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我們在計算空壓機的主機軸功率時,需要輸入進氣壓力、進氣溫度、環(huán)境溫度、工作壓力、主機轉(zhuǎn)數(shù)、進氣壓降、排氣壓降等參數(shù)。所以,這些參數(shù)都會影響到主機軸功率的大小。
①機組進氣壓力的影響
雖然國家標準規(guī)定空壓機的制造和測試按照“標準工況”(標準進氣壓力Px=1.013bar)。但在實際使用工況不同(海拔高度),空壓機在不同的設(shè)計與制造及客戶現(xiàn)場表現(xiàn)也會不同(進氣壓損差異),對空壓機的軸功率產(chǎn)生影響。
圖9的橫坐標為進氣壓力,右邊綠色縱坐標為軸功率。當進氣壓力增加時,軸功率曲線下降;反之,則上升。
我們可以理解為,由于進氣壓損而造成壓縮比不同導(dǎo)致軸功率不一樣。
例2:一個客戶在海拔3000m處使用一臺空壓機要求0.7MPa,氣量5.44m3/min時。(查資料環(huán)境壓力為:0.7bar),其壓縮比:
i=P排/Px=(7+0.7)/0.7=11 ——公式(7)
意味著需要相同氣量,此時軸功率比標準工況(壓縮比8)時要大,必須選擇10bar空壓機。因此當進氣壓力降低,軸功率增加。
例3:某空壓機空濾及減荷閥壓降為35mbar ,要求0.7MPa,氣量5.44m3/min時。其壓縮比:
i=P排/Px=(7+1)/0.965=8.3 ——公式(8)
意味著需要相同氣量,此時軸功率比標準工況(壓縮比8)時要大3.6%。因此當進氣壓力降低,軸功率增加。
②環(huán)境溫度的影響
雖然國家標準規(guī)定空壓機的制造和測試按照“標準工況”(標準溫度T=20℃)。但在實際使用時工況不同,空壓機在不同的客戶現(xiàn)場表現(xiàn)也會不同。環(huán)境溫度差異對空壓機的功率會產(chǎn)生影響。
圖11的橫坐標為環(huán)境溫度,右邊綠色縱坐標為軸功率。當環(huán)境溫度增加時,軸功率曲線下降。但是由于容積流量曲線下降斜率更大(藍色曲線),機組的比功率反而上升(紅色曲線);反之亦然。。
③工作壓力的影響
在相同主機和轉(zhuǎn)數(shù)情況下,排氣壓力越大,空壓機軸功率越大!
在這里,我們可以區(qū)分三種情況:
a) 空壓機內(nèi)部系統(tǒng)壓降:在相同工作壓力下,空壓機主機后到出氣口前的氣路系統(tǒng)壓降越小,主機排氣壓力就越小,主機的軸功率就越小,機組比功率就越小,空壓機越節(jié)能;反之則耗能。
b) 空壓機后系統(tǒng)壓降:在相同工作壓力下,空壓系統(tǒng)(空壓機后的管路、凈化設(shè)備及輔件等)由于浪費成品氣(管路泄露、凈化設(shè)備耗氣量大、不合理用氣等)或系統(tǒng)壓降大(管路壓降、凈化設(shè)備壓降、系統(tǒng)配置不合理等等)造成主機排氣壓力遠遠大于其正常工作壓力而導(dǎo)致主機軸功率增大,機組比功率就增大,空壓機耗能;反之就節(jié)能。
當空壓機工作一段時間后,由于空濾芯及油氣分離器芯隨著工作時間及環(huán)境影響,會增加阻損,從而造成主機工作壓力上升,到達維護保養(yǎng)要求前,主機軸功率也會增加。出于電動機的安全考慮,必須要增加這部分余量,在電動機部分會有詳細量化。
④主機轉(zhuǎn)數(shù)的影響
在相同主機和工作壓力下,主機轉(zhuǎn)數(shù)增加或減少,軸功率就增加或減少!
例5,某品牌變頻螺桿空壓機,可以進行兩種壓力控制模式:
a. 在工作壓力不變的情況下,可以隨負荷變化通過改變主機的轉(zhuǎn)數(shù)來達到節(jié)能的目的;
b. 同時也可以在軸功率不變的情況下,隨工作壓力的改變通過改變主機的轉(zhuǎn)數(shù)實現(xiàn)空壓機增減排氣量,從而達到變頻空壓機利用至大化。這就是為什么這款空壓機有100Hz的變量
⑤主機的效率影響
不管什么主機,每檔主機都會有其效率曲線,當主機轉(zhuǎn)數(shù)過低時,主機因為泄露增大導(dǎo)致機組比功率高(所以變頻空壓機的頻率都在20Hz以上,再低不但耗能,且可能打不出氣);當主機轉(zhuǎn)數(shù)過高時,主機的機械摩擦增大導(dǎo)致機組比功率高。
由于變頻空壓機能效限定值的計算方法與工頻空壓機不一樣,因此利用好了主機的效率曲線,把在工頻空壓機不是1級能效的主機經(jīng)過調(diào)校后用在變頻空壓機上,取得1級能效的案例比比皆是。
因此,從GB19153-2019《容積式壓縮機能效限定值及能效等級》可以看出,相同功率下,同樣是1級能效,工頻比功率值要求比變頻比功率值小。從空壓系統(tǒng)節(jié)能的角度來說,在滿載工況下,工頻機比變頻機節(jié)能。這與主機效率點選取有關(guān),在第三章《噴油螺桿空壓機能效限定值分析》中有分析。
⑥主機的型線影響
螺桿空壓機已經(jīng)有近百年的歷史,主機的設(shè)計主要是螺桿線型的演變。
線型設(shè)計要求:
a) 軸向氣密性和橫向氣密性高
b) 接觸線長度盡量短
c) 面積利用系數(shù)大
d) 減少和避免漏氣三角形
e) 重量輕,剛性好
f) 良好的工藝性
其中,較重要的是型線的面積利用率:Cn=F/Dm,其次為主機的加工工藝。
所以一款好的主機,首先考慮的是安全和耐用,其次才是節(jié)能。撇開了主機的安全和耐用而空談節(jié)能,賺的不如賠得多。
⑦壓縮比的影響
前面在進氣壓力影響中提到“壓縮比”。在空壓機主機壓縮過程中不可能100%空氣都被壓縮,會有一定量的空氣泄露,壓縮比越高,泄露越嚴重;同時“壓縮比”越高,壓縮空氣的溫升也越高,當空壓機從電能轉(zhuǎn)化為機械能,再轉(zhuǎn)換為空氣壓力勢能時,空氣溫度變化越小,空壓機的主機軸功率越小,空壓機越節(jié)能。這也是兩級壓縮在大機型中比單級壓縮更容易達到1級能效的原因之一。
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