現在越來(lái)越來(lái)多的用戶(hù)都對空壓機的能效不斷提高重視,這也是我們國內企業(yè)邁向精益化生產(chǎn)方向的重要表現之一。
在此形勢下,有些供應商為了證明自己的產(chǎn)品(空壓機),采取各種方法讓用戶(hù)了解其高能效。這原本是一件好事情。但若是采用的方法不正確,則將產(chǎn)生嚴重偏離事實(shí)的情況,對用戶(hù)與市場(chǎng)造成困擾。例如,目前市場(chǎng)上有采用對空氣壓縮機主機進(jìn)行進(jìn)氣流量測試驗證其能效的方法,這就是嚴重偏離事實(shí)的方法之一。
眾所周知,氣體是一個(gè)多變狀態(tài),氣體是可壓縮的,當氣體受到壓縮時(shí),氣體所產(chǎn)生的壓力和溫度都將隨之發(fā)生變化,所以衡量一個(gè)氣體體積必須規定它的狀態(tài)(氣體的溫度、壓力)。對于容積式壓縮機規定其流量是由自由排氣量來(lái)表示的。國際通行的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)為”FAD” ,也就是Free Air Delivery,翻譯成中文為自由排氣量。根據ISO或者中國國家標準,為將空氣壓縮機的排氣流量換算成整機進(jìn)氣狀態(tài)下的空氣體積流量。這個(gè)進(jìn)氣狀態(tài)指的是進(jìn)氣時(shí)的環(huán)境壓力、溫度、相對濕度。需要指出的是進(jìn)氣狀態(tài)下的排氣流量不能等于進(jìn)氣流量。
為什么說(shuō)測量進(jìn)氣流量不能代表空氣壓縮機的自由排氣流量(容積式空壓機的額定流量)呢?
主要有以下幾個(gè)原因:
1
因為壓縮機在運行時(shí),壓縮機從吸氣到排氣,首先環(huán)境空氣需要進(jìn)入壓縮機整機機箱內部,然后進(jìn)入進(jìn)氣過(guò)濾器,然后通過(guò)進(jìn)氣過(guò)濾器后進(jìn)入進(jìn)氣閥,再進(jìn)入壓縮腔體。對于噴油螺桿式壓縮機來(lái)說(shuō),還需要經(jīng)過(guò)油氣分離桶、冷卻器和氣水分離器最終通過(guò)壓縮機的出口輸送到下游。在這個(gè)過(guò)程中常常存在各種泄露與損失以及壓力變化等造成的損失。所以實(shí)證研究發(fā)現主機的進(jìn)氣流量與整機的自由排氣量存在較大的偏差,少則3~5% 以上的差異;
2
當我們的空壓機在正常的生產(chǎn)時(shí),空壓機的機箱面板都是裝好的,進(jìn)氣過(guò)濾器都在壓縮機內部。設計不佳的空壓機機箱內部的溫度與外部的溫度有可能相差達到20℃ 以上。然而當我們采用市場(chǎng)上常見(jiàn)的進(jìn)氣流量測試時(shí),首先是將壓縮機的面板打開(kāi),然后將進(jìn)氣過(guò)濾器拆下將測量?jì)x器安裝上去測量。這里將會(huì )存在兩個(gè)問(wèn)題,一個(gè)是測量時(shí)的溫度與實(shí)際運行的溫度完全不一樣了,估計會(huì )低到20℃ 的差異。另外一個(gè)問(wèn)題是在主機之前測量的過(guò)濾器損失也沒(méi)有考慮,這一點(diǎn)也偏離實(shí)際的運行工況。20℃的差異對于容積式壓縮機來(lái)說(shuō)相差7%以上的差異,再加上過(guò)濾器的損失差異,可想而知。這個(gè)差異是非常之大的。
3
當前市場(chǎng)上常見(jiàn)的在進(jìn)氣口測量的方法,大多數采用的是熱質(zhì)式流量計。其測量的是其進(jìn)口管中的一個(gè)點(diǎn)的流速進(jìn)行換算的。對于不可壓縮流體或者密度較大的流體,這個(gè)問(wèn)題倒不是很大。但是對于空氣,特別是低壓(環(huán)境空氣,進(jìn)氣口)來(lái)說(shuō),空氣的密度非常低,空氣的粘度系數非常高。在其制作的進(jìn)氣軟管管道內的直徑范圍內的流速變化大,流態(tài)不穩定。而且由于進(jìn)氣口位置的原因,通常其儀器安裝也無(wú)法滿(mǎn)足儀器的基本的技術(shù)要求(通常要求直管段達到管徑的15倍以上)。由此可見(jiàn),這里的誤差是非常大的。測量數據的可靠性低,誤差較大。
因此,由以上的原因可以看出,通過(guò)對螺桿式空壓機進(jìn)氣口測量流量的方法并不能反映空壓機的真實(shí)流量。也正是因為以上多方面的原因,這種方法通常也不能作為空壓機參數的測量方法。
那么,對于我們用戶(hù)來(lái)說(shuō),怎樣才是正確的呢?首先當然是按照標準的測試方法,例如按照國家標準GBT3853《容積式壓縮機驗收試驗》,或者是國際標準ISO1217《Displacement compressors -Acceptance tests》要求的相關(guān)測量標準進(jìn)行相關(guān)的測量。但是這些測量都是更適合于在實(shí)驗室進(jìn)行,在現場(chǎng)做這樣的測試非常困難,成本較高。因此,很少這樣操作。
那比較適用可操作的方法是怎樣的呢?
測量位置
首先,測量的位置必須正確,測量的位置必須在壓縮機之后。根據各種流量計的要求及特性,當前市場(chǎng)比較容易操作的流量計為超聲波流量和便攜插入式熱質(zhì)式流量計,安裝和拆卸都比較方便。流量計屬于精密監測儀器,對于測量環(huán)境有比較高的要求,例如對于含有液態(tài)水壓縮空氣都是十分敏感的,在長(cháng)時(shí)間測量過(guò)程中,精度都會(huì )下降甚至會(huì )出現錯誤值。所以在使用流量計進(jìn)行流量測量時(shí),建議將流量計安裝在冷干機或者吸干機這些干燥機之后,保證沒(méi)有液態(tài)水的情況下進(jìn)行測量;另外還需要嚴格按照流量的技術(shù)要求進(jìn)行安裝與選擇對應測量范圍的流量計,以此來(lái)保障測量精度的準確性與持續性。當然無(wú)論選用何種流量計,都需要定期進(jìn)行標定和校驗,在使用過(guò)程中也要嚴格按照各自流量計的使用要求來(lái)進(jìn)行,這里就不在贅述了。嚴格的按照相關(guān)工程技術(shù)要求進(jìn)行,才有可能獲得相對準確的數據。
功率測試
其次,還有功率測試。功率測試需要測量整機的電源進(jìn)線(xiàn)處的功率值。這個(gè)數據與三項電壓、電流和實(shí)時(shí)的功率因素相關(guān)的,因此,建議采用專(zhuān)用的功率儀進(jìn)行在線(xiàn)測量而不是電流測量。
那通過(guò)這種類(lèi)似的方法對流量與功率測試后,獲得的認為為高效率的數據就一定代表我們用戶(hù)將來(lái)的壓縮空氣成本一定會(huì )低嗎?答案也是并不一定。因為這僅僅代表空壓機在某一個(gè)狀態(tài)的單一參數而已。然而作為我們用戶(hù)最終用氣的成本還受到很多其它因素的影響,例如壓縮機的排氣溫度如何(影響干燥機的能耗成本與測量基準的參考性)?壓縮機的調節能力如何?壓力的穩定性又是如何?然后工廠(chǎng)的用氣常常都是波動(dòng)的,工作日與非工作日的用氣,用餐時(shí)的換班,用氣設備的切換等等。當用氣發(fā)生變換時(shí),壓縮機的性能差異非常之大。工頻機會(huì )產(chǎn)生加卸載,變頻機會(huì )產(chǎn)生調節,壓縮機的能耗也隨之發(fā)生變化。因此,實(shí)際連續供氣的性能將會(huì )與空壓機的單一性能有非常大的差異,差異達到10~40%不等。然而單機的差異常常達到10%的差異就已經(jīng)非常大了。所以,我們若是忽視整個(gè)系統的能效差異而僅僅依靠單機的能效來(lái)判斷,這無(wú)異于緣木求魚(yú)。因此,基于此,為了更好的評定我們用戶(hù)的壓縮空氣的成本與效率,則需要評估整個(gè)供氣系統的能效差異?;诖?,2018年在中國通用機械協(xié)會(huì )壓縮機協(xié)會(huì )的主導下,由合肥通用所協(xié)和阿特拉斯·科普柯共同起草的T/CGMA033001-2018《壓縮空氣站能效分級指南》團體標準剛好為這一目標指明了方向。為客戶(hù)節能降耗、精益生產(chǎn)提供了有效參考。
敲黑板
綜上所述,唯有評估整個(gè)壓縮空氣站的能效才是廣大壓縮空氣(空壓機等)用戶(hù)評估壓縮空氣成本的真正方向。