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直连往复活塞式空压机的效率问题浅析

    【压缩机网】一、引言
 
  我国在1986年,国务院就颁布了《节约能源管理暂行条例》和《中国技术政策·能源》蓝皮书,要求把节约能源作为在国民经济调整时期挖潜、革新、改造的重点来抓,并提出了切实加强节能研究,开发和推广节能新技术、新工艺、新设备和新材料,加速节能技术改造,调整高耗能工业产品结构,降低能源工业自耗能比重等一系列技术政策。对于空压机而言,同样也是任重而道远的。国家也像对待家用电器一样,制定了相应的能效等级标准。
 
  本文为大家介绍一下直联往复活塞式空压机这类产品的能量消耗模式和类别,以及此类产品的能效考核指标,不达标时的原因分析和改进提高措施。让大家正确和客观的应对直联往复活塞式空压机的能效问题。
 
  二、效率的通俗含义
 
  空压机能效等级现行的标准为GB19153-2009,在这个标准里面可以根据电机的功率,排气的压力以及冷却方式等,对应得出空压机的效率指数。
 
  效率(efficiency)是指有用功率对驱动功率的比值。效率是指在给定投入和技术等条件下,最有效地使用资源以满足设定的愿望和需要的评价方式。它所表达的是人类使用最有效地社会资源以满足自身需求的愿望。
 
  以上是按照宽泛意义来说的,是能源利用效率的一种简称。空压机的效率同容积效率、压缩效率和机械效率一样,也是一种效率。但它表述的,是一种实际能量的消耗,没有理论数值的参与。
 
  现在我们从直接的经济消耗的角度来解析一下空压机的生命周期成本。空压机的生命成本由三部分组成:一是初始的购机费用;二是日常运行费用,就是电费;三是维修保养费用。通常情况下,初始购机费用和后期的维护保养费用只占总投资的很少一部分,日常的运行电费才是主要的花销。并且用户要支付的电费还不是整台机器的输出功耗,而是整台机器的输入功耗,即该台机器的总输入能耗。所以用户在购买空压机时,要多了解一下空压机的比功率,好的空压机价格是比某些便宜品牌的空压机要贵,但是省下来的电费,基本一年就可以收回差额了。一台空压机少说也得用个十年、八年,这笔账应该要算长远了。虽然,大家在设计的时候会通过各种手段来提高空压机的效率,但是有些措施要额外追加成本的。
 
  三、空压机效率的影响因素
 
  参照现行的标准《GB19153容积式空气压缩机能效限定值及能效等级》,我们需要先为大家引入一下比功率这个概念。空压机的比功率是指压缩机压缩单位实际容积流量气体所消耗的总输入功率。空压机比功率是评价在压缩相同气体、相同排气压力下的压缩机性能的一种指标,也是评价压缩机能效的重要指标。压缩机比功率越小,说明压缩机能量利用的效率就越高,单位功耗就越低。
 
  比功率 = 输入功率P÷容积流量Q
 
  单位:  kW/(m3/min)
 
  容积流量在中国又被称为排气量或铭牌流量,通俗的讲指在所要求的排气压力下,空压机单位时间内排出的气体容积。按国家标准,空压机的实际排气量为标称流量±5% 公差范围均为合格。容积流量是一台空压机的出厂标定流量,即m3/min。投入生产以后,随着机器的长期使用,不可避免的会有机械磨损,流量数值会呈下降趋势。建议按照维修保养手册,定期更换易损件,以恢复容积流量。
 
  输入功率和容积流量一般都是直接写在机器的铭牌上的。输入功率是通过常用的功率测试仪器(图1)直接读数出来的,容积流量也是通过常用的流量测试仪器(图2)测试读数出来的,所以这两个数值都是在一定的排气压力下的实测值。
直连往复活塞式空压机的效率问题浅析

直连往复活塞式空压机的效率问题浅析
 
  四、效率不达标空压机的常用整改措施
 
  空压机效率不达标的现象分两种情况,第一种是设计初期在进行样机测试的时候,第二种是空压机使用了一段时间之后出现的。要解决效率不达标的问题,就要降低比功率的数值,根据上面比功率的计算公式得出:要么保持输入功率不变,提高容积流量;要么保持容积流量不变,降低功率消耗。但大多情况下,我们都是在保持输入功率不变的前提下,想办法提高容积流量,来降低比功率数值,提高能源的利用效率。下面我们就针对上述两种效率不达标的情况,分别作出原因分析和整改措施的制定。
 
  第一种情况:在设计初期进行样机测试的时候出现比功率数值不达标。这种情况一般表现为设计的理论排气量和样机实测(在7公斤时)排气量之间有差异。一般是由于参与压缩气体的零件的加工误差、设计累计公差、装配精度等原因所导致的。所以,在设计的时候一定要预留足够的系数,来保证实测的样机比功率数值达标。另外,这里需要给大家介绍一下,理论排气量的简易计算公式,因为下面我们所制定的提升排气量的措施,大都是基于这个公式推导出来的。
 
直连往复活塞式空压机的效率问题浅析
 
  解决措施为:
 
  1)减小连杆顶面与板之间的余隙,提高压缩气体的效率。
 
  2)加大曲轴的偏心距,提高压缩气体的体量。
 
  3)改善电机特性,提高电机的转速,提高压缩气体的速度。
 
  4)保持曲轴的偏心距不变,增大气缸的直径,提高压缩气体的体量。
 
  以上几种措施都是可以有效提高样机实测排气量的方式,其中第1种措施操作最为简单方便。
 
  除了以上几种方式还有开源的方法,以及另外一种节流的措施,也就是提高空压机自身的密封性,这个密封性包括多个环节、多个位置。在《小型直连往复活塞式全无油空压机的优化设计》一文中有提到多种的优化设计措施,它们都是从节能、减排、提效的角度来剖析的。例如:1、合理的选择缸体和活塞环的材质,是为了提高二者的寿命和打气效率,减少生命周期过程中的气体内泄漏,能量损耗。2、合理的板和连杆结构形式,也是为了提高二者的寿命和打气效率,减少生命周期过程中的气体内泄漏,能量损耗。3、采用合理的冷却措施,是为了降低气体的热膨胀系数,提高气体的压缩效率。4、不光要设计的好,零件的加工和装配也要满足精度要求,才能充分的发挥空压机利用能源的能力。
 
  第二种情况:在空压机使用了一段时间之后出现比功率数值不达标。这种情况的原因就比较多,比较复杂了,一般常见的原因和解决措施如下表3所示。
 
  “维护保养不及时”是空压机出现比功率数值不达标的主要因素。常言道:“三分使用,七分保养”,可见后期的维护保养是非常重要的。至于其他的不良因素,只要购买的是正规厂家的空压机,出现的几率相对还是会低一些的。
 
直连往复活塞式空压机的效率问题浅析
 
  五、结语
 
  综上所述,大家应该对于直联往复活塞式空压机的效率问题有了进一步的认知,对于比功率的计算有了一定的掌握,对于影响比功率数值的常见原因和解决措施也有了一定的了解。
 
  但是,希望大家不要忘记了国家制定这个标准的初衷,那就是合理利用资源,提高能源的利用率。
 
  参考文献
 
  [1]成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社.2007
  [2]陆宁.机械原理[M].机械工业出版社.1997
  [3]JB/T 8934-1999.直联便携式往复活塞空压机[S].1999
  [4]疏仁扬.空气湿度对空压机排气量计算的影响[J].压缩机技术.1975(04) [5]温彩霞.空压机排气量测量结果的不确定度分析[J].压缩机技术.2012(03) [6]金巍.空压机排气量与所需电机功率速算法[J].压缩机技术.2002(01)
  [7]宋健,洪伟荣,吴荣仁.活塞式压缩机排气量的全量程无级调节[J].机械工程师.2006(09)
 
  作者简介
  吴广忠(1980.04--),男,大学本科(工学学士),毕业于青岛科技大学,中级工程师,研究方向:空气压缩机。

来源:本站原创

标签: 空压机活塞效率  

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