第四章 壓縮機(jī)和壓縮空氣系統(tǒng)

1、第四章 壓縮機(jī)和壓縮空氣系統(tǒng)4.1 介紹工業(yè)廠房在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中都使用壓縮空氣，這些壓縮空氣由從5馬力（hp）到5萬(wàn)馬力以上的壓縮空氣裝置產(chǎn)生。美國(guó)能源部（2003年）報(bào)告說(shuō)，70-90%的壓縮空氣都以不可用的熱量、摩擦、誤用和噪音的形式遺失了（見(jiàn)圖4-1）。為此，壓縮機(jī)和壓縮空氣系統(tǒng)對(duì)于提高工業(yè)廠房的能源效率來(lái)說(shuō)就顯得非常重要了。圖4-1 空氣壓縮系統(tǒng)的Shanky圖值得一提的是，壓縮空氣系統(tǒng)的運(yùn)行成本遠(yuǎn)高于壓縮機(jī)本身的成本（見(jiàn)圖4-2）。通過(guò)系統(tǒng)改進(jìn)可以節(jié)約20%到50%甚至更多的電力消耗，從而節(jié)約成千上萬(wàn)美元甚至幾十萬(wàn)美元的開(kāi)支。在正確的運(yùn)營(yíng)下，壓縮空氣系統(tǒng)能夠節(jié)約能源、降低維護(hù)、減少停

2、工時(shí)間、增加生產(chǎn)量和提高產(chǎn)品質(zhì)量。圖4-2 典型的壓縮空氣系統(tǒng)的成本組成壓縮空氣系統(tǒng)由供應(yīng)端和需求端組成，其中前者包括壓縮機(jī)和空氣處理，而后者則包括分配和存儲(chǔ)系統(tǒng)和終端使用設(shè)備。在正確的運(yùn)營(yíng)下，供應(yīng)端可以在適當(dāng)?shù)膲毫ο?、以低成本、高效率的方式輸出清潔、干燥和穩(wěn)定的空氣。在正確的運(yùn)營(yíng)下，需求端可以最大程度地降低空氣的浪費(fèi)并將壓縮空氣進(jìn)行適當(dāng)?shù)膽?yīng)用。提高和保持壓縮空氣系統(tǒng)的最大生產(chǎn)率需要重視系統(tǒng)的供應(yīng)端和需求端以及二者如何相互作用。4.1.1 壓縮空氣系統(tǒng)的主要部件壓縮空氣系統(tǒng)由以下主要部件組成：進(jìn)氣過(guò)濾器、級(jí)間冷卻器、后置冷卻器、空氣干燥器、除濕疏水器、儲(chǔ)氣罐、管道網(wǎng)絡(luò)、過(guò)濾器、調(diào)節(jié)器和潤(rùn)滑器（

3、見(jiàn)圖4-3）。n 進(jìn)氣過(guò)濾器：防止灰塵進(jìn)入壓縮機(jī)；灰塵將會(huì)使閥門(mén)具有粘性、使氣缸具有劃痕和過(guò)度磨損等。n 級(jí)間冷卻器：在空氣進(jìn)入下一級(jí)之前先行降低其溫度，以便減少壓縮工作和提高效率。它們通常運(yùn)用水冷工藝。n 后置冷卻器：其目標(biāo)是通過(guò)降低水冷卻換熱器里面的溫度而消除空氣中的水分。n 空氣干燥器：由于儀器和氣動(dòng)設(shè)備中的空氣相對(duì)來(lái)講不能含有任何水分，因此需要通過(guò)使用空氣干燥器來(lái)消除經(jīng)過(guò)后置冷卻器后所剩余的微量水分。這些微量水分可以通過(guò)使用諸如硅膠/活性炭或冷卻干燥劑等吸附劑或壓縮干燥器的熱量來(lái)消除。n 除濕疏水器：除濕疏水器用來(lái)清除壓縮空氣中的水分。這些阱類似于汽阱。經(jīng)常使用的各種類型的阱包括手動(dòng)排

4、水栓、基于定時(shí)器的/自動(dòng)排水閥等。n 儲(chǔ)氣罐：提供儲(chǔ)氣罐以便存儲(chǔ)和緩和脈動(dòng)空氣輸出減少來(lái)自壓縮機(jī)的壓力變化。圖4-3 壓縮機(jī)部件的類型4.2 壓縮機(jī)類型如圖4-4所示，共有兩種基本的壓縮機(jī)類型：正排量式和動(dòng)力式。對(duì)于正排量式壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，給定數(shù)量的空氣或氣體被捕獲到加壓室中，它們所占有的體積會(huì)機(jī)械地減少，從而導(dǎo)致在將它們排出前加壓室內(nèi)部的壓力會(huì)相應(yīng)的上升。在恒定排放速度的情況下，氣流在排放壓力變化方面將保持基本恒定。動(dòng)力壓縮機(jī)通過(guò)葉輪的高速旋轉(zhuǎn)來(lái)將速度能傳遞給持續(xù)流動(dòng)的空氣或氣體。速度能通過(guò)葉輪和排放蝸殼或擴(kuò)散器被轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芰?。?duì)于離心式動(dòng)力壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，葉輪片的形狀決定著氣流和所產(chǎn)生的壓力（或

5、壓頭）的關(guān)系。圖4-4 壓縮機(jī)類型4.2.1 正排量式壓縮機(jī)這些壓縮機(jī)有兩種類型：往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)式。4.2.1.1 往復(fù)式壓縮機(jī)工業(yè)上，往復(fù)式壓縮機(jī)是空氣和制冷壓縮工藝中應(yīng)用最為廣泛的壓縮機(jī)類型（見(jiàn)圖4-5）。它們根據(jù)自行車氣筒的原理運(yùn)行，具有在一定的排放壓力范圍內(nèi)氣流輸出幾乎保持不變的特點(diǎn)。同時(shí)，該種壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力與其速度正比。然而，該壓縮機(jī)的氣流輸出是以脈動(dòng)方式進(jìn)行的。圖4-5 往復(fù)式壓縮機(jī)的斷面圖往復(fù)式壓縮機(jī)有多種配置類型，其中最常用的四種類型為橫向式、縱向式、水平反向平衡式和串聯(lián)式?？v向式往復(fù)壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力范圍是50150 cfm，而水平反向平衡式壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力范圍則是200500

6、0 cfm，為多級(jí)設(shè)計(jì)，單級(jí)設(shè)計(jì)中的最高生產(chǎn)能力可達(dá)10,000 cfm。如果只使用活塞的一側(cè)來(lái)完成壓縮時(shí)，那么這種往復(fù)式空氣壓縮機(jī)就被認(rèn)為是單動(dòng)式往復(fù)壓縮機(jī)；如果使用活塞的兩側(cè)來(lái)完成壓縮時(shí)，那么這種空氣壓縮機(jī)則被認(rèn)為是雙動(dòng)式往復(fù)壓縮機(jī)。如果整個(gè)壓縮過(guò)程是通過(guò)單一氣缸或一組并列氣缸完成的，那么這種壓縮機(jī)就被認(rèn)為是單級(jí)式往復(fù)壓縮機(jī)。然而，許多具體應(yīng)用條件都超出了單一壓縮級(jí)的實(shí)際能力。而且，太大的壓縮比（絕對(duì)排放壓力/絕對(duì)進(jìn)氣壓力）可能會(huì)造成極端的排放溫度或其他一些設(shè)計(jì)問(wèn)題。因此，在高壓條件下通常應(yīng)用兩級(jí)壓縮機(jī)械，因?yàn)榕c單級(jí)機(jī)械的排放溫度（205到240）相比，這些機(jī)械具有較低的排放溫度的特點(diǎn)（1

7、40和160）。圖4-6 多級(jí)壓縮機(jī)視圖出于實(shí)用之目的，超過(guò)100馬力的、用于提供工廠用壓縮空氣的大部分往復(fù)式空氣壓縮機(jī)都被建為多級(jí)裝置，在這些裝置中兩個(gè)或更多的壓縮步驟被按照先后順序分類?？諝馔ǔ?huì)在這些級(jí)之間進(jìn)行冷卻，以便降低進(jìn)入下一級(jí)的空氣溫度和數(shù)量。往復(fù)式空氣壓縮機(jī)包括氣冷型和水冷型兩種，可以進(jìn)行潤(rùn)滑配置和非潤(rùn)滑配置，可以進(jìn)行整裝，還可以提供多種壓力和生產(chǎn)能力類型供選擇。4.2.1.2 旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)用轉(zhuǎn)子取代了活塞，從而進(jìn)行持續(xù)和自由的脈動(dòng)式氣流供應(yīng)。它們高速運(yùn)轉(zhuǎn)，通常能夠比往復(fù)式壓縮機(jī)提供更高的生產(chǎn)量。它們的資本成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕而且容易維護(hù)。為此，它們?cè)诠I(yè)上得到

8、了廣泛的應(yīng)用。其中，功率為30到200馬力或22或150 kW左右的旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的類型包括：n 凸輪式壓縮機(jī)（羅茨鼓風(fēng)機(jī)）n 螺桿式壓縮機(jī)（在旋轉(zhuǎn)螺桿處，陽(yáng)螺桿轉(zhuǎn)子和陰螺桿轉(zhuǎn)子以相反的方向運(yùn)動(dòng)并捕獲空氣，而空氣在向前運(yùn)動(dòng)的時(shí)候被壓縮，見(jiàn)圖7）n 葉輪式/滑片式、液環(huán)式和滾動(dòng)式壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)螺旋壓縮機(jī)包括氣冷型和水冷型兩種。由于冷卻直接在壓縮機(jī)內(nèi)部進(jìn)行，因此工作部件永遠(yuǎn)不會(huì)經(jīng)歷極端的運(yùn)行溫度。從這一點(diǎn)來(lái)講，旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)是一個(gè)可以連續(xù)運(yùn)行的、氣冷或水冷的壓縮機(jī)包。由于旋轉(zhuǎn)螺旋空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單和易損件較少，因此它易于維護(hù)、操作和安裝。旋轉(zhuǎn)式空氣壓縮機(jī)可以安裝在能夠支持其靜

9、止重量的任何表面。圖4-7 螺桿式壓縮機(jī)視圖4.2.2 動(dòng)力壓縮機(jī)離心式空氣壓縮機(jī)（見(jiàn)圖8）是一種動(dòng)力壓縮機(jī)，用于將來(lái)自旋轉(zhuǎn)葉輪的能量轉(zhuǎn)化為空氣。通過(guò)改變空氣的動(dòng)量和壓力，轉(zhuǎn)子能夠?qū)崿F(xiàn)這一轉(zhuǎn)化。通過(guò)降低靜止的擴(kuò)散器中的空氣流動(dòng)速度，就可以將這種動(dòng)量轉(zhuǎn)化為有效的壓力。離心式空氣壓縮機(jī)故意設(shè)計(jì)為無(wú)油壓縮機(jī)。通過(guò)軸密封和排氣口，油潤(rùn)滑行走機(jī)構(gòu)就與空氣分離開(kāi)來(lái)。離心式空氣壓縮機(jī)是一種連續(xù)運(yùn)行的、具有為數(shù)不多的活動(dòng)件的壓縮機(jī)，特別適合于需要大量壓縮空氣的情形尤其是需要無(wú)油空氣的場(chǎng)合。離心式空氣壓縮機(jī)屬于水冷型，可以進(jìn)行整裝典型的組裝裝置包括后置冷卻器和所有控制裝置。與往復(fù)式壓縮機(jī)相比，這些壓縮機(jī)具有明顯

10、不同的特點(diǎn)。在壓縮比上的很小的變化將會(huì)給壓縮機(jī)的產(chǎn)量和效率帶來(lái)顯著的變化。離心式壓縮機(jī)更加適合于要求非常高的生產(chǎn)能力通常高于12,000 cfm的應(yīng)用情形。圖4-8 離心式壓縮機(jī)視圖關(guān)于正確選擇不同類型的壓縮機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)參見(jiàn)下表。表4-1 壓縮機(jī)總體選擇標(biāo)準(zhǔn)表4-2 關(guān)于重要壓縮機(jī)類型的詳細(xì)比較4.3 壓縮機(jī)的評(píng)估和壓縮空氣系統(tǒng)4.3.1 壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力是指在總溫度和總壓力的條件下，全部額定的被壓縮和被輸出的氣體流速和壓縮機(jī)進(jìn)口處的主要成分。它有時(shí)表示實(shí)際流速，而不是額定流速。在這種情況，它也被稱為自由出氣量（FAD），即在任何特定場(chǎng)所和大氣條件下的空氣量。這一術(shù)語(yǔ)并不特指在完

11、全相同或標(biāo)準(zhǔn)條件下所輸出的空氣量，因?yàn)樵诓煌貐^(qū)和不同時(shí)間的情況下，海拔高度、氣壓和溫度都可能會(huì)發(fā)生改變。4.3.1.1 壓縮機(jī)生產(chǎn)能力的評(píng)估由于壓縮機(jī)的老化及其內(nèi)部元件的固有低效能，盡管對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行了較好的維護(hù)，所輸出的空氣量可能仍然會(huì)少于設(shè)計(jì)值。有時(shí)，諸如不良維護(hù)、污穢的換熱器和海拔影響等其他一些因素也會(huì)降低自由出氣量。此外，為了滿足對(duì)壓縮空氣的需求，效率低下的壓縮機(jī)可能也會(huì)不得不運(yùn)行更長(zhǎng)的時(shí)間，從而造成所消費(fèi)的電力要高出實(shí)際所需。電力的浪費(fèi)量取決于偏離FAD生產(chǎn)能力的百分比。例如，一個(gè)磨損的壓縮機(jī)閥可能會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力降低20%。因此，必須定期對(duì)每臺(tái)壓縮機(jī)的FAD生產(chǎn)能力進(jìn)行評(píng)估，

12、以便檢查其實(shí)際生產(chǎn)能力。如果以上偏離超過(guò)10%，那么就應(yīng)該采取矯正措施來(lái)消除這種偏離。對(duì)壓縮機(jī)生產(chǎn)能力進(jìn)行評(píng)估的理想方法是進(jìn)行管口試驗(yàn)，即使用校準(zhǔn)的管口作為負(fù)載來(lái)排出所產(chǎn)生的壓縮空氣。然后，根據(jù)空氣溫度、穩(wěn)定壓力和管口系數(shù)等因素來(lái)對(duì)氣流進(jìn)行評(píng)估。4.3.1.2 在工廠生產(chǎn)場(chǎng)地進(jìn)行壓縮機(jī)生產(chǎn)能力評(píng)估的簡(jiǎn)便方法n 通過(guò)緊緊關(guān)閉隔離閥或?qū)⑵淝袛?、從而關(guān)閉儲(chǔ)氣罐出口的方法，將用來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)的壓縮機(jī)及其儲(chǔ)氣罐與主要壓縮空氣系統(tǒng)進(jìn)行隔離。n 打開(kāi)排水閥，充分排出里面所有的水，然后清空儲(chǔ)氣罐和管道。一定要將脫水器管線再次緊緊關(guān)閉，以便開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn)。n 起動(dòng)壓縮機(jī)并激活記秒表。n 記錄從初始?jí)毫1達(dá)到正常操作

13、壓力P2（在儲(chǔ)氣罐中）所花費(fèi)的時(shí)間。n 按照以下（印度工業(yè)聯(lián)合會(huì)）所給出的公式計(jì)算壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力：n 實(shí)際排氣量：nn 其中：P2填充后的最終壓力（kg/cm2a）n P1慢慢地排出空氣后的初始?jí)毫Γ╧g/cm2a）n P0大氣壓力（kg/cm2a）n V包括儲(chǔ)氣罐、壓后冷卻器和輸出管道在內(nèi)的存儲(chǔ)量（m3）n T壓力達(dá)到P2時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間（分鐘）當(dāng)壓縮空氣的溫度與環(huán)境空氣溫度相同時(shí)，即在完全等溫壓縮的情況下，以上方程式將適用。如果實(shí)際壓縮空氣的排放溫度（假定為t2 ）高于環(huán)境空氣溫度（假定為t1 ）（通常情形），將使用(273 + t1) / (273 + t2)因數(shù)來(lái)改正FAD。4.3.2

14、 壓縮機(jī)的效率在通常情況下，使用以下幾種不同的方法來(lái)測(cè)量壓縮機(jī)的效率：體積效率、絕熱效率、等溫效率和機(jī)械效率。絕熱效率和等溫效率是通過(guò)將等溫或絕熱功率除以實(shí)際功率消耗的方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算的。所得到的數(shù)字表示壓縮機(jī)和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的總效率。4.3.2.1 等溫效率等溫效率 = 實(shí)際測(cè)量的輸入功率I等溫功率等溫功率（kW） = P1 x Q1 x loger/36.7式中 P1 = 絕對(duì)進(jìn)氣壓力kg/ cm2Q1 = 自由出氣量m3/hrr = 壓力比P2/P1等溫功率的計(jì)算結(jié)果不包括克服摩擦所需要的功率，它通常會(huì)給出一個(gè)低于絕熱效率的效率。所報(bào)告的效率值通常就是等溫效率。在根據(jù)報(bào)告的效率值選擇壓縮機(jī)時(shí)，這

15、是一個(gè)重要的考慮因素。4.3.2.2 體積效率壓縮機(jī)排量 = x D2/4 x L x S x x n式中 D = 氣缸內(nèi)徑（米）L = 氣缸沖程（米）S = 壓縮機(jī)速度（每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)rpm） = 1代表單動(dòng)式氣缸2代表雙動(dòng)式氣缸n = 氣缸數(shù)目在實(shí)際應(yīng)用中，比較壓縮機(jī)效率的最有效指標(biāo)就是比功率消耗，即提供同一功率的不同壓縮機(jī)的kW/體積流率。4.3.3 壓縮空氣系統(tǒng)中配電損失的性能評(píng)估4.3.3.1泄露可以設(shè)定及相關(guān)結(jié)果分配管和調(diào)節(jié)器系統(tǒng)將壓縮空氣從中心壓縮機(jī)廠輸送到加工區(qū)域。本系統(tǒng)包括各種隔離閥、疏水器、中間存儲(chǔ)器和防止暴露到戶外的管線冷凝或凍結(jié)的管子熱量示蹤器。通常情況下，分配過(guò)程中的壓力

16、損失將由壓縮機(jī)排放出的高壓空氣予以補(bǔ)償。在預(yù)定用氣點(diǎn)，配有最終隔離閥、過(guò)濾器和調(diào)節(jié)器的進(jìn)料管將壓縮空氣傳送到提供加工或氣動(dòng)工具的膠管。泄露可能是工業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)中能源浪費(fèi)的一個(gè)重要來(lái)源，有時(shí)這種浪費(fèi)可能高達(dá)壓縮機(jī)產(chǎn)量的20-30%。典型的管理不善的工廠的泄漏率將可能達(dá)到總壓縮空氣生產(chǎn)能力的20%。另一方面，事先有效地進(jìn)行泄露檢查和修理能夠?qū)⑿孤┞式档偷綁嚎s機(jī)產(chǎn)量的10%以下。泄漏除了會(huì)造成能源浪費(fèi)以外，還可能會(huì)導(dǎo)致其它一些運(yùn)行損失。泄露會(huì)造成系統(tǒng)壓力的下降，從而使得氣動(dòng)工具的功能不能有效發(fā)揮，繼而給生產(chǎn)帶來(lái)了不利的影響。此外，泄漏會(huì)迫使設(shè)備運(yùn)行更長(zhǎng)的時(shí)間，從而會(huì)縮短幾乎所有系統(tǒng)設(shè)備（包括壓縮機(jī)

17、成套機(jī)組本身）的使用壽命。增加的運(yùn)行時(shí)間還可能導(dǎo)致額外的維護(hù)要求和意外停工時(shí)間延長(zhǎng)。最后，泄露還會(huì)導(dǎo)致增加不必要的壓縮機(jī)生產(chǎn)能力。泄露可能會(huì)來(lái)自壓縮空氣系統(tǒng)的任何部分，其中最常出現(xiàn)泄露問(wèn)題的區(qū)域包括：n 連接器、膠管和配件n 調(diào)壓器n 開(kāi)放式冷凝水隔汽具和截止閥n 管子接頭、分離件和螺紋密封膠。泄露率是非控制系統(tǒng)中供給壓力的一個(gè)函數(shù)，并隨著系統(tǒng)壓力的增加而增加。泄漏率的單位是立方尺/每分鐘（cfm），它還與管口直徑的平方數(shù)成比例。請(qǐng)參見(jiàn)下表。表4-3 不同供給壓力和管口尺寸的泄漏率4.3.2.2 確定泄露量對(duì)于配有起動(dòng)/停止或裝載/卸載控制裝置的壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，有一種很容易的評(píng)估系統(tǒng)泄露量的方法。

18、在不需要壓縮空氣系統(tǒng)（如果所有裝置都為氣動(dòng)裝置，應(yīng)該關(guān)掉端點(diǎn)使用設(shè)備）的情況下，這種方法涉及到起動(dòng)壓縮機(jī)。進(jìn)行多次測(cè)量，以便確定裝載和卸載壓縮機(jī)需要花費(fèi)的平均時(shí)間。由于空氣從泄漏處漏掉將會(huì)使壓力下降，從而造成壓縮機(jī)間斷地循環(huán)運(yùn)行，因此必須對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行裝載和卸載操作?？偮p率（百分比）可以通過(guò)以下方法進(jìn)行計(jì)算：漏損率（%）=（T x 100）/（T + t）式中：T=裝載時(shí)間（分鐘）t=卸載時(shí)間（分鐘）漏損率將以所損失的壓縮機(jī)生產(chǎn)能力的百分比來(lái)表示。該漏損百分比應(yīng)該低 于維護(hù)良好的系統(tǒng)的10%。如果系統(tǒng)維護(hù)不良，那么漏損的空氣量和功率可能會(huì)高達(dá)20-30%。4.3.3.3 在工廠生產(chǎn)場(chǎng)地確定泄漏

19、量的簡(jiǎn)便方法的步驟在工廠生產(chǎn)場(chǎng)地簡(jiǎn)便測(cè)量壓縮空氣系統(tǒng)的“泄漏量”的方法如下：n 切斷正在運(yùn)行的壓縮空氣設(shè)備的電源（或者，在沒(méi)有設(shè)備使用壓縮空氣時(shí)，對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)）。n 運(yùn)行壓縮機(jī)，以便向系統(tǒng)填充壓縮空氣，并確定操作壓力。n 記錄后來(lái)進(jìn)行壓縮機(jī)“裝載”和“卸載”循環(huán)所花費(fèi)的時(shí)間。為了使該時(shí)間更加準(zhǔn)確，記錄連續(xù)進(jìn)行810個(gè)“裝載”和“卸載”循環(huán)所花費(fèi)的時(shí)間。然后，計(jì)算總的“裝載”時(shí)間（T）和總的“卸載”時(shí)間（t）。n 使用上述表達(dá)式計(jì)算系統(tǒng)的泄露量。如果Q是試驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)際自由供氣量（m3/分鐘），那么系統(tǒng)的泄露量（m3/分鐘）則是：系統(tǒng)泄漏量（m3/分鐘） = Q T / (T + t)例子

20、在一個(gè)加工工業(yè)的泄漏試驗(yàn)過(guò)程中，觀測(cè)到了以下結(jié)果：壓縮機(jī)生產(chǎn)能力（m3 /分鐘）= 35接入壓力，kg/cm2= 6.8斷開(kāi)壓力，kg/cm2= 7.5已裝載 kW= 188 kW已卸載 kW= 54 kW平均“裝載”時(shí)間=1.5 分鐘平均“卸載”時(shí)間= 10.5 分鐘泄漏量 = (1.5)/(1.5+10.5) x 35 = 4.375 m3/分鐘4.4 提高能源效率的機(jī)會(huì)4.4.1 壓縮機(jī)的位置空氣壓縮機(jī)的位置及其吸入空氣的質(zhì)量將對(duì)能源的消耗量產(chǎn)生重要的影響。如果吸入的空氣涼爽、清潔和干燥的話，那么作為呼吸機(jī)的壓縮機(jī)的性能將會(huì)有所改善。4.4.2 進(jìn)氣溫度吸入空氣對(duì)于壓縮機(jī)性能的影響不容低

21、估。吸入被污染的空氣或熱的空氣將會(huì)削弱壓縮機(jī)的性能，并產(chǎn)生額外的能源和維護(hù)成本。如果吸入的空氣中含有水分、灰塵或其它污染物，這些污染物將會(huì)堵塞壓縮機(jī)的內(nèi)部元件，例如閥、葉輪、轉(zhuǎn)子和葉片等。這種堵塞將會(huì)造成元件的過(guò)早磨損，從而降低壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力。壓縮機(jī)由于連續(xù)運(yùn)行將會(huì)產(chǎn)生熱量。這些熱量將散失到壓縮機(jī)的小室/隔腔內(nèi)，從而導(dǎo)致進(jìn)氣變熱，并進(jìn)一步導(dǎo)致體積效率降低和功率消耗增加。作為一般規(guī)則，“吸入空氣的溫度每升高4將會(huì)導(dǎo)致多消耗1%的能源才能達(dá)到同等的產(chǎn)量”。因此，吸入涼爽的空氣將會(huì)提高壓縮機(jī)的能源性能系數(shù)（見(jiàn)表4-4）表4-4 吸入空氣溫度對(duì)壓縮機(jī)功率消耗的影響如果將進(jìn)氣過(guò)濾器安裝在壓縮機(jī)處，環(huán)境

22、溫度應(yīng)該保持在最低值，以便防止質(zhì)量流的減少。這可以通過(guò)在室外或建筑物外設(shè)置進(jìn)入管的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)進(jìn)氣過(guò)濾器被安裝在建筑物外面，尤其是安裝在屋頂?shù)那闆r下，應(yīng)該考慮環(huán)境因素的影響。4.4.3 空氣過(guò)濾器里的壓降壓縮機(jī)的進(jìn)氣過(guò)濾器應(yīng)該安裝在清潔和涼爽的位置，或者將來(lái)自清潔和涼爽地點(diǎn)的空氣先行經(jīng)過(guò)它的過(guò)濾。壓縮機(jī)制造商通常提供或建議用于保護(hù)壓縮機(jī)的進(jìn)氣過(guò)濾器的特定等級(jí)。壓縮機(jī)進(jìn)口的過(guò)濾效果越好，對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行維護(hù)的程度就越低。然而，整個(gè)進(jìn)氣過(guò)濾器的壓降應(yīng)該保持在最低值（通過(guò)調(diào)整過(guò)濾器尺寸和對(duì)它進(jìn)行維護(hù)），以便防止節(jié)流效果的發(fā)生和壓縮機(jī)生產(chǎn)能力的下降。壓差計(jì)是監(jiān)測(cè)進(jìn)氣過(guò)濾器狀況的最好工具之一。整個(gè)新的進(jìn)氣

23、過(guò)濾器的壓降不應(yīng)該超過(guò)3磅/平方英寸（psi）。表4-5顯示了空氣過(guò)濾器壓降對(duì)于功率消耗的影響。表4-5 空氣過(guò)濾器壓降對(duì)功率消耗的影響作為一般規(guī)則，“由于過(guò)濾器阻塞等原因使得吸入路徑每增加250 mm WC的壓降，將會(huì)使得壓縮機(jī)的功率消耗增加2%左右才能達(dá)到同樣的產(chǎn)量”。因此，應(yīng)該定期清理進(jìn)氣過(guò)濾器，以便將壓降降到最低水平?？梢葬槍?duì)過(guò)濾器使用壓力計(jì)或差壓表，以便監(jiān)測(cè)壓降情況，從而制定過(guò)濾器清潔時(shí)間表。4.4.4 高程高程將會(huì)對(duì)壓縮機(jī)的體積效率產(chǎn)生直接的影響。高程對(duì)于體積效率的影響如表4-6所示。顯然，要想達(dá)到某一特定輸出壓力，由于壓縮比的增加，位于較高海拔的壓縮機(jī)將比位于海平面的壓縮機(jī)消耗更

24、多的功率。表4-6 海拔對(duì)于壓縮機(jī)體積效率的影響4.4.5 中間冷卻器和后冷卻器大部分多級(jí)壓縮機(jī)都使用中間冷卻器。該冷卻器是一種換熱器，用以清除壓縮級(jí)之間的壓縮熱。中間冷卻將會(huì)影響壓縮機(jī)的總效率。由于機(jī)械能被施加于壓縮氣中，因此壓縮氣的溫度就會(huì)升高。后冷卻器在壓縮的最后階段之后進(jìn)行安裝，以便降低空氣溫度。隨著空氣溫度的降低，空氣中的水汽就會(huì)凝結(jié)、分離、收集和排離壓縮系統(tǒng)。來(lái)自中間冷卻的壓縮機(jī)的大部分冷凝液都會(huì)進(jìn)入中間冷卻器，殘余部分則進(jìn)入后冷卻器。除了向熱惰性操作供應(yīng)加工空氣的系統(tǒng)外，幾乎所有的工業(yè)系統(tǒng)都需要進(jìn)行后冷卻。在一些系統(tǒng)中，后冷卻器是壓縮機(jī)成套機(jī)組的一個(gè)必要組成部分，而在其它系統(tǒng)中，

25、后冷卻器則是一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備件。還有一些系統(tǒng)則配有兩個(gè)后冷卻器。理想的情形是，多級(jí)機(jī)器的每級(jí)進(jìn)口處的空氣溫度都應(yīng)該與它在第一級(jí)的溫度相同。這種情形被稱為“理想冷卻”或等溫壓縮。但是在實(shí)際操作過(guò)程中，后續(xù)階段的進(jìn)口空氣溫度將會(huì)高出正常水平，使得為了達(dá)到同樣的生產(chǎn)量而不得不處理更多的空氣，從而造成更高的功率消耗（見(jiàn)表4-7）。表4-7 關(guān)于中間冷卻對(duì)于壓縮機(jī)功率消耗的影響使用較低溫度的水可以降低能量比耗。然而，如果冷卻水的溫度非常低的話，可能會(huì)導(dǎo)致空氣中的水分冷凝，而如果不及時(shí)消除這些冷凝水分，它們將會(huì)導(dǎo)致氣缸的損害。類似地，如果后冷卻器中的冷卻效力不充分（由于污垢和結(jié)垢等原因），將會(huì)使得溫暖而潮濕

26、的空氣進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，從而造成儲(chǔ)氣罐和分配線路中凝結(jié)更多的水分，最終會(huì)導(dǎo)致管道和端點(diǎn)使用設(shè)備的腐蝕增加以及發(fā)生壓降和泄漏等問(wèn)題。因此，定期對(duì)中間冷卻器和后冷卻器進(jìn)行清洗和保證適當(dāng)溫度下的充分流轉(zhuǎn)對(duì)于取得預(yù)期的性能非常必要。4.4.6 壓力的設(shè)定在達(dá)到同樣生產(chǎn)能力的情況下，處于較高壓力下的壓縮機(jī)將會(huì)消耗更多的功率。因 此，不應(yīng)該在高于壓縮機(jī)最佳操作壓力的條件下對(duì)其進(jìn)行操作，因?yàn)檫@樣做不僅會(huì)浪費(fèi)能量，而且還會(huì)導(dǎo)致過(guò)度磨損，并繼而導(dǎo)致更多的能源浪費(fèi)。在較高輸送壓力的情況下，壓縮機(jī)的體積效率也會(huì)降低。4.4.6.1 降低輸送壓力應(yīng)該通過(guò)仔細(xì)研究各個(gè)設(shè)備的壓力要求和壓縮空氣產(chǎn)生點(diǎn)和利用點(diǎn)之間線路的壓降，來(lái)探

27、究降低（優(yōu)化）輸送壓力設(shè)置的可能性。通過(guò)減壓而節(jié)約功率的典型做法如表4-8所 示。如果一個(gè)用氣點(diǎn)或少數(shù)用氣設(shè)備要求采用比工廠其它壓力高的壓力，可以考慮將這些 操作放置到其自己的系統(tǒng)上或者在該用氣點(diǎn)增加升壓器成套機(jī)組，從而保持較大的系統(tǒng)仍 然在較低壓力的狀況下運(yùn)行。壓縮空氣系統(tǒng)的運(yùn)行將會(huì)對(duì)壓縮空氣的成本產(chǎn)生輕微的影 響。例如，在120 PSIG（非100 PSIG）的狀況下操作壓縮機(jī)將需要多消耗10%的能源，同 時(shí)還會(huì)增加漏失率。因此，應(yīng)該盡最大努力將系統(tǒng)和壓縮機(jī)的壓力降到最可能低的設(shè)定值。表4-8 降低輸出壓力對(duì)于壓縮機(jī)功率因素的影響4.4.6.2 通過(guò)最佳壓力設(shè)定進(jìn)行壓縮機(jī)調(diào)節(jié)工業(yè)上，經(jīng)常出

28、現(xiàn)將不同類型、生產(chǎn)能力和構(gòu)造的壓縮機(jī)與普通的配氣網(wǎng)絡(luò)相連接的情形。在這些情況下，適當(dāng)?shù)剡x擇正確的壓縮機(jī)組合以及將不同的壓縮機(jī)進(jìn)行最佳調(diào)節(jié)將會(huì)節(jié)約能源。當(dāng)兩臺(tái)以上的壓縮機(jī)為一個(gè)普通的聯(lián)箱供氣時(shí)，應(yīng)該以使產(chǎn)生壓縮空氣的成本最低的方式來(lái)操作這些壓縮機(jī)。n 如果所有的壓縮機(jī)都類似，那么可以對(duì)壓力設(shè)置進(jìn)行如下調(diào)整，即：只讓一臺(tái)壓縮機(jī)處理荷載變化，而其它壓縮機(jī)則或多或少地進(jìn)行滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。n 如果這些壓縮機(jī)具有不同的尺寸，那么應(yīng)該對(duì)壓力開(kāi)關(guān)進(jìn)行這樣的設(shè)置，即：只允許最小的壓縮機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)（改變流速）。n 如果不同類型的壓縮機(jī)在一起運(yùn)作的話，空載功率將會(huì)非常重要。必須對(duì)具有最低無(wú)載功率的壓縮機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。n 在一

29、般情況下，應(yīng)該調(diào)節(jié)較低部分負(fù)載功率消耗的壓縮機(jī)。n 在不同的壓力并使節(jié)能裝置滿足大部分需求的情況下，可以根據(jù)壓縮機(jī)的能量比耗對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行分級(jí)。n4.4.6.3 分離高壓和低壓的要求如果低壓空氣要求相當(dāng)多的話，應(yīng)該單獨(dú)生成低壓和高壓空氣，并分別為相應(yīng)部分供氣，而不是通過(guò)始終浪費(fèi)能源的減壓閥降低壓力。4.4.6.4 分配線路中最低壓降的設(shè)計(jì)壓降是一個(gè)用來(lái)描述由于壓縮機(jī)向?qū)嶋H用氣點(diǎn)排放空氣而使其內(nèi)部空氣壓力下降的特性的術(shù)語(yǔ)。當(dāng)壓縮空氣經(jīng)過(guò)處理和分配系統(tǒng)時(shí)，就會(huì)發(fā)生壓降現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的壓力損失應(yīng)該遠(yuǎn)低于從接收箱輸出到用氣點(diǎn)所測(cè)量的壓縮機(jī)排放壓力的10%。管道越長(zhǎng)、它的直徑越小，摩擦損失就越大

30、。為了有效地降低壓降，可以使用具有雙向流程的環(huán)路系統(tǒng)。此外，由于腐蝕和系統(tǒng)元件本身所造成的壓降也是一個(gè)重要的問(wèn)題。由于管道尺寸不適宜、過(guò)濾器濾芯阻塞以及連接器和膠管的尺寸不適宜所造成的過(guò)度壓降將會(huì)造成能源浪費(fèi)。圖9就說(shuō)明了由于管道直徑偏小而造成的這種能源浪費(fèi)情形。工業(yè)實(shí)踐中，典型的、可以接受的壓降在主要聯(lián)箱的最遠(yuǎn)點(diǎn)是0.3巴，而在分配系統(tǒng)中則是0.5巴。表4-9 在不同管徑的壓縮空氣線路中的典型壓降4.4.7 將漏失量降到最低正如上文所說(shuō)明的，壓縮空氣泄漏是發(fā)生功率大量浪費(fèi)的重要原因。由于幾乎不可能看見(jiàn)空氣泄漏，因此必須使用其它方法來(lái)確定泄漏是否發(fā)生。檢測(cè)泄漏的最好方法就是使用超聲波聲音檢波器

31、（見(jiàn)圖4-9），通過(guò)這種儀器可以確認(rèn)與空氣泄漏有關(guān)的高頻率嘶嘶聲。超聲波檢漏可能是應(yīng)用最為廣泛的泄漏檢測(cè)形式。它非常容易適合各種泄漏檢測(cè)情形。泄漏最容易在連接處和接合點(diǎn)發(fā)生。阻止泄漏可能會(huì)很簡(jiǎn)單，例如：只要擰緊連接件就可以了；也可能會(huì)很復(fù)雜，例如：需要更換有缺陷的器件，包括連接件、配件、管段、膠管、接合件、排放口和疏水器等。在許多情況下，泄露是由于未能清洗螺紋或者不良或不正確地使用羅紋密封膠造成的。因此，應(yīng)該選擇優(yōu)質(zhì)配件、分離件、膠管和管材，并使用適當(dāng)?shù)穆菁y密封膠來(lái)安裝它們，以便防止將來(lái)發(fā)生泄漏。圖4-9 超聲波檢漏氣4.4.8 清除冷凝液當(dāng)壓縮空氣離開(kāi)壓縮室以后，壓縮機(jī)的后冷卻器就會(huì)將排出空

32、氣的溫度完全降低到露點(diǎn)（大部分環(huán)境條件），因此將會(huì)在這里凝結(jié)大量的水汽。為了消除這些冷凝汽，大多數(shù)配有內(nèi)置后冷卻器的壓縮機(jī)都裝設(shè)有組合冷凝液分離器/疏水器。在類似于以上情形的條件下，應(yīng)該在壓縮機(jī)排放物附近安裝隔離閥。同時(shí)，應(yīng)該將排水管道連接到基部的冷凝排水管里。該排水管道必須從基部向下傾斜，以便于其正確工作。如果下游管道進(jìn)一步冷卻空氣的話，那么還可能發(fā)生額外的冷凝現(xiàn)象，因此應(yīng)該在管道系統(tǒng)的低點(diǎn)處提供滴水器和疏水器。此外，排放管道與壓縮機(jī)附件的排放連接件保持同樣的尺寸也非常重要。所有的管道和配件都必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)卦u(píng)定，以便適合于排放壓力。仔細(xì)檢查壓縮機(jī)接點(diǎn)的管道尺寸至關(guān)重要。必須認(rèn)真考慮、選擇管子的長(zhǎng)度、尺寸以及配件和閥的數(shù)量和類型，以便使壓縮機(jī)獲得最佳效率。4.4.9 控制壓縮空氣的使用由于已經(jīng)可以擁有了壓縮空氣系統(tǒng)，工廠工程師可能會(huì)很想使用壓縮空氣來(lái)為一些低壓應(yīng)用供氣，例如攪拌、氣動(dòng)輸送或燃燒空氣。使用設(shè)計(jì)用于低壓操作的鼓風(fēng)機(jī)所花費(fèi)的成本將只是產(chǎn)生壓縮空氣所需能源和成本的一小部分。4.4.10 壓縮機(jī)控制裝置如果在遠(yuǎn)低于空氣壓縮機(jī)額定cfm（立方尺/每分鐘）產(chǎn)量的情況下對(duì)其進(jìn)行操作，它將會(huì)失去效力。為了避免在不需要的時(shí)候額外使用空氣壓縮機(jī)，可以安裝一個(gè)控制器，以便根據(jù)需要自動(dòng)啟動(dòng)和停止壓縮機(jī)。同時(shí)，如果將壓縮空氣系統(tǒng)的壓力保持在盡可能低的水平，將