【壓縮機網(wǎng)】摘要：現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)和高品質(zhì)生活都離不開壓縮空氣，空壓機作為壓縮空氣的搬運工，對于各行各業(yè)的使用者來說非常重要。談?wù)?a href="http://gadgetero.net" target="_blank" class="keylink">空壓機都離不開三大性能參數(shù)：壓力、流量（排氣量）、功率的表現(xiàn)。由于空壓機是耗能大戶，且其廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，空壓機的降耗增效意義非常重大，得到了業(yè)內(nèi)及客戶一致認可。筆者通過《帶您發(fā)現(xiàn)壓縮空氣節(jié)能秘密》的十個章節(jié)從設(shè)計、制造、使用和服務(wù)（售前、中、后）來闡述壓縮空氣節(jié)能秘密，希望大家有所收獲。本文從空壓機的比功率定義入手，帶大家了解哪些因素會影響到空壓機比功率值。

　　文/梁柳生

　　一、空壓機的比功率定義

　　“比功率”是我們空壓機銷售人員通常的銷售俗語，如果在正式的標書和空壓機驗收單（或機器銘牌）上應(yīng)該用標準的術(shù)語：“機組輸入比功率”，簡稱：SER。（見圖1）

　　在客戶需要使用壓縮空氣的時候，對于壓縮空氣系統(tǒng)的選型有九個步驟，第九步是選擇系統(tǒng)節(jié)能。（見圖2）

　　空壓機是壓縮空氣產(chǎn)生的源頭且能耗最大，因此空壓機的節(jié)能效果決定了客戶使用壓縮空氣時能否實現(xiàn)對節(jié)能的美好愿望。

　　空壓機的“機組輸入比功率”值是國家重點工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管內(nèi)容，屬于國家強制標準和監(jiān)督的范疇（見圖3）。在空壓機市場中，無論是標書、合同、樣本及機器銘牌，都必須標注“機組輸入比功率”值且需達到標準值。

　　在GB19153-2019 《容積式壓縮機能效限定值及能效等級》規(guī)范了“機組輸入比功率”這個術(shù)語。（圖4）

　　“機組輸入比功率”在規(guī)定工況下，空壓機組的輸入功率與空壓機實際容積流量之比值，單位為千瓦分每立方米[kW／(m³／min)]。。

　　計算公式如下：

　　空氣壓縮機機組比功率（SER）：

　　evc(kW/(m³/min))=K14*Pcorr/qv.corr—式(1)

　　組比功率吸氣溫度修正系數(shù)：

　　K14= Tk/293.2 ——式(2)

　　從標準公式描述，可以看見:

　?、倏諌簷C的機組吸氣溫度，功率和容積流量是決定比功率大還是小的主要因數(shù)；

　?、谝肟諌簷C比功率小，那么吸氣溫度低，輸入功率越小越好，容積流量越大越好；

　?、墼跇藴手?，機組輸入比功率規(guī)定值及能效等級按規(guī)定工況就是采用標準狀態(tài)為壓力P=101.325KPa，標準溫度T=20℃，相對濕度為0%時的“標準工況”下運行測量值按式(1)計算結(jié)果。

　　因此，在空壓機的設(shè)計、制造、銷售和使用驗收過程中，我們都以“標準工況”為依據(jù)來標定空壓機的“機組輸入比功率”。這就是我們看到的樣本宣傳、標書方案及機器銘牌的數(shù)值。

　　雖然說空壓機是通用設(shè)備，但由于制造和使用過程的差異，其表現(xiàn)卻不一樣。即使是同一廠家，同一型號，同一天制造的產(chǎn)品都會有差異。到底什么因素會影響到空壓機的“機組輸入比功率”呢？見圖5。

　　二、什么因素會影響到空壓機的機組輸入比功率？

　　1.機組吸氣溫度的影響

　　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。首先分析空壓機的吸氣溫度差異對空壓機機組輸入比功率的影響。

　　圖6的橫坐標為吸氣溫度，紅色曲線為SER。當(dāng)吸氣溫度增加時，SER曲線也同步增加。

　　由式(1)和式(2)可以看出，當(dāng)吸氣溫度=20℃時候（標準工況），K14=1，SER沒有影響。但吸氣溫度≠20℃，則K14≠1，SER值就會隨吸氣溫度增減而增減。圖7揭示了吸氣溫度為20℃和30℃時，空壓機機組比功率的變化率。

　　通常將吸氣溫度變化（相比標準工況20℃）分兩種情況：1. 機房的環(huán)境溫度變化；2. 主機吸氣口溫度變化。無論是哪種情況，就國內(nèi)空壓機使用情況來看，特別是長江以南地區(qū)，大多數(shù)時間空壓機的吸氣溫度都會大于20℃。由圖7可以看出，如果在空壓機的制造（吸氣溫度差值=吸氣口溫度-環(huán)境溫度）和使用（吸氣溫度差值=機房溫度-環(huán)境溫度）過程中，能夠盡量減少吸氣溫度差值的上升，就可以降低SER值1～5%。在第7章《壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能誤區(qū)》和第1章《什么因素會影響到流量？》有詳細介紹，這里就不展開討論了。

　　舉例1：某用戶空壓機房升級改造（見圖8上圖），空壓機設(shè)備不變，按空壓機站規(guī)范將導(dǎo)風(fēng)裝置和換氣系統(tǒng)升級，使得空壓機站房溫度降低5℃（假如改造前是40℃）：

　　機組比功率吸氣溫度修正系數(shù)變化：

　　機組容積流量變化：

　　qv后/qv前=313.2/308.2=101.6%

　　空氣壓縮機機組比功率（SER）變化：

　　evc后/evc前=99.2%/101.6%=97.6%

　　空壓機的比功率值可以下降2.4%！

　　舉例2：某品牌空壓機技術(shù)部在空壓機性能測試時發(fā)現(xiàn)，空濾吸氣口的位置不是在空壓機的冷風(fēng)區(qū)（見圖8下圖）：吸氣溫度差值（吸氣口溫度-環(huán)境溫度）=5℃，在空壓機設(shè)計和零部件不變的情況下，將空濾吸口置于冷風(fēng)區(qū)，可以將空壓機進氣溫度降低5℃（假如改造前是40℃）：

　　機組比功率吸氣溫度修正系數(shù)變化，機組容積流量變化，空氣壓縮機機組比功率（SER）變化與可參考舉例1計算方法和結(jié)果，空壓機的比功率值同樣可以下降2.4%！

　　2.機組容積流量的影響

　　在《什么因素會影響到空壓機的容積流量？》文章中已經(jīng)詳細介紹了以下三個因素對空壓機機組容積流量的影響（見圖9），在本文就不再熬述了。由式(1)可以看出，我們希望空壓機機組容積流量qv.corr值越大越好！

　　3.機組功率的影響

　　首先，我們先了解機組功率的構(gòu)成：

　　從圖10可以看出，電機功率是影響機組功率的最大因素，在《軸功率對噴油螺桿空壓機節(jié)能影響》中會從空壓機主機（單級/兩級）及電機對軸功率的影響進行闡述，這里不作介紹。本文主要從空壓機主機外部的空氣系統(tǒng)闡述對機組功率的影響。

　　1)排氣壓力變化的影響：

　　同一機頭相同轉(zhuǎn)數(shù)（流量）下，排氣壓力越高，軸功率越高，機組功率越高。見圖11，橫坐標為排氣壓力，縱坐標為軸功率。

　　如何能在保障用戶使用壓力的條件下降低機頭的排氣壓力從而減少軸功率呢？我們來看看下面某螺桿空壓機的系統(tǒng)圖，見圖12。

　　舉例3：某品牌空壓機技術(shù)部在一臺45.5m³/min/0.8MPa空壓機性能測試時發(fā)現(xiàn)，氣路系統(tǒng)壓力減值為580mbar（見圖十三）：

　　假設(shè)機組出口壓力0.8MPa，那么主機排氣壓力則需要0.858MPa。見圖14。

　　按理論計算，其主機軸功率率值由于系統(tǒng)排氣壓力損失為580mbar而將增加4.5%（見圖15）根據(jù)式(1)可以算出，其機組比功率值同樣增加4.5%。

　　要想機組比功率小，其主機排氣壓力應(yīng)盡量接近機組排氣壓力才能使得主機軸功率越小。因此在保障空壓機性能和安全的情況下，在制造和使用過程中，主機后的氣路系統(tǒng)壓降越小越好。在制造時，管路的管徑和長度、油分系統(tǒng)的設(shè)計和選用、最小壓力閥的壓損、冷卻系統(tǒng)的壓損等等都會影響到軸功率變化。在不能改變空壓機的制造條件下，機器的維護保養(yǎng)就顯得十分重要。如精分和潤滑油的品質(zhì)、定期保養(yǎng)和更換等等。

　　2)進氣壓力變化的影響：

　　主機進氣壓降越大，氣量和軸功率越小，比功率越大（因為軸功率下降斜率比氣量下降小）見圖16。

　　舉例4：某品牌空壓機技術(shù)部在一臺45.5m³/min/0.8MPa空壓機性能測試時發(fā)現(xiàn)，主機進氣系統(tǒng)壓力損失為35mbar（見圖17）：

　　假設(shè)主機排氣壓力為0.8MPa，按理論計算，由于進氣系統(tǒng)壓力損失35mbar，其主機軸功率值將降低1.3%（見圖18上圖），其容積流量值降低3.5%（見圖18下圖），根據(jù)式(1)可以算出，其機組比功率值將增加2.3%。

　　要想機組比功率小，其主機進氣氣壓損失應(yīng)盡量小。因此在保障空壓機性能和安全的情況下，在制造和使用時，主機的進氣系統(tǒng)壓降越小越好。在制造時，機箱進氣開孔、空濾位置、空濾、減荷閥及進氣管的設(shè)計選用都會影響到進氣壓損。在不能改變空壓機的制造條件下，機器的維護保養(yǎng)就顯得十分重要，如空濾器的品質(zhì)、定期維護和更換等等。

　　3)風(fēng)扇功率的影響：

　　水冷機型只有一個幾十到幾百瓦的換氣風(fēng)扇，可以無需考慮。但風(fēng)冷機型的風(fēng)扇必須考慮其風(fēng)量/靜壓/輸入功率/效率/極數(shù)，在保障風(fēng)量/靜壓的情況下，輸入功率越小越好，電機效率和極數(shù)越大越好（見圖19）。如果風(fēng)扇選用或使用不當(dāng)，也可能會影響機組功率0.5～1%。

　　4)電氣箱功率的影響：

　　無論水冷還是風(fēng)冷機型，工頻機器的電氣箱功率的差異對機組影響不大，只需要考慮設(shè)計合理，制造安全。但是對于變頻機型來說，由于變頻器自身消耗輸入功率的5%左右，對于機組功率影響就非常大。通常在空壓機站的設(shè)計和選購時，能用工頻空壓機，就不用變頻空壓機，變頻空壓機永遠是配角。在《壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能誤區(qū)》有詳細介紹。

　　舉例5，圖20的綠色曲線是某工廠長期用氣量波動情況，用氣量非常穩(wěn)定，此時如果選用變頻空壓機就是一種浪費。

　　通過以上影響因素分析，空壓機組比功率值與進氣溫度、機組容積流量及機組功率有直接關(guān)系。

　?、偌词故峭粰n主機，由于機器結(jié)構(gòu)設(shè)計、零部件匹配及主機的調(diào)校不一樣，其比功率值也會有差異。比如制造一臺螺桿空壓機時，不同機箱的結(jié)構(gòu)和大小，其比功率值肯定會有差異。

　　②同一品牌/型號的空壓機，由于使用環(huán)境和維護保養(yǎng)的差異，其比功率值也會有不同。比如空壓機房的規(guī)范與否（參照GB 50029-2014《壓縮空氣站設(shè)計規(guī)范》），其比功率值肯定不同。

　?、奂词雇慌_空壓機在使用過程中，由于季節(jié)變化，零部件及易耗品的品質(zhì)差異，維護及維修機器的觀念也會隨時間推移使得其比功率值變化。比如維護保養(yǎng)時，三濾和油品的品質(zhì)與匹配不一樣，其比功率值肯定不一樣。

 

　　三、空壓機的比功率值標定規(guī)定和查詢

　　機組輸入比功率不僅是空壓機的主要性能參數(shù)，也是空壓機入市和節(jié)能的重要指標，并且是國家強制抽檢的項目。因此空壓機的售前、售中、售后的宣傳、推薦方案、標書、合同、機器銘牌及數(shù)據(jù)資料必須與空壓機實際比功率測試值一致（自檢或送檢）。

　　因此，在市場上絕大多數(shù)為噴油螺桿空壓機，其制造標準JB/T 6430-2014《一般用噴油螺桿空氣壓縮機》和JB/T 10972-2010《一般用變頻噴油螺桿空氣壓縮機》中規(guī)定螺桿空壓機的能效值應(yīng)符合GB19153-2019的規(guī)定：空氣壓縮機能效限定值應(yīng)不大于3級（即入市標準），2級和1級為節(jié)能。（見圖21）

　　機組輸入比功率值得測定按GB/T 3853-2017《容積式壓縮機驗收試驗》規(guī)定。如果經(jīng)過第三方有資質(zhì)的檢測機構(gòu)通過的實驗室檢測認證或機器送檢檢測認證，可以通過中國能效標識網(wǎng)查詢（見圖22）或證書證明。

　　因此深入了解“什么因素會影響空壓機的比功率”，不僅可以在空壓機制造過程中揚長避短，盡可能將空壓機的比功率值降低，而且還可以在激烈的市場競爭中占得先機。

 

　　作者簡介

　　梁柳生，1968年，大學(xué)本科

　?、俑呒壒こ處煟?990開始從事空壓機行業(yè)工作；有在國企、合資及外企工作經(jīng)歷，其中22年在AC集團工作。先后從事過空壓機及后處理設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品工藝、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤服務(wù)等及全國銷售總監(jiān)并有在歐洲學(xué)習(xí)和工作的經(jīng)歷。2017年創(chuàng)辦上善氣體工作室，專業(yè)從事壓縮空氣系統(tǒng)研究、精益生產(chǎn)管理及銷售的培訓(xùn)工作。

　?、趪覙藴蔎BT10526-2005《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》第一起草人。

　?、廴珖鴫嚎s機標準化技術(shù)委員會委員

 

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