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空压机的基本常识,比功率是什么?

发布时间:2020-01-06 15:49:59

空压机的基本常识,比功率是什么?

近几年在余热回收的一些文中出现以下几种关于压缩机效率的说法:

(1) 空压机的90%以上的轴功率最终没有做功产生压缩空气,而是转化成了热能被排放到周围环境中;
(2) 在空压机所消耗的能源中,只有19% 被转化成了可供使用的功,而其他81% 均以热量的形式损耗掉了;
(3) 空压机在运行时,真正用于增加空气势能所消耗的电能,在总耗电量中只占很小的一部分,约15%左右。约85%的耗电转化为热量;
(4) 只有不到10%的电机输入功率被转化为可用的压缩空气动力能,见图1。

由于热力学的复杂性,压缩机的输出能量不易为大家认识,上述几种均是错误说法(错误原因见后文),误导了对压缩机能源效率和压缩空气做功能力的认识,不利于压缩空气气动系统节能。——《动力用空气压缩机能源效率探讨》

空气压缩机的成果是压缩空气,成本是电耗。如参考制冷设备的COP计算方式:压缩空气生产量/电耗,可以解释为单位电耗生产的压缩空气量。
在国标和实际中人们采用了电耗/压缩空气生产量,也就是生产单位体积的压缩空气所消耗的电能,该数值越低越好,其单位kW/(m³/min)。严格的说kW/(m³/min)并不准确,因为m3/min和kW都是时间单位的效率值,准确表达应该是焦耳/m³或者焦耳/升,但是kW/(m³/min)计算极其方便,也就被人们广泛使用了。
但是,不同压力下的压缩空气如果用比功率来衡量,并不能比较能源效率的高低。为了认清空压机输出压缩空气的做功能力,这里引入“输功效率”这一概念,因为输功效率已经包含了压力的因素在内,以此就可以比较任意机型的效率高低。
此概念,在团标《压缩空气站能效分级指南》中得到应用。
输功效率
空压机的压缩过程实际也是一个能量的转换过程,也可以用效率的方式表达。传统计算压缩机效率的方式是理论绝热压缩功/实际电耗,这种计算方式是错误的。理论绝热压缩功并不是能量转换的结果,在压缩过程中,系统对外排出的热量等值于系统输入的电能,但是并不是说电能全部转换为热能,其转换的重要部分是压缩空气对外的做功能力,也就是对外所作的膨胀功, 工程热力学上称为㶲,又叫有效能。
 输功效率计算
其计算公式为:

式中:
p1是压缩后的压力;
p0是对外做功的环境压力;

v0是环境压力下的空气流量。

空压机机组输入比功率为行业习惯使用,输功效率与机组输入比功率换算关系式为:

η = Np /q

式中:
q——机组输入比功率

Np——大气状态下流量为1m³/min 的压缩空气气动动力。

● 常用空压机输功效率

现用压缩空气系统中,螺杆空压机用量占绝大多数,以GB19153-2009《容积式空气压缩机能效限定值及能效等级》中喷油螺杆空气压缩机能效值( 风冷) 计算,输功效率最高值为63%,最低值为31%。

以75kW风冷螺杆空压机为例,1、2、3级能效指标值输功效率见表2:

由上述可以看出,空压机指示功用于压缩空气,轴功率的功大部分转化为指示功,空压机有用功效率较高。压缩空气散发的热量等于空压机对其做的功,与空压机输出压缩空气有效能没有直接关系。空压机输入能的50% 左右,可以转化为有效能,作为动力使用。所以本文开头列举的几种说法显然是错误的。

本文提出的空压机输功效率,合理地反映了空气压缩机的能量效率,使得大家认清压缩空气的做功能力,更合理地分析系统能量损失,开展压缩空气系统节能工作。


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