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如何对空气压缩机进行能效检测

点击次数:132 发布时间:2020-05-25
 如何对空气压缩机进行能效检测
  现在越来越来多的用户都对空气压缩机的能效不断提高重视,这也是我们国内企业迈向精益化生产方向的重要表现之一。
  在此形势下,有些供应商为了证明自己的产品(空气压缩机),采取各种方法让用户了解其高能效。这原本是一件好事情。但若是采用的方法不正确,则将产生严重偏离事实的情况,对用户与市场造成困扰。例如,目前市场上有采用对空气压缩机主机进行进气流量测试验证其能效的方法,这就是严重偏离事实的方法之一。
  众所周知,气体是一个多变状态,气体是可压缩的,当气体受到压缩时,气体所产生的压力和温度都将随之发生变化,所以衡量一个气体体积必须规定它的状态(气体的温度、压力)。对于容积式空气压缩机规定其流量是由自由排气量来表示的。国际通行的专业术语为”FAD” ,也就是Free Air Delivery,翻译成中文为自由排气量。根据ISO或者中国国家标准,为将空气压缩机的排气流量换算成整机进气状态下的空气体积流量。这个进气状态指的是进气时的环境压力、温度、相对湿度。需要指出的是进气状态下的排气流量不能等于进气流量。
  为什么说测量进气流量不能代表空气压缩机的自由排气流量(容积式空气压缩机的额定流量)呢?
  主要有以下几个原因:
  1.因为空气压缩机在运行时,空气压缩机从吸气到排气,首先环境空气需要进入空气压缩机整机机箱内部,然后进入进气过滤器,然后通过进气过滤器后进入进气阀,再进入压缩腔体。对于喷油螺杆式空气压缩机来说,还需要经过油气分离桶、冷却器和气水分离器最终通过空气压缩机的出口输送到下游。在这个过程中常常存在各种泄露与损失以及压力变化等造成的损失。所以实证研究发现主机的进气流量与整机的自由排气量存在较大的偏差,少则3~5% 以上的差异;
  2.当我们的空气压缩机在正常的生产时,空气压缩机的机箱面板都是装好的,进气过滤器都在空气压缩机内部。设计不佳的空气压缩机机箱内部的温度与外部的温度有可能相差达到20℃ 以上。然而当我们采用市场上常见的进气流量测试时,首先是将空气压缩机的面板打开,然后将进气过滤器拆下将测量仪器安装上去测量。这里将会存在两个问题,一个是测量时的温度与实际运行的温度完全不一样了,估计会低到20℃ 的差异。另外一个问题是在主机之前测量的过滤器损失也没有考虑,这一点也偏离实际的运行工况。20℃的差异对于容积式空气压缩机来说相差7%以上的差异,再加上过滤器的损失差异,可想而知。这个差异是非常之大的。
  3当前市场上常见的在进气口测量的方法,大多数采用的是热质式流量计。其测量的是其进口管中的一个点的流速进行换算的。对于不可压缩流体或者密度较大的流体,这个问题倒不是很大。但是对于空气,特别是低压(环境空气,进气口)来说,空气的密度非常低,空气的粘度系数非常高。在其制作的进气软管管道内的直径范围内的流速变化大,流态不稳定。而且由于进气口位置的原因,通常其仪器安装也无法满足仪器的基本的技术要求(通常要求直管段达到管径的15倍以上)。由此可见,这里的误差是非常大的。测量数据的可靠性低,误差较大。
  因此,由以上的原因可以看出,通过对螺杆式空气压缩机进气口测量流量的方法并不能反映空气压缩机的真实流量。也正是因为以上多方面的原因,这种方法通常也不能作为空气压缩机参数的测量方法。
  那么,对于我们用户来说,怎样才是正确的呢?首先当然是按照标准的测试方法,例如按照国家标准GBT3853《容积式空气压缩机验收试验》,或者是国际标准ISO1217《Displacement compressors -Acceptance tests》要求的相关测量标准进行相关的测量。但是这些测量都是更适合于在实验室进行,在现场做这样的测试非常困难,成本较高。因此,很少这样操作。
  那比较适用可操作的方法是怎样的呢?
  测量位置首先,测量的位置必须正确,测量的位置必须在空气压缩机之后。根据各种流量计的要求及特性,当前市场比较容易操作的流量计为超声波流量和便携插入式热质式流量计,安装和拆卸都比较方便。流量计属于精密监测仪器,对于测量环境有比较高的要求,例如对于含有液态水压缩空气都是十分敏感的,在长时间测量过程中,精度都会下降甚至会出现错误值。所以在使用流量计进行流量测量时,建议将流量计安装在冷干机或者吸干机这些干燥机之后,保证没有液态水的情况下进行测量;另外还需要严格按照流量的技术要求进行安装与选择对应测量范围的流量计,以此来保障测量精度的准确性与持续性。当然无论选用何种流量计,都需要定期进行标定和校验,在使用过程中也要严格按照各自流量计的使用要求来进行,这里就不在赘述了。严格的按照相关工程技术要求进行,才有可能获得相对准确的数据。
  功率测试其次,还有功率测试。功率测试需要测量整机的电源进线处的功率值。这个数据与三项电压、电流和实时的功率因素相关的,因此,建议采用专用的功率仪进行在线测量而不是电流测量。
  那通过这种类似的方法对流量与功率测试后,获得的认为为高效率的数据就一定代表我们用户将来的压缩空气成本一定会低吗?答案也是并不一定。因为这仅仅代表空气压缩机在某一个状态的单一参数而已。然而作为我们用户最终用气的成本还受到很多其它因素的影响,例如空气压缩机的排气温度如何(影响干燥机的能耗成本与测量基准的参考性)?空气压缩机的调节能力如何?压力的稳定性又是如何?然后工厂的用气常常都是波动的,工作日与非工作日的用气,用餐时的换班,用气设备的切换等等。当用气发生变换时,空气压缩机的性能差异非常之大。工频机会产生加卸载,变频机会产生调节,空气压缩机的能耗也随之发生变化。因此,实际连续供气的性能将会与空气压缩机的单一性能有非常大的差异,差异达到10~40%不等。然而单机的差异常常达到10%的差异就已经非常大了。所以,我们若是忽视整个系统的能效差异而仅仅依靠单机的能效来判断,这无异于缘木求鱼。因此,基于此,为了更好的评定我们用户的压缩空气的成本与效率,则需要评估整个供气系统的能效差异。基于此,2018年在中国通用机械协会空气压缩机协会的主导下,由合肥通用所协和阿特拉斯·科普柯共同起草的T/CGMA033001-2018《压缩空气站能效分级指南》团体标准刚好为这一目标指明了方向。为客户节能降耗、精益生产提供了有效参考。
  综上所述,唯有评估整个压缩空气站的能效才是广大压缩空气(空气压缩机等)用户评估压缩空气成本的真正方向。
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