【壓縮機網】一、引言

 

　　我國在1986年，國務院就頒布了《節約能源管理暫行條例》和《中國技術政策·能源》藍皮書，要求把節約能源作為在國民經濟調整時期挖潛、革新、改造的重點來抓，并提出了切實加強節能研究，開發和推廣節能新技術、新工藝、新設備和新材料，加速節能技術改造，調整高耗能工業產品結構，降低能源工業自耗能比重等一系列技術政策。對于空壓機而言，同樣也是任重而道遠的。國家也像對待家用電器一樣，制定了相應的能效等級標準。

 

　　本文為大家介紹一下直聯往復活塞式空壓機這類產品的能量消耗模式和類別，以及此類產品的能效考核指標，不達標時的原因分析和改進提高措施。讓大家正確和客觀的應對直聯往復活塞式空壓機的能效問題。

 

　　二、效率的通俗含義

 

　　空壓機能效等級現行的標準為GB19153-2009，在這個標準里面可以根據電機的功率，排氣的壓力以及冷卻方式等，對應得出空壓機的效率指數。

 

　　效率（efficiency）是指有用功率對驅動功率的比值。效率是指在給定投入和技術等條件下，最有效地使用資源以滿足設定的愿望和需要的評價方式。它所表達的是人類使用最有效地社會資源以滿足自身需求的愿望。

 

　　以上是按照寬泛意義來說的，是能源利用效率的一種簡稱。空壓機的效率同容積效率、壓縮效率和機械效率一樣，也是一種效率。但它表述的，是一種實際能量的消耗，沒有理論數值的參與。

 

　　現在我們從直接的經濟消耗的角度來解析一下空壓機的生命周期成本。空壓機的生命成本由三部分組成：一是初始的購機費用；二是日常運行費用，就是電費；三是維修保養費用。通常情況下，初始購機費用和后期的維護保養費用只占總投資的很少一部分，日常的運行電費才是主要的花銷。并且用戶要支付的電費還不是整臺機器的輸出功耗，而是整臺機器的輸入功耗，即該臺機器的總輸入能耗。所以用戶在購買空壓機時，要多了解一下空壓機的比功率，好的空壓機價格是比某些便宜品牌的空壓機要貴，但是省下來的電費，基本一年就可以收回差額了。一臺空壓機少說也得用個十年、八年，這筆賬應該要算長遠了。雖然，大家在設計的時候會通過各種手段來提高空壓機的效率，但是有些措施要額外追加成本的。

 

　　三、空壓機效率的影響因素

 

　　參照現行的標準《GB19153容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》，我們需要先為大家引入一下比功率這個概念。空壓機的比功率是指壓縮機壓縮單位實際容積流量氣體所消耗的總輸入功率。空壓機比功率是評價在壓縮相同氣體、相同排氣壓力下的壓縮機性能的一種指標，也是評價壓縮機能效的重要指標。壓縮機比功率越小，說明壓縮機能量利用的效率就越高，單位功耗就越低。

 

　　比功率 = 輸入功率P÷容積流量Q

 

　　單位:  kW/(m³/min)

 

　　容積流量在中國又被稱為排氣量或銘牌流量，通俗的講指在所要求的排氣壓力下，空壓機單位時間內排出的氣體容積。按國家標準，空壓機的實際排氣量為標稱流量±5% 公差范圍均為合格。容積流量是一臺空壓機的出廠標定流量，即m3/min。投入生產以后，隨著機器的長期使用，不可避免的會有機械磨損，流量數值會呈下降趨勢。建議按照維修保養手冊，定期更換易損件，以恢復容積流量。

 

　　輸入功率和容積流量一般都是直接寫在機器的銘牌上的。輸入功率是通過常用的功率測試儀器（圖1）直接讀數出來的，容積流量也是通過常用的流量測試儀器（圖2）測試讀數出來的，所以這兩個數值都是在一定的排氣壓力下的實測值。

 

　　四、效率不達標空壓機的常用整改措施

 

　　空壓機效率不達標的現象分兩種情況，第一種是設計初期在進行樣機測試的時候，第二種是空壓機使用了一段時間之后出現的。要解決效率不達標的問題，就要降低比功率的數值，根據上面比功率的計算公式得出：要么保持輸入功率不變，提高容積流量；要么保持容積流量不變，降低功率消耗。但大多情況下，我們都是在保持輸入功率不變的前提下，想辦法提高容積流量，來降低比功率數值，提高能源的利用效率。下面我們就針對上述兩種效率不達標的情況，分別作出原因分析和整改措施的制定。

 

　　第一種情況：在設計初期進行樣機測試的時候出現比功率數值不達標。這種情況一般表現為設計的理論排氣量和樣機實測（在7公斤時）排氣量之間有差異。一般是由于參與壓縮氣體的零件的加工誤差、設計累計公差、裝配精度等原因所導致的。所以，在設計的時候一定要預留足夠的系數，來保證實測的樣機比功率數值達標。另外，這里需要給大家介紹一下，理論排氣量的簡易計算公式，因為下面我們所制定的提升排氣量的措施，大都是基于這個公式推導出來的。
 

 

　　解決措施為：

 

　　1）減小連桿頂面與閥板之間的余隙，提高壓縮氣體的效率。

 

　　2）加大曲軸的偏心距，提高壓縮氣體的體量。

 

　　3）改善電機特性，提高電機的轉速，提高壓縮氣體的速度。

 

　　4）保持曲軸的偏心距不變，增大氣缸的直徑，提高壓縮氣體的體量。

 

　　以上幾種措施都是可以有效提高樣機實測排氣量的方式，其中第1種措施操作最為簡單方便。

 

　　除了以上幾種方式還有開源的方法，以及另外一種節流的措施，也就是提高空壓機自身的密封性，這個密封性包括多個環節、多個位置。在《小型直連往復活塞式全無油空壓機的優化設計》一文中有提到多種的優化設計措施，它們都是從節能、減排、提效的角度來剖析的。例如：1、合理的選擇缸體和活塞環的材質，是為了提高二者的壽命和打氣效率，減少生命周期過程中的氣體內泄漏，能量損耗。2、合理的閥板和連桿結構形式，也是為了提高二者的壽命和打氣效率，減少生命周期過程中的氣體內泄漏，能量損耗。3、采用合理的冷卻措施，是為了降低氣體的熱膨脹系數，提高氣體的壓縮效率。4、不光要設計的好，零件的加工和裝配也要滿足精度要求，才能充分的發揮空壓機利用能源的能力。

 

　　第二種情況：在空壓機使用了一段時間之后出現比功率數值不達標。這種情況的原因就比較多，比較復雜了，一般常見的原因和解決措施如下表3所示。

 

　　“維護保養不及時”是空壓機出現比功率數值不達標的主要因素。常言道：“三分使用，七分保養”，可見后期的維護保養是非常重要的。至于其他的不良因素，只要購買的是正規廠家的空壓機，出現的幾率相對還是會低一些的。
 

 

　　五、結語

 

　　綜上所述，大家應該對于直聯往復活塞式空壓機的效率問題有了進一步的認知，對于比功率的計算有了一定的掌握，對于影響比功率數值的常見原因和解決措施也有了一定的了解。

 

　　但是，希望大家不要忘記了國家制定這個標準的初衷，那就是合理利用資源，提高能源的利用率。

 

　　參考文獻

 

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　　作者簡介

　　吳廣忠（1980.04--），男，大學本科（工學學士），畢業于青島科技大學，中級工程師，研究方向：空氣壓縮機。

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