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空壓機的基本常識,比功率是什么?

时间:2020-02-14     

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


(1) 空壓機的90%以上的軸功率最終沒(méi)有做功產(chǎn)生壓縮空氣,而是轉化成了熱能被排放到周?chē)h(huán)境中;

(2) 在空壓機所消耗的能源中,只有19% 被轉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) 空壓機在運行時(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%的耗電轉化為熱量;

(4) 只有不到10%的電機輸入功率被轉化為可用的壓縮空氣動(dòng)力能,見(jiàn)圖1。



由于熱力學(xué)的復雜性,壓縮機的輸出能量不易為大家認識,上述幾種均是錯誤說(shuō)法(錯誤原因見(jiàn)后文),誤導了對壓縮機能源效率和壓縮空氣做功能力的認識,不利于壓縮空氣氣動(dòng)系統節能。——《動(dòng)力用空氣壓縮機能源效率探討》


空氣壓縮機的成果是壓縮空氣,成本是電耗。如參考制冷設備的COP計算方式: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,該數值越低越好,其單位kW/(m3/min)。嚴格的說(shuō)kW/(m3/min)并不準確,因為m3/min和kW都是時(shí)間單位的效率值,準確表達應該是焦耳/m3或者焦耳/升,但是kW/(m3/min)計算極其方便,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(lái)衡量,并不能比較能源效率的高低。為了認清空壓機輸出壓縮空氣的做功能力,這里引入“輸功效率”這一概念,因為輸功效率已經(jīng)包含了壓力的因素在內,以此就可以比較任意機型的效率高低。


此概念,在團標《壓縮空氣站能效分級指南》中得到應用。


▌輸功效率

空壓機的壓縮過(guò)程實(shí)際也是一個(gè)能量的轉換過(guò)程,也可以用效率的方式表達。傳統計算壓縮機效率的方式是理論絕熱壓縮功/實(shí)際電耗,這種計算方式是錯誤的。理論絕熱壓縮功并不是能量轉換的結果,在壓縮過(guò)程中,系統對外排出的熱量等值于系統輸入的電能,但是并不是說(shuō)電能全部轉換為熱能,其轉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(chēng)為㶲,又叫有效能。


● 輸功效率計算
其計算公式為:



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。

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

η = Np /q


式中:
q——機組輸入比功率


Np——大氣狀態(tài)下流量為1m3/min 的壓縮空氣氣動(dòng)動(dòng)力。



● 常用空壓機輸功效率


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


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


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


本文提出的空壓機輸功效率,合理地反映了空氣壓縮機的能量效率,使得大家認清壓縮空氣的做功能力,更合理地分析系統能量損失,開(kāi)展壓縮空氣系統節能工作。

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