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空壓機(jī)的基本常識,比功率是什么?

近幾年在余熱回收的一些文中出現(xiàn)以下幾種關(guān)于壓縮機(jī)效率的說法:

(1) 空壓機(jī)的90%以上的軸功率最終沒有做功產(chǎn)生壓縮空氣,而是轉(zhuǎn)化成了熱能被排放到周圍環(huán)境中;
(2) 在空壓機(jī)所消耗的能源中,只有19% 被轉(zhuǎn)化成了可供使用的功,而其他81% 均以熱量的形式損耗掉了;
(3) 空壓機(jī)在運(yùn)行時(shí),真正用于增加空氣勢能所消耗的電能,在總耗電量中只占很小的一部分,約15%左右。約85%的耗電轉(zhuǎn)化為熱量;
(4) 只有不到10%的電機(jī)輸入功率被轉(zhuǎn)化為可用的壓縮空氣動力能,見圖1。

由于熱力學(xué)的復(fù)雜性,壓縮機(jī)的輸出能量不易為大家認(rèn)識,上述幾種均是錯(cuò)誤說法(錯(cuò)誤原因見后文),誤導(dǎo)了對壓縮機(jī)能源效率和壓縮空氣做功能力的認(rèn)識,不利于壓縮空氣氣動系統(tǒng)節(jié)能�!秳恿τ每諝鈮嚎s機(jī)能源效率探討》

空氣壓縮機(jī)的成果是壓縮空氣,成本是電耗。如參考制冷設(shè)備的COP計(jì)算方式:壓縮空氣生產(chǎn)量/電耗,可以解釋為單位電耗生產(chǎn)的壓縮空氣量。
在國標(biāo)和實(shí)際中人們采用了電耗/壓縮空氣生產(chǎn)量,也就是生產(chǎn)單位體積的壓縮空氣所消耗的電能,該數(shù)值越低越好,其單位kW/(m3/min)。嚴(yán)格的說kW/(m3/min)并不準(zhǔn)確,因?yàn)閙3/min和kW都是時(shí)間單位的效率值,準(zhǔn)確表達(dá)應(yīng)該是焦耳/m3或者焦耳/升,但是kW/(m3/min)計(jì)算極其方便,也就被人們廣泛使用了。
但是,不同壓力下的壓縮空氣如果用比功率來衡量,并不能比較能源效率的高低。為了認(rèn)清空壓機(jī)輸出壓縮空氣的做功能力,這里引入“輸功效率”這一概念,因?yàn)檩敼π室呀?jīng)包含了壓力的因素在內(nèi),以此就可以比較任意機(jī)型的效率高低。
此概念,在團(tuán)標(biāo)《壓縮空氣站能效分級指南》中得到應(yīng)用。
輸功效率
空壓機(jī)的壓縮過程實(shí)際也是一個(gè)能量的轉(zhuǎn)換過程,也可以用效率的方式表達(dá)。傳統(tǒng)計(jì)算壓縮機(jī)效率的方式是理論絕熱壓縮功/實(shí)際電耗,這種計(jì)算方式是錯(cuò)誤的。理論絕熱壓縮功并不是能量轉(zhuǎn)換的結(jié)果,在壓縮過程中,系統(tǒng)對外排出的熱量等值于系統(tǒng)輸入的電能,但是并不是說電能全部轉(zhuǎn)換為熱能,其轉(zhuǎn)換的重要部分是壓縮空氣對外的做功能力,也就是對外所作的膨脹功, 工程熱力學(xué)上稱為㶲,又叫有效能。
 輸功效率計(jì)算
其計(jì)算公式為:

式中:
p1是壓縮后的壓力;
p0是對外做功的環(huán)境壓力;

v0是環(huán)境壓力下的空氣流量。

空壓機(jī)機(jī)組輸入比功率為行業(yè)習(xí)慣使用,輸功效率與機(jī)組輸入比功率換算關(guān)系式為:

η = Np /q

式中:
q——機(jī)組輸入比功率

Np——大氣狀態(tài)下流量為1m3/min 的壓縮空氣氣動動力。

● 常用空壓機(jī)輸功效率

現(xiàn)用壓縮空氣系統(tǒng)中,螺桿空壓機(jī)用量占絕大多數(shù),以GB19153-2009《容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值及能效等級》中噴油螺桿空氣壓縮機(jī)能效值( 風(fēng)冷) 計(jì)算,輸功效率最高值為63%,最低值為31%。

以75kW風(fēng)冷螺桿空壓機(jī)為例,1、2、3級能效指標(biāo)值輸功效率見表2:

由上述可以看出,空壓機(jī)指示功用于壓縮空氣,軸功率的功大部分轉(zhuǎn)化為指示功,空壓機(jī)有用功效率較高。壓縮空氣散發(fā)的熱量等于空壓機(jī)對其做的功,與空壓機(jī)輸出壓縮空氣有效能沒有直接關(guān)系。空壓機(jī)輸入能的50% 左右,可以轉(zhuǎn)化為有效能,作為動力使用。所以本文開頭列舉的幾種說法顯然是錯(cuò)誤的。

本文提出的空壓機(jī)輸功效率,合理地反映了空氣壓縮機(jī)的能量效率,使得大家認(rèn)清壓縮空氣的做功能力,更合理地分析系統(tǒng)能量損失,開展壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能工作。


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