與測(cè)量基準(zhǔn)的參考性)?空氣壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)能力如何?壓力的穩(wěn)定性又是如何?然后工廠的用氣常常都是波動(dòng)的，工作日與非工作日的用氣，用餐時(shí)的換班，用氣設(shè)備的切換等等。當(dāng)用氣發(fā)生變換時(shí)，空氣壓縮機(jī)的性能差異非常之大。工頻機(jī)會(huì)產(chǎn)生加卸載，變頻機(jī)會(huì)產(chǎn)生調(diào)節(jié)，空氣壓縮機(jī)的能耗也隨之發(fā)生變化。因此，實(shí)際連續(xù)供氣的性能將會(huì)與空氣壓縮機(jī)的單一性能有非常大的差異，差異達(dá)到10~40%不等。然而單機(jī)的差異常常達(dá)到10%的差異就已經(jīng)非常大了。所以，我們?nèi)羰呛鲆曊麄€(gè)系統(tǒng)的能效差異而僅僅依靠單機(jī)的能效來判斷，這無異于緣木求魚。因此，基于此，為了更好的評(píng)定我們用戶的壓縮空氣的成本與效率，則需要評(píng)估整個(gè)供氣系統(tǒng)的能效差異。基于此，2018年在中國(guó)通用機(jī)械協(xié)會(huì)空氣壓縮機(jī)協(xié)會(huì)的主導(dǎo)下，由合肥通用所協(xié)和阿特拉斯·科普柯共同起草的T/CGMA033001-2018《壓縮空氣站能效分級(jí)指南》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)剛好為這一目標(biāo)指明了方向。為客戶節(jié)能降耗、精益生產(chǎn)提供了有效參考。
敲黑板
綜上所述，唯有評(píng)估整個(gè)壓縮空氣站的能效才是廣大壓縮空氣(空氣壓縮機(jī)等)用戶評(píng)估壓縮空氣成本的真正方向。
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