【壓縮機(jī)網(wǎng)】一、引言

 

　　我國在1986年，國務(wù)院就頒布了《節(jié)約能源管理暫行條例》和《中國技術(shù)政策·能源》藍(lán)皮書，要求把節(jié)約能源作為在國民經(jīng)濟(jì)調(diào)整時(shí)期挖潛、革新、改造的重點(diǎn)來抓，并提出了切實(shí)加強(qiáng)節(jié)能研究，開發(fā)和推廣節(jié)能新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備和新材料，加速節(jié)能技術(shù)改造，調(diào)整高耗能工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，降低能源工業(yè)自耗能比重等一系列技術(shù)政策。對于空壓機(jī)而言，同樣也是任重而道遠(yuǎn)的。國家也像對待家用電器一樣，制定了相應(yīng)的能效等級標(biāo)準(zhǔn)。

 

　　本文為大家介紹一下直聯(lián)往復(fù)活塞式空壓機(jī)這類產(chǎn)品的能量消耗模式和類別，以及此類產(chǎn)品的能效考核指標(biāo)，不達(dá)標(biāo)時(shí)的原因分析和改進(jìn)提高措施。讓大家正確和客觀的應(yīng)對直聯(lián)往復(fù)活塞式空壓機(jī)的能效問題。

 

　　二、效率的通俗含義

 

　　空壓機(jī)能效等級現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)為GB19153-2009，在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)里面可以根據(jù)電機(jī)的功率，排氣的壓力以及冷卻方式等，對應(yīng)得出空壓機(jī)的效率指數(shù)。

 

　　效率（efficiency）是指有用功率對驅(qū)動功率的比值。效率是指在給定投入和技術(shù)等條件下，最有效地使用資源以滿足設(shè)定的愿望和需要的評價(jià)方式。它所表達(dá)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(jī)的效率同容積效率、壓縮效率和機(jī)械效率一樣，也是一種效率。但它表述的，是一種實(shí)際能量的消耗，沒有理論數(shù)值的參與。

 

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

 

　　三、空壓機(jī)效率的影響因素

 

　　參照現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)《GB19153容積式空氣壓縮機(jī)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(gè)概念。空壓機(jī)的比功率是指壓縮機(jī)壓縮單位實(shí)際容積流量氣體所消耗的總輸入功率。空壓機(jī)比功率是評價(jià)在壓縮相同氣體、相同排氣壓力下的壓縮機(jī)性能的一種指標(biāo)，也是評價(jià)壓縮機(jī)能效的重要指標(biāo)。壓縮機(jī)比功率越小，說明壓縮機(jī)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(jī)單位時(shí)間內(nèi)排出的氣體容積。按國家標(biāo)準(zhǔn)，空壓機(jī)的實(shí)際排氣量為標(biāo)稱流量±5% 公差范圍均為合格。容積流量是一臺空壓機(jī)的出廠標(biāo)定流量，即m3/min。投入生產(chǎn)以后，隨著機(jī)器的長期使用，不可避免的會有機(jī)械磨損，流量數(shù)值會呈下降趨勢。建議按照維修保養(yǎng)手冊，定期更換易損件，以恢復(fù)容積流量。

 

　　輸入功率和容積流量一般都是直接寫在機(jī)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(shù)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(shù)出來的，所以這兩個(gè)數(shù)值都是在一定的排氣壓力下的實(shí)測值。

 

　　四、效率不達(dá)標(biāo)空壓機(jī)的常用整改措施

 

　　空壓機(jī)效率不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象分兩種情況，第一種是設(shè)計(jì)初期在進(jìn)行樣機(jī)測試的時(shí)候，第二種是空壓機(jī)使用了一段時(shí)間之后出現(xiàn)的。要解決效率不達(dá)標(biāo)的問題，就要降低比功率的數(shù)值，根據(jù)上面比功率的計(jì)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(shù)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(dá)標(biāo)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(shè)計(jì)初期進(jìn)行樣機(jī)測試的時(shí)候出現(xiàn)比功率數(shù)值不達(dá)標(biāo)。這種情況一般表現(xiàn)為設(shè)計(jì)的理論排氣量和樣機(jī)實(shí)測（在7公斤時(shí)）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(shè)計(jì)累計(jì)公差、裝配精度等原因所導(dǎo)致的。所以，在設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要預(yù)留足夠的系數(shù)，來保證實(shí)測的樣機(jī)比功率數(shù)值達(dá)標(biāo)。另外，這里需要給大家介紹一下，理論排氣量的簡易計(jì)算公式，因?yàn)橄旅嫖覀兯贫ǖ奶嵘艢饬康拇胧蠖际腔谶@個(gè)公式推導(dǎo)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(jī)特性，提高電機(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)實(shí)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(jié)流的措施，也就是提高空壓機(jī)自身的密封性，這個(gè)密封性包括多個(gè)環(huán)節(jié)、多個(gè)位置。在《小型直連往復(fù)活塞式全無油空壓機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)》一文中有提到多種的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施，它們都是從節(jié)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(huán)的材質(zhì)，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(nèi)泄漏，能量損耗。2、合理的閥板和連桿結(jié)構(gòu)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(nèi)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(shù)，提高氣體的壓縮效率。4、不光要設(shè)計(jì)的好，零件的加工和裝配也要滿足精度要求，才能充分的發(fā)揮空壓機(jī)利用能源的能力。

 

　　第二種情況：在空壓機(jī)使用了一段時(shí)間之后出現(xiàn)比功率數(shù)值不達(dá)標(biāo)。這種情況的原因就比較多，比較復(fù)雜了，一般常見的原因和解決措施如下表3所示。

 

　　“維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)”是空壓機(jī)出現(xiàn)比功率數(shù)值不達(dá)標(biāo)的主要因素。常言道：“三分使用，七分保養(yǎng)”，可見后期的維護(hù)保養(yǎng)是非常重要的。至于其他的不良因素，只要購買的是正規(guī)廠家的空壓機(jī)，出現(xiàn)的幾率相對還是會低一些的。
 

 

　　五、結(jié)語

 

　　綜上所述，大家應(yīng)該對于直聯(lián)往復(fù)活塞式空壓機(jī)的效率問題有了進(jìn)一步的認(rèn)知，對于比功率的計(jì)算有了一定的掌握，對于影響比功率數(shù)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的初衷，那就是合理利用資源，提高能源的利用率。

 

　　參考文獻(xiàn)

 

　　[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2007

　　[2]陸寧.機(jī)械原理[M].機(jī)械工業(yè)出版社.1997

　　[3]JB/T 8934-1999.直聯(lián)便攜式往復(fù)活塞空壓機(jī)[S].1999

　　[4]疏仁揚(yáng).空氣濕度對空壓機(jī)排氣量計(jì)算的影響[J].壓縮機(jī)技術(shù).1975(04) [5]溫彩霞.空壓機(jī)排氣量測量結(jié)果的不確定度分析[J].壓縮機(jī)技術(shù).2012(03) [6]金巍.空壓機(jī)排氣量與所需電機(jī)功率速算法[J].壓縮機(jī)技術(shù).2002(01)

　　[7]宋健,洪偉榮,吳榮仁.活塞式壓縮機(jī)排氣量的全量程無級調(diào)節(jié)[J].機(jī)械工程師.2006(09)

 

　　作者簡介

　　吳廣忠（1980.04--），男，大學(xué)本科（工學(xué)學(xué)士），畢業(yè)于青島科技大學(xué)，中級工程師，研究方向：空氣壓縮機(jī)。