压缩空气系统如何节能.docx
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压缩空气系统如何节能
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dbjx2009-04-3019:
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根据美国能源部的统计,在美国，空压机是工业中耗电最多的设备之一。
尽管美国能源部一度认为电动机是耗电最多的设备,
改进压缩空气系统设计和运行所得到的节能大大超过电动机效率提高所产生的节能。
通过改进压缩空气系统的设计和运行可节能20-50%。
许多企业将压缩空气视为等同于煤,电,水的实用品。
它与其它实用品不同,很少有人知道每立方米/分压缩空气的成本。
每立方米/分压缩空气的成本通过下列计算可得到，
·假定:
电机服务系数=110%
功率因子=0.9
·一台典型的空压机每1HP可产生4CFM
·1HP=110%x0.746kW/0.9=0.912kW
·所以产生1CFM压缩空气需0.228kW
·如果每度电费为0.65元:
1CFM=0.1482元/小时
·1立方米/分=35.315CFM
·所以1立方米/分=5.23元/小时
·所以一台10立方米/分的空压机运行8,000小时将耗电:
10x8,000x5.23=418,694元
何处可节约你的电费?
在一个典型的工厂,压缩空气泄漏占总需求量的20%.
假定一个工厂的压缩空气系统
·每年运行8,000小时
·每度电费0.65元
·管路压力=7.0kgf/cm2
·工厂用气:
10立方米/分
·管路泄漏:
20%：
2立方米/分
·总需气量:
12立方米/分
压缩空气的电费
10x8,000小时x5.23元=418,694元
2x8,000小时x5.23元=83,738元
合计502,433元
泄漏也产生足够的附加载荷迫使2台空压机同时运行.
·没有备机
·不能对任何一台进行维护保养
在7.0kgf/cm2压力下产生2立方米/分泄漏所需的漏气点:
·3个3mm泄漏点:
2.2立方米/分,或
·1个6mm泄漏点:
2.832立方米/分
您企业的管路中有几个泄漏点?
空压机的分类及其特点
三种基本类型的空压机包括：
往复式
回转式
离心式
以上三种类型的空压机可进一步划分为：
裸机和整机
风冷和水冷
喷油和无油
让我们简单地讨论以下这三种类型的空压机：
往复式空压机
尺寸为0.7MPa（G）--范围的0.72Kw和0.028M3/min到932Kw和176.4M3/min
往复式空压机是变容式压缩机。
这种压缩机将封闭在一个密闭空间内的空气逐次压缩（缩小其体积）从而提高其气压。
往复式空压机以汽缸内的一个活塞作为压缩位移的原件来完成以上的压缩过程。
当压缩过程仅靠活塞的一侧来完成时，该往复式称为单作用空压机，如果靠活塞的二头来完成时称为双作用。
往复式空压机在每一个气缸上有许多弹簧式阀门，只有当阀门两侧的压差达到一定值后阀门才会打开。
当气缸内的压力略低于进气压力时，进气阀门打开，当气缸内的压力略高于排气压力时排气阀门打开。
如果压缩过程由一个汽缸或一组单级的汽缸完成时，该空压机称为单级空压机。
许多实际使用工况要超过单级空压机的能力。
压缩比大小（排
气/进气压力）会引起排气温度过热或其他设计上的问题。
许多功率超过75Kw的往复式空压机被设计为多级机组，压缩过程由双级或多级组成，级级之间一般有冷却功能以降低进入下一级的气温。
往复式空压机有喷油和无油两种，具有压力和气量的广泛选择余地。
回转式空气压缩机
0.85M3/min--
85M3/min回转式空压机是变容式压缩机，最普通的回转式空压机是单级喷油螺杆式空压机，这种压缩机在机腔内有两个转子，通过转子来压缩空气，内部没有阀门。
这种空压机一般为油冷（冷却介质是空气或水），这种油起到了密封的作用。
由于冷却在空压机内部进行，因此部件不会有很高的温度，因此，回转式空压机是连续工作制可设计成风冷或水冷机组。
由于结构简单易损件少，回旋式螺杆空压机很容易维护，操作，并具有安装灵活的特点。
回转式空压机可安装在任何能支撑重量的地面。
两级喷油回转式螺杆空压机在主机部件里带有两对转子，压缩过程由第一级和第二级串接压缩完成。
两级回转式空压机具有结构简单和灵活性以及高效率的特点，两级回转式螺杆式空压机可是风冷和水冷以及全封装式。
无油回转式螺杆空压机使用特别设计的主机无需喷油就可进行压缩，从而产生无油压缩空气。
无油回旋螺杆式空压机有风冷和水冷两种，并具有和喷油一样的灵活性。
如你所看到的，回转式螺杆空压机有风冷、水冷、喷油、无油、单级和两级、在压力、气量、结构上有广泛的适用性
。
离心式空气压缩机
11.2M3/min--
420M3/min离心式空压机是一动力型空压机，他通过旋转的涡轮完成能量的转换，转子通过改变空气的动能和压力来实现以上的转换。
由静止的扩压器降低空气的流速来实现动能向压力的变换。
离心式空压机是无油空压机，运动齿轮的润滑油由轴密封和空气隔离。
离心式是连续工况式压缩机，移动件很少，特别适用于大气量无油的要求。
离心式空压机是水冷式的，典型机组包括后冷却器和所有的控制装置。
用气量的确定
确定一个新厂的压缩空气要求的传统方法是将所有用气设备的用气量（m3/min）加起来，再考虑增加一个安全、泄漏和发展系数。
在一个现有工厂里，你只要作一些简单的测试便可知道压缩空气供给量是否足够。
如不能，则可估算出还需增加多少。
一般工业上空气压缩机的输出压力为0.69MPa（G），而送到设备使用点的压力至少0.62MPa。
这说明我们所用的典型空气压缩机有0.69MPa（G）的卸载压力和0.62MPa（G）的筒体加载压力或叫系统压力。
有了这些数字（或某一系统的卸载和加载值）我们便可确定。
如果筒体压力低于名义加载点（0.62MPa（G））或没有逐渐上升到卸载压力（0.69MPa（G）），就可能需要更多的空气。
当然始终要检查，确信没有大的泄漏，并且压缩机的卸载和控制系统都运行正常。
如果压缩机必须以高于0.69MPa（G）的压力工作才能提供0.62MPa（G）的系统压力，就要检查分配系统的管道尺寸也许太小，或是阻塞点对于用气量还需增加多少气量，系统漏气产生什么影响以及如何确定储气罐的尺寸以满足间歇的用气量峰值要求。
一、测试法——检查现有空气压缩机气量
定时泵气试验是一种比较容易精确的检查现有空气压缩机气量或输出的方法，这将有助于判断压缩空气的短缺不是由于机器的磨损或故障所造
成的。
下面是进行定时泵气试验的程序：
A．储气罐容积，立方米
B．压缩机储气罐之间管道的容积立方米
C．（A和B）总容积，立方米
D．压缩机全载运行
E．关闭储气罐与工厂空气系统之间的气阀
F．储气罐放气，将压力降至0.48MPa（G）
G．很快关闭放气阀
H．储气罐泵气至0.69MPa（G）所需要的时间，秒
现在你已有了确定现有压缩机实际气量所需要的数据，公式是：
V（P2-P1）60
C=---------------------------
（T）PA
式中，
C=压缩机气量，m3/min
V=储气罐和管道容积，m3（C项）
P2=最终卸载压力，MPa（A）（H项＋PA）
P1=最初压力，MPa（A）（F项＋PA）
PA=大气压力，MPa（A）（海平面上为0.1MPa）
T=时间，s
如果试验数据的计算结果与你厂空气压缩机的额定气量接近，你可以较为肯定，你厂空气系统的负荷太高，从而需要增加供气量。
二、估算法
V=V现有设备用气量＋V后处理设备用气量＋V泄漏量＋V储备量
三、确定所需的增加压缩空气
根据将系统压力提高到所需要压力的空气量，就能确定需要增加的压缩空气供气量，
P2
需要的m3/min=现有的m3/min---------
P1
式中，需要的m3/min=需要的压缩空气供气量
现有的m3/min=现有的压缩空气供气量
P2=需要的系统压力，MPa（A）
P1=现有的系统压力，MPa（A）
需增加的m3/min=需要的m3/min－现有的m3/min
结果就告诉你为满足现有的用气需求所要增加多少气量。
建议增加足够的气量以便不仅满足目前的用气要求，还把将来的需求和泄漏因素考虑进去。
四、系统漏气的影响
供气量不足经常是由于或肯定是由于系统的泄漏，空气系统漏气是损失动力的一个连续根源，所以最好应当使其尽量少一些。
几个相当于1/4英
寸小孔的小漏点，在0.69MPa压力下可能漏掉多至2.8M3的压缩空气，这等于你损失一台18.75Kw的空气压缩机的气量，以电力每度0.4元，每年
运行8000小时（三班制）计算，这些漏掉的空气使你白白损失60000元。
大多数工厂都会提供维护人员和零件来筑漏。
损坏的工具。
阀、填料、接头、滴管和软管应及时检查和修理。
工厂整个系统的泄漏可通过在不供气情况下测定系统压力（在储气筒体上侧）从0.69MPa（G）降到0.62MPa（G）所需要的时间来诊断。
利用泵气试验
我们就可以算出整个系统的泄漏量：
V（P2-P1）60
泄漏量m3/min=------------------------------
90（PA）
如漏气率超过整个系统气量的百分之五，就必须筑漏。
五、选择压缩机的规格
你一旦确定工厂用气的气量（m3/min）和压力（MPa（G））要求，便可选择空气压缩机的规格。
在选择时你可能要考虑的因素包括：
目前的用气量是多少？
工厂扩建后的用气量要求是多少？
一般来说,用气量的年增长率为10％。
是否考虑将来要用特殊的制造工艺和工具？
干燥机
干燥机是用于干燥空气的装置。
用我们的术语，就是用其干燥压缩空气。
离开后冷却器的空气通常是完全饱和的，就是说任何降温都会产生冷凝水。
冷冻式干燥机是通过降低压缩空气的温度，析去水分，然后将空气再加热到接近原来的温度。
再生式干燥机是使空气通过含有化学物质的过滤器以析出水分。
这种装置比冷冻式装置更能吸附水气。
温度
1、温度
温度是指衡量某一物质在某一时间能量水平的方法。
（或更简单的说，某一事物有多少热或多少冷）。
温度范围是根据水的冰点和沸点。
在摄氏温度计上，水的冰点为零度，沸点为100度。
在华氏温度计上，水的冰点为32度，沸点为212度。
从华氏转换成摄氏：
华氏=1.8摄氏＋32，摄氏=5/9（华氏-32）
2、绝对温度
这是用绝对零度作为基点来解释的温度。
基点零度为华氏零下459.67度或摄氏零下273.15度
绝对零度是指从物质上除去所有的热量时所存在的温度或从理论上某一容积的气体缩到零时所存在的温度。
3、冷却温度差
冷却温度差是确定冷却器的效率的术语。
因为冷却器不可能达到100％的效率，我们只能用冷却温差衡量冷却器的效率。
冷却温度差是进入冷却器的冷水或冷空气温度和压缩空气冷却后的温度之差。
4、中间冷却器
中间冷却器是用于冷却多级压缩机中的级与级之间的压缩空气或气体使温度降低的器件。
中间冷却器通过降低进入下一级压缩空气温度达到降低压缩功率以有助于增加效率。
露点和相对湿度
1、露点和相对湿度
就象晚上温度下降会产生露水一样，压缩空气系统内的温度下降也会产生水气。
露点就是当湿空气在水蒸气分压力不变的情况下冷却至饱和的温度。
这是为什么呢?
含有水分的空气只能容纳一定量的水分。
如果通过压力或冷却使体积缩小，就没有足够的空气来容纳所有的水分，因此多于的水分析出成为冷凝水。
离开后冷却器的空气通常是完全饱和的。
分离器内的冷凝水就显示了这一点，因此空气温度有任何的降低，就会产生冷凝水。
设定的湿度可认为是湿空气所含水蒸气的重量，即：
水蒸气重量和干燥空气重量之比。
相对湿度ψ
χ-湿度Ps
ψ=-----------------=-----------
χ0-饱和绝对湿度Pb
当Ps=0,ψ=0时，称为干空气；
Ps=Pb,ψ=1时，称为饱和空气。
绝对湿度——1M3湿空气所含水蒸气的重量。
Gs—水蒸气重量
χ=----------------------
V—湿空气体积
水蒸气重量
含湿量=---------------------
干空气重量
2、饱和空气
当没有再多的水气能容纳在空气中时，就产生了空气的饱和，任何加压或降温均会导致冷凝水的析出。
3、水气分离器
水气分离器是用于收集和除去在冷却过程中从空气或气体中冷凝出来水的器件。
储气筒是用于储存压缩机排放出来的压缩空气和气体的容器。
储气筒有利于消除排气管路中的脉冲，并在需求量大于压缩机的能力时，可起储存和补充提供压缩空气的作用。
4、干燥机
干燥机是用于干燥空气的装置。
用我们的术语，就是用其干燥的压缩空气。
离开后冷却器的空气通常是完全饱和的，就是说任何降温都会产生冷凝水。
冷冻式干燥机是通过降低压缩空气的温度，析去水分，然后将空气再加热到接近原来的温度。
再生式干燥机是使空气通过含有化学物质的过滤器以析出水分。
这种装置比冷冻式装置更能吸附水气。
状态及气量
1、标准状态
标准状态的定义是：
空气吸入压力为0.1MPa，温度为15.6℃（国内行业定义是0℃）的状态下提供给用户系统的空气的容积。
如果需要用标准状态，来反映考虑实际的操作条件，诸如海拔高度、温度和相对湿度则将应实际吸入状态转换成标准状态。
2、常态空气
规定压力为0.1MPa、温度为20℃、相对湿度为36％状态下的空气为常态空气。
常态空气与标准空气不同在于温度并含有水分。
当空气中有水气，一旦把水气分离掉，气量将有所降低。
3、吸入状态
压缩机进口状态下的空气。
4、海拔高度
按海平面垂直向上衡量，海拔只不过是指海平面以上的高度。
海拔在压缩机工程方面占有重要因素，因为在海拔高度越高,空气变得越稀薄，绝对压力变得越低。
既然在海拔上的空气比较稀薄，那么电动机的冷却效果就比较差，这使得标准电动机只能局限在一定的海拔高度内运行。
EP200标准机组的最大容许运行海拔高度为2286米。
5、影响排气量的因素：
Pj、Tj、海拔高度、n、V余、泄漏等。
6、海拔高度对压缩机的影响：
（1）、海拔越高，空气越稀薄，绝压越低，压比越高，Nd越大；
（2）、海拔越高，冷却效果越差，电机温升越大；
（3）、海拔越高，空气越稀薄，柴油机的油气比越大，N越小。
7、容积流量
容积流量是指在单位时间内压缩机吸入标准状态下空气的流量。
用单位：
M3/min（立方米/分）表示。
标方用NM3/min表示。
1CFM=0.02832M3/min,或者1M3/min=35.311CFM,
S--标准状态，A--实际状态
8、余隙容积
余隙容积是指正排量容积式（往复或螺杆）压缩机冲程终端留下的容积，此容积的压缩空气经膨胀后返回到吸入口，并对容积系数产生巨大的影响。
9、负载系数
负载系数是指某一段时间内压缩机的平均输出与压缩机的最大额定输出之比。
不明智的做法就是卖给用户的压缩机，正好满足用户的最大的需求，增加一个或几个工具或有泄漏会导致工厂的压力下降。
为了避免这种情况，英格索兰多年来一直建议采用负载系数：
取用户系统所需气量的极大值，并除以0.9或0.8的负载系数。
（或任何用户认为是个安全系数）这种综合气量选择能顾及未预计到的空气需量的增加。
无需额外的资本的投入，就可做一些小型的扩建。
10、气量测试
（1）、往复式压缩机气缸容积
压缩机气缸的容积是指活塞移动的容积减去活塞杆占有的体积。
通常是用每分钟立方米来表示。
多级压缩机的容积只是第一级压缩的容积，因为逐一通过所有级的气体都来源于第一级。
（2）、测试
低压喷嘴测试是一种精确衡量压缩机所提供空气的方法。
这一方法得到压缩空气和气体学会的认可，还为ASME能源测试代号委员会所接受。
ASMEPTC-9中有关采用低压喷嘴测
试往复式压缩机的描述。
ASMEPTC-10中有有关采用低压喷嘴测试动力式压缩机的描述。
空压机变频器控制节能改造
一、简介
空压机广泛应用于各个领域,是不可缺少的一种动能设备。
但在运行过程中耗能较大。
变频器的产生为空压机节能成为现实。
二、空压机的基本原理
空气经过滤器过滤后,进入压缩机把空气压缩,压缩空气经过油气分离输出。
空压机只要处于工作状态,压缩机电机处于额定转速运行,由进气阀
开度的大小来调节压缩机的输出空气流量大小。
即使在卸载时也以额定转速运转，就产生了无功能耗。
如果能根据现场用气量的大小自动调节
压缩机、电机转速,达到改变压缩机输出气体流量,使电动机始终工作在恰当负荷而节约能源,变频调速器是一种无级调速器,能够满足此工艺要
求。
三、变频调速器基本原理
变频调速器目前已经广泛应用于各个领域,其特点为:
调速范围宽、性能稳定可靠、保护功能全。
其基本原理为:
先将三相交流电整流,再由输出
模块逆变成交流输出,采用PWM脉宽调制方式,控制方式有两种,分别是V/F控制、矢量控制。
输出频率可在0-最高频率之间任意变化。
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