甘孜空壓機廠家：從軸功率揭開螺桿空壓機節(jié)能的秘密（經(jīng)典干貨）
眾所周知，空壓機的能效取決于機組的輸入比功率，比功率與機組的功率值密切相關。也就是說，在體積流量和壓縮機軸功率相同的情況下，單位功率和比功率越大，空氣壓縮機消耗的能量越多。

空壓機的機組輸入功率與電機軸功率、電機效率、電箱功率、風機功率等有關，其中軸功率所占比例。



空壓機的軸功率是在一定的體積流量和工作壓力下，電動機（或柴油機）在單位時間內(nèi)對空壓機主軸的功，稱為軸功率。

對于空氣壓縮機的軸功率，我們可以從空氣壓縮機內(nèi)部的功率消耗（即主機的軸功率）和空氣壓縮機外部的功率消耗（電機軸功率）來揭示軸功率的重要性。首先，從機組的輸入功率從外到內(nèi)對空壓機的能耗進行了分析。（見圖1）

根據(jù)公式（1），單位功率的組成為：

p單元功率=p電機功率+p風扇功率+p電氣箱功率-公式（1）

公式（2），電機功率與電機軸功率和電機效率有關：

p電機功率=p電機軸功率/η電機效率-公式（2）

根據(jù)公式（3），電機的軸功率與空氣壓縮機主機的軸功率和傳動效率有關（見圖2）：

p電機軸功率=p電機軸功率/η傳動效率-公式（3）

在空氣壓縮機行業(yè)，從標準、銘牌、手冊和商務談判來看，機器的尺寸通常用“驅動電機功率”（hp/kw）來表示，電機銘牌是“額定功率”，實際上是指空氣壓縮機的軸功率。（見圖3）

如果我們將公式（2）和（3）代入公式（1），可以得到公式（4）：

p單位功率=（p主機軸功率）/η傳動效率）*η電機效率+p風扇功率+p電箱功率-公式（4）

從公式（4）可以看出，在機組功率中，軸功率（主機/電機）和效率（傳動/電機）是空壓機的六個動力系統(tǒng)之一，占機組功率的比例。（見圖4）

螺桿式空氣壓縮機的動力系統(tǒng)由主機、電機和傳動系統(tǒng)組成：

根據(jù)公式（4），如果我們想知道空氣壓縮機的單位功率，我們必須首先知道主機軸功率。

ii。主機軸功率

1。主機軸功率的計算

空壓機主機軸功率是主機提高壓縮空氣壓力勢能所需的綜合機械（或熱能）。它與空氣壓縮機的指示功率和絕緣效率有關，但不包括外部傳動（如齒輪或皮帶傳動）損失的功率（見公式（5））

ps=墊/η絕熱效率-公式（5）

ps是主機的軸功率

pad是空氣壓縮機的指示功率

η絕熱效率=0.7~0.85

在設計空氣壓縮機之前，空氣壓縮機設計師通常會計算或了解空氣壓縮機的主軸功率。

例1：假設設計了一臺螺桿式空氣壓縮機，排氣壓力為0.7mpa（表壓），體積流量為16.67m3/min，進口壓力為0.1mpa（絕對壓力）?？諝鈮嚎s機的軸功率是多少？它應該配備多大的電機？

解決方案：

1）體積流量換算：q=16.67m3/min=277.78l/s
壓縮空氣所需指示功率的計算：

3）假設螺桿式空氣壓縮機的絕熱效率：η=80%

根據(jù)公式（1），主機軸功率：ps=pad/η絕緣效率=79.34/0.8=99.15kw

應配備多大的電機？以后再計算。

如圖6所示，空氣壓縮機不可能進行等溫壓縮（壓縮過程中空氣溫度保持不變）或絕熱壓縮（壓縮過程中與外界沒有熱交換）。因此，它應該是一個可變的壓縮過程。

通過實驗，由于噴油螺桿式空氣壓縮機主機轉數(shù)高，在升壓過程中，壓縮氣體與噴油潤滑油之間的熱交換非常不足。在壓縮過程結束時，氣體的溫度遠高于油的溫度，最終在排氣過程中實現(xiàn)熱平衡，以達到相同的排氣溫度。

因此，錯誤地認為燃油噴射可以實現(xiàn)近等溫壓縮過程是不準確的。實驗表明，實際噴油螺桿空氣壓縮機的效率仍略低于絕熱壓縮，因此在計算主軸功率時，它與絕熱壓縮有關，而不是等溫壓縮。

空氣壓縮機主機的工作是動力系統(tǒng)能耗的原因。因此，為了節(jié)約能源，主機必須首先節(jié)約能源。（見圖7）

2。主機軸功率影響因素

在計算空壓機主機軸功率時，需要輸入進氣壓力、進氣溫度、環(huán)境溫度、工作壓力、主機轉速、進氣壓降、排氣壓降等參數(shù)（見圖8）。因此，這些參數(shù)將影響主機軸的功率。

①單元入口壓力的影響

盡管國家標準規(guī)定空氣壓縮機的制造和測試應符合“標準工作條件”（標準入口壓力px=1.013bar）。但是，在不同的實際運行條件（海拔高度）下，空氣壓縮機在不同設計制造和客戶現(xiàn)場的性能也會不同（進氣壓力損失差），這將對空氣壓縮機的軸功率產(chǎn)生影響。

圖9中的橫坐標是進氣壓力，右側的綠色縱坐標是軸功率。進氣壓力增大時，軸功率曲線減小；相反，它上升了。

我們可以理解，由于進氣壓力損失，壓縮比不同，導致軸功率不同。

例2：客戶在海拔m處使用空氣壓縮機時，需要0.7mpa，風量為5.44m3/min（根據(jù)數(shù)據(jù)，環(huán)境壓力為0.7bar），其壓縮比為：

i=p行/px=（7+0.7）/0.7=11-公式（7）

表示需要相同的風量。此時，軸功率大于標準工況（壓縮比8）下的軸功率，必須選擇10bar的空氣壓縮機。因此，當進氣壓力降低時，軸功率增加。

例3：空氣壓縮機的空氣過濾器和減壓閥的壓降為35mbar（見圖10），要求為0.7mpa，氣體體積為5.44m3/min。其壓縮比：

i=p行/px=（7+1）/0.965=8.3-公式（8）

表示需要相同的氣體體積。此時，軸功率比轉速高3.6%在標準工作條件下（壓縮比8）。因此，當進氣壓力降低時，軸功率增加。

②環(huán)境溫度的影響

雖然國家標準規(guī)定空氣壓縮機的制造和測試應符合“標準工作條件”（標準溫度t=20℃）。然而，在實際使用中，由于工作條件的不同，空氣壓縮機在不同客戶場所的性能會有所不同。環(huán)境溫度的差異會影響空氣壓縮機的功率。

圖11的橫坐標是環(huán)境溫度，右側的綠色縱坐標是軸功率。當環(huán)境溫度升高時，軸功率曲線減小。然而，由于體積流量曲線（藍色曲線）的下降斜率較大，機組的比功率反而增加（紅色曲線）；反之亦然示例4如圖12所示。

③工作壓力的影響

在相同的主機和轉速下，排氣壓力越大，空壓機的軸功率越大?。ㄒ妶D13）

在這里，我們可以區(qū)分三種情況：

a）空壓機內(nèi)部系統(tǒng)壓降：在相同的工作壓力下，從主機后部到空壓機出風口前部的氣路系統(tǒng)壓降越小，主機排氣壓力越小，主機軸功率越小，機組比功率越小，而且空氣壓縮機更節(jié)能；相反，它消耗能量。

b）空壓機后面的系統(tǒng)壓降：在相同的工作壓力下，由于成品氣浪費（管道泄漏、凈化設備耗氣量大、不合理耗氣量等）或系統(tǒng)壓降大，主機（空壓機、凈化設備及附件后的管道）排氣壓力遠大于其正常工作壓力（管道壓降、凈化設備壓降、系統(tǒng)配置不合理等），導致主機軸功率增大，機組比功率增大，空壓機耗能；相反，它節(jié)省能源。

空壓機工作一段時間后，空氣濾清器濾芯和油氣分離器芯的阻力損失會隨著工作時間和環(huán)境影響而增加，導致主機工作壓力升高。在達到維修要求之前，主機軸的功率也會增加。為了電機的安全，必須增加裕度，這將在電機部分詳細量化。

④主機速度的影響

在相同的主機和工作壓力下，軸功率隨主機轉數(shù)的增加或減少而增加或減少?。ㄒ妶D15）

例5：一個品牌的變頻螺桿式空氣壓縮機可以執(zhí)行兩種壓力控制模式：

a.在工作壓力恒定的情況下，通過改變主機的轉數(shù)來達到節(jié)能的目的；（見圖16，左圖）。

b.同時，在軸功率不變的情況下，隨著工作壓力的變化，可以通過改變主機轉數(shù)來增加或減少空壓機的排氣量，從而限度地提高變頻空壓機的利用率。這就是為什么該空氣壓縮機的變量為100hz（見圖16）。

⑤主機的效率影響

無論什么類型的主機，主機的每個檔位都有其效率曲線（見圖17）).當主機轉數(shù)過低時，由于主機泄漏增加，機組的比功率會較高（因此變頻空壓機的頻率在20hz以上，如果頻率較低，不僅會消耗能量，而且可能無法吹出空氣）；當主機的轉數(shù)過高時，主機的機械摩擦增加，導致機組的高比功率（市場上通常稱為小型馬拉車）。

由于變頻空壓機能效限值的計算方法不同于工頻空壓機，所以主機的效率曲線得到了很好的利用，變頻空壓機上調(diào)整并使用了非工頻空壓機一級能效的主機，而且有很多情況下可以達到1級能源效率。

因此，從gb-容積式壓縮機能效極限和能效等級可以看出，在相同功率下，也是一級能效，要求工頻比功率值小于變頻比功率值。從空氣壓縮系統(tǒng)的節(jié)能角度來看，在滿載條件下，工頻電機比變頻器更節(jié)能。這與主機效率點的選擇有關，這在第三章噴油螺桿式空氣壓縮機能效極限值分析中進行了分析。

⑥主機外形的影響

螺桿式空氣壓縮機已有近100年的歷史。主機的設計主要是螺旋線型的演變。

線性設計要求：
高軸向/橫向密封性

b）接觸線的長度應盡可能短

c）大面積利用系數(shù)

d）減少并避免空氣泄漏

e）重量輕，剛性好

f）良好的加工性能

其中，最重要的是剖面的面積利用率：cn=f/dm。表1顯示了幾種齒廓的面積利用率比較：

第二個是主機的處理技術。

因此，對于一個好的主機，首先要考慮的是安全性和耐用性，其次是節(jié)能。撇開主機的安全性和耐用性不談，再談節(jié)能，賺錢總比輸強。

⑦壓縮比的影響

前面提到的進氣壓力影響中的“壓縮比”。在空壓機主機的壓縮過程中，不可能壓縮100%的空氣，會有一定量的空氣泄漏。壓縮比越高，泄漏越嚴重；同時，“壓縮比”越高，壓縮空氣的溫升越高。當空氣壓縮機從電能轉換為機械能，再轉換為氣壓勢能時，空氣溫度的變化越小，空氣壓縮機主軸的功率越小，空氣壓縮機就越節(jié)能。這也是為什么在大型模型中，兩級壓縮比單級壓縮更容易實現(xiàn)1級能效的原因之一

三、傳輸系統(tǒng)

空壓機傳動系統(tǒng)是指電動機與主機之間的連接部件，一般可分為直接傳動、齒輪傳動和皮帶傳動。

這三種連接方式各有特點。對比見表2。

根據(jù)公式（3），傳動系統(tǒng)是從電機軸功率到主機軸功率的橋梁，變速器e效率直接影響單位功率。

四、電機軸功率

1?？諝鈮嚎s機電機

空氣壓縮機是一種將原動機（通常為電動機或柴油機）的機械能轉換為氣體勢能（壓力性能）的裝置。電機是空氣壓縮機的動力輸入點。

最常見的空氣壓縮機電機是三相異步電機和永磁（變頻）電機。

2。電機輸入功率

絕大多數(shù)空壓機電機為三相電機，其輸入功率計算公式為：

p＝√3uicosφη——公式（9）

其中u是線電壓，i是相電流，cosφ是電機功率因數(shù)，η是電機效率。我們可以從電機銘牌上查看。（見圖24，左圖為工頻電機，右圖為永磁變頻電機）

從公式（9）可以看出，電機的輸入功率與電機效率和功率因數(shù)密切相關。

①電機效率

電機將電能轉換為機械能，在能量轉換過程中不會出現(xiàn)損耗。這是許多因素的結果，如電阻損失、通風損失、磁化損失、摩擦損失和加熱。能量轉換率可由電機效率η確定，以顯示。（見公式（9），p1為電機軸功率（通常為電機銘牌上標注的額定功率），p為電機輸入功率）。

η=——公式（10）
p=p1/η——公式（11）

根據(jù)公式（10），當電機軸功率p1保持不變時，電機效率η越高，電機輸入功率p越低，空氣壓縮機越節(jié)能！國家標準gb《電動機限值和能效等級》規(guī)定，電動機能效等級分為三級：一級、二級和三級，分別對應國際標準的ie4、ie3和ie2。

gb-6月1日實施能效限值和電機能效等級，進一步提高能效指標（見圖26）。

根據(jù)國家標準gb-電機限值和能效等級，目前市場上大多數(shù)空氣壓縮機使用的電機一般為三相異步電機ie2（3級），永磁電機ie4（1級）以上；各級電機效率η差值為1~2%。額定功率越大，效率值的差異越?。ㄒ妶D27）。

在第三章“噴油螺桿式空壓機能效限值分析”中介紹，空壓機抽檢不合格率高達22.4%，僅次于三相異步電動機的23.3%，不合格項為：“機組輸入比功率和能效鑒定”。

事實上，空壓機抽檢不合格率很大程度上與電動機，尤其是工頻三相異步電動機的不合格率有關。由于大多數(shù)空壓機采用的三相異步電動機為ie2（三級），當輸入電源為非節(jié)能電動機時，空壓機如何節(jié)能？

電機效率受技術水平、制造成本、電壓、極數(shù)等因素的影響?？諌簷C電機（尤其是三相異步電機）的選擇應遵循以下原則：

a）在相同的額定功率下，電機的能效等級越高，電機的效率越高，空壓機的節(jié)能效果越好；（建議超過ie3）

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b）在相同的額定功率下，電機極數(shù)越高，電機效率越高，空氣壓縮機越節(jié)能；（可使用4極電機代替2極電機）

c）在大功率電機額定功率相同的情況下，電壓越高，電機效率越高，空壓機越節(jié)能；（對于250kw以上的空氣壓縮機，如果可能，順序為10kv>；6kv>；380v）

d）對于相同檔位的電機，滿載效率高于負載變化效率（電機的最佳效率為100%負載）（見圖28）；

e）對于可變負載運行，首選永磁變頻電機；

f）在安全條件下，電機保護等級越低越好。

例6：對于75kw電機，一個是ie2，另一個是ie4。耗電量的差別是什么？答案如圖29所示。

②電機功率因數(shù)

在交流電路中，有三種功率：有功功率p、無功功率q、視在功率s和功率因數(shù)cosφ是有功功率p與視在功率s的比值，即cosφ=p/s。功率因數(shù)是衡量電氣設備效率的一個因素。

有功功率p（w）：在電路中，電阻元件上消耗的功率為有功功率，表示電源的利用程度。

當φ=0時，直流電路，p=ui

當φ當≠0，交流電路，p=3uicosφ

我們可以從電機銘牌上查看功率因數(shù)。（見圖24。左圖為工頻電機，右圖為永磁變頻電機）。

異步電動機的功率因數(shù)較低，因為它需要一些功率來產(chǎn)生磁場以維持電動機運行。這部分磁場產(chǎn)生的功率不會被消耗，只存在于電機和電源之間，即無功功率。

永磁電機的磁場是由永磁體產(chǎn)生的，不需要這種無功功率，所以它只需要吸收電網(wǎng)的有功功率來做外部功，所以它的功率因數(shù)非常高。

例7，以銘牌功率為75kw的永磁電機和異步電機為例，比較它們的輸入電流，了解永磁電機和異步電機效率高的原因。見表3

在變頻空氣壓縮機中，當異步電機在80%負載下時，電機效率下降嚴重，功率因數(shù)下降更嚴重，永磁電機基本上保持了20%~120%負載之間的高效率和功率因數(shù)。在部分負載下，永磁電機比異步電機具有更大的節(jié)能優(yōu)勢，甚至超過50%。（見圖31，1為永磁電機，2為異步電機）。

五、空壓機電機額定功率的選擇

在示例1中，主機的軸功率為99.15kw。如何選擇電機？

1）計算電機軸功率：

根據(jù)公式（3）：p電機軸功率=99.15/0.98=101.17kw（η傳動效率=98%（齒輪傳動）

檢查1:gb——在電機能效的限定值和能效等級中選擇的90kw/4極/ie4的效率為96.2%。

根據(jù)公式（2）：p電機功率=101.17/0.962=105.17kw（下一檔不超過110kw）

檢查2:gb——在電機能效的限定值和能效等級中選擇90kw/2極/ie2的效率為94.1%。

根據(jù)公式（2）：p電機功率=101.17/0.941=107.5kw（下一檔不超過110kw）

2）計算電機使用系數(shù)：

一般情況下，空壓機電機使用系數(shù)sf=1.15；以th為例e空氣濾芯和精分離芯（8%軸功率）使用周期內(nèi)壓降的影響


例8：空氣壓縮機品牌10.5m3/min/0.7mpa/55kw/2級能效/ie3電機/齒輪傳動/sf=1.15。假設p電箱+p風機=0.5kw（見圖32）
p單位功率=10.5*6.4=67.2kw

p電機功率=67.2-0.5=66.7kw

p電機軸功率=66.7*0.946=63.03kw

p主機軸功率=63.03*0.98=61.77kw

sf=62.03/55=1.13

可以看出sf接近1.15。如果機器使用一段時間后，由于精分芯堵塞，空氣壓縮機內(nèi)部的壓降增加，電機的使用系數(shù)將不足，從而導致電機的安全運行。

在例9圖32中，版本中的能效等級為2級，版本中的能效等級為3級（因為2級的比功率值為6.2）。如果你想少換，用ie5（96.3%）替換電機。

p主機軸功率=61.77kw

p電機軸功率=61.77/0.98=63.03kw

p電機功率=63.03/0.963=65.45kw
p單位功率=65.45+0.5=65.95kw
ε=65.95/10.5=6.28

它仍然無法進入2級能效，但非常接近。您可以查看主機的效率曲線，以校正體積流量并減少主機的轉數(shù)，這樣就有可能進入新的2級能效。

因此，深入了解“軸功率對噴油螺桿空壓機節(jié)能的影響”，不僅可以在空壓機制造過程中揚長避短，盡可能降低空壓機組的比功率值，而且可以在激烈的市場競爭中處于領先地位。