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一文讀懂空壓機容積流量變化的秘密

發布時間:2021-03-26 16:24人氣:

談論空壓機離不開三大性能參數:壓力、流量(排氣量)、功率的表現。由于空壓機是耗能大戶,且其廣泛應用于工業生產的各個領域,空壓機的降耗增效意義非常重大,得到了業內及用戶一致認可。

 

筆者將從設計、制造、使用和服務(售前、中、后)來闡述壓縮空氣節能的秘密。本文先從壓力、溫度、相對濕度這三大因素入手,帶大家了解空壓機容積流量的變化。

 

 
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一、空壓機流量的定義

 

 

壓縮空氣系統是保障用戶安全高效使用壓縮空氣的設備組合且各自分工明確。見圖1。

 

壓縮空氣系統

 

在客戶需要使用壓縮空氣的時候,對于壓縮空氣系統的選型有九個步驟,第一步就是選擇系統用氣量。(見圖2)

 

壓縮空氣系統的選型

 

空壓機是壓縮空氣產生的源頭,因此空壓機的流量大小是滿足客戶使用壓縮空氣的首選目標。

 

空壓機的流量指空壓機在額定排氣壓力下,單位時間內排出的空氣量(質量或容積),折算到進氣狀態的空氣量(質量或容積)。在空壓機市場中,在標書、合同、樣本及機器銘牌上,都是指容積流量。容積流量在我國又被稱為排氣量或公稱容積流量。

 

在GBT 4975-2018 《容積式壓縮機術語 總則》(圖3)規范了“流量”這個術語:

 

容積式壓縮機術語

 

標準容積流量在壓縮空氣市場需求中對于標準狀態(溫度、壓力及組份)有兩種定義:

 

1) 標準狀態為壓力P=101.325KPa;標準溫度T=0℃;相對濕度為0% 。通常在工業氣體、化工行業或投標標書中經常遇到,簡稱“標方”,通常算式符號為“VN”,單位為Nm3/min。

 

2) 標準狀態為壓力P=101.325KPa;標準溫度T=20℃;相對濕度為0% 。通常在壓縮空氣行業的標準中應用,稱為“標準工況”,通常算式符號為“V”,單位為m3/min。

 

二者換算可以通過公式(1):

V(m3/min)=1.0732VN(Nm3/min)     (1)

 

在JB/T 6430-2014《一般用噴油螺桿空氣壓縮機》(見圖4)和JBT 10972-2010《一般用變頻噴油螺桿空氣壓縮機》(見圖5)中有更為詳細的“流量”術語規范,為“公稱容積流量”。其規定工況就是采用標準狀態為壓力P=101.325KPa,標準溫度T=20℃,相對濕度為0%時的“標準工況”。

 

一般用噴油螺桿空氣壓縮機

一般用噴油螺桿空氣壓縮機

 

因此,在空壓系統設備的設計、制造、銷售和使用過程中,我們都以“標準工況”為依據來標定空壓機的“公稱容積流量”。

 

空壓機的“公稱容積流量”是在一定的排氣壓力下,空壓機單位時間內排出的氣體容積,折算到標準狀態(壓力P=101.325KPa,標準溫度T=20℃,相對濕度RH=0%)下從空壓機吸氣口位置吸入的空氣量,單位為m3/min。見圖6。

 

公稱容積流量

 

 
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二、什么因素會影響到空壓機的容積流量?

 

 

就像汽車的耗油量參數一樣,每種汽車在工信部備案的耗油量參數是指汽車制造廠根據國家規定的試驗標準由汽車行駛百公里消耗的燃油量(以L為計量單位)。但是在實際駕駛中,每輛汽車的油耗都不一樣。因為有路況、天氣、駕駛員習慣等等因素的影響。

 

雖然每臺空壓機在出廠前都按照國家標準進行設計、生產和測試,但使用時實際工況不同,空壓機三大性能參數(壓力﹑容積流量﹑功率)的表現也會不同。本文主要分析導致空壓機容積流量變化的因素。

 

空壓機的容積流量在標準工況(壓力P=101.325KPa,標準溫度T=20℃,相對濕度RH=0%)下為機器銘牌的容積流量。但對于壓縮空氣的用戶來說,使用時實際工況不可能與標準工況一致,主要受到空壓機在使用時海拔高度或進氣壓力、環境溫度或進氣溫度及進氣相對濕度不同的影響。見圖7。

 

空壓機的容積流量

 

但對于用戶來說,他需要的是實實在在的壓縮空氣,空壓機在實際工況下生產的容積流量才能用來賺錢。因此對于絕大多數用戶來說:實際工況下的容積流量<公稱容積流量(標準工況)是肯定的,見圖8。

 

空壓機的容積流量

 

當空壓機的實際工況=標準工況(壓力P=101.325KPa,標準溫度T=20℃,相對濕度RH=0%)時。用戶需求容積流量才可以與空壓機的公稱容積流量匹配。除此之外,選擇和使用空壓機時都需要考慮到實際工況。

 

舉例:某紡織廠有20臺絡筒機,每臺機器工作壓力為:0.7MPa(G),需求氣量為:0.6m3/min。工廠實際需求氣量:

V絡筒機需求=20*0.6=12(m3/min)

 

工況1:假設在壓縮空氣系統中沒有壓降和損耗,當空壓機的實際工況=標準工況??諌簷C在排氣壓力0.7MPa(G)時的公稱容積流量選擇:

V公稱容積流量=1.013*12*293/293*1.013 =12(m3/min)

 

此時,選擇空壓機公稱容積流量>12m3/min/0.7MPa(G)可以滿足要求。

 

當空壓機的實際工況≠標準工況(壓力P=101.325KPa,標準溫度T=20℃,相對濕度RH=0%)時。用戶需求容積流量將如何匹配空壓機的公稱容積流量呢?下面我們通過三大因數(進氣壓力、進氣溫度及相對濕度)的影響來討論空壓機容積流量的變化。

 

(一) 空壓機環境或進氣溫度的差異影響空壓機的容積流量。

 

工況2:還用上面的舉例,某紡織廠有20臺絡筒機。假設在壓縮空氣系統中沒有壓降和損耗,當空壓機房的實際工況=標準工況(壓力P=101.325KPa,標準溫度T=20℃,相對濕度RH=0%)時??蛻糍徺I某空壓機公稱容積流量為12m3/min/0.7MPa(G)。但由于該空壓機空濾吸氣口位置設計遠離機器的進風口(見圖9)。使得空濾吸氣口溫度高于環境溫度5℃(T進氣溫度-T環境溫度=5℃)。

 

空壓機的容積流量

 

V實際容積流量=1-V公稱容積流量*(293+5)/293 =98.3%V公稱容積流量(m3/min)

 

經過上式計算,空壓機的實際容積流量減少1.7%左右。溫度差值越大,容積流量減少越多。見圖10。

 

實際容積流量

 

意味著,該客戶應該選擇更大公稱容積流量的空壓機。圖11表示空濾入口溫度高于環境溫度1~10℃所需公稱容積流量的增加值。

 

實際容積流量

 

因此,當環境溫度適宜時,還需要看空濾入口溫度。同樣,如果空壓機的環境溫度>標準工況,對于絡筒機進氣端而言,也會存在壓縮空氣量不足的現象。見圖12。

 

實際容積流量

 

(二) 空壓機所處的環境由于海拔高度或進氣壓力的差異影響空壓機的容積流量。

 

世界上絕大部分空壓機使用都是在海平面之上,所以空壓機的容積流量隨海拔的增加而減少。

 

即使使用同樣的機頭,由于空壓機設計制造的差異,造成機頭進氣壓損(機箱開孔面積不夠、空濾壓損大、減荷閥及進氣管路小等等),也會導致空壓機的容積流量減少。見圖13。

 

空壓機的容積流量

 

工況3:還用上面舉例,某紡織廠有20臺絡筒機。假設在壓縮空氣系統中沒有壓降和損耗, 當空壓機的實際工況為環境溫度T=20℃,相對濕度RH=0%,海拔高度2000米時。由于海拔高度2000米的環境大氣壓:P1=77.6KPa。見圖14。

 

空壓機的容積流量

 

V實際容積流量=1-V公稱容積流量*(77.6/101.3)=76.6%V公稱容積流量(m3/min)

 

通過上式計算,空壓機的實際容積流量減少23.4%。海拔高度越高,容積流量減少越多。

 

工況4:還用上面舉例,某紡織廠有20臺絡筒機。假設在壓縮空氣系統中沒有壓降和損耗, 當空壓機的實際工況為環境溫度T=20℃,相對濕度RH=0%,環境壓力P=101.325KPa。如果,空濾使用到2000h以上,空濾壓損35mbar。見圖15。

 

空壓機的容積流量

 

V實際容積流量=1-V公稱容積流量*(35/1013)=96.54% V公稱容積流量(m3/min)

 

從上式計算可以知道,如果把空濾更新或拿掉,空壓機的實際容積流量將增加3.46%。

 

由此可以知道,空壓機機頭入口壓力很重要!同樣,如果空壓機由于機箱進氣口或空濾管有壓差,對于絡筒機進氣端而言,也會存在壓縮空氣量不足的現象。見圖16。

 

空壓機的容積流量

 

(三) 空壓機使用環境相對濕度的差異影響空壓機的容積流量。

 

空氣相對濕度的影響也非同小可,世界上絕大部分空壓機使用都不可能在環境相對濕度為0%的地方。

 

工況5:還用上面舉例,某紡織廠有20臺絡筒機。假設在壓縮空氣系統中沒有壓降和損耗,當空壓機的實際工況為環境溫度T=20℃,相對濕度RH=60%,環境壓力P=101.325KPa。

 

V實際容積流量=1-V公稱容積流量*(14/1013)=98.61% 

 

V——公稱容積流量(m3/min)

 

水蒸氣在20℃時的飽和壓力PVS= 23.37mbar

 

對濕度60%意味水蒸氣的壓力為: Pv=0.6X23.37 =14.022mbar

 

通過上式計算,空壓機的實際容積流量減少了1.38%。相對濕度越大的地方,空壓機的容積流量減少得越多!如果在35℃環境溫度80%相對濕度,相比標準工況下,絡筒機進氣端壓縮空氣量減少4.44%。見圖17。

 

空壓機的容積流量

 

以上我們以某紡織廠為例,可能不足以震撼用戶。再來舉一個極端一點的例子來闡述相對濕度的重要性。

 

工況6:某醫院制氧機,壓縮空氣需求為10m3/min-0.7MPa(G),壓力露點3℃。假設在壓縮空氣系統中沒有壓降和損耗,在標準工況下,空壓機剛剛合適。

 

如果空壓機的實際工況為環境溫度T=20℃,環境壓力P=101.325KPa,當相對濕度RH>0%時,相對濕度變化時不會對V公稱容積流量發生變化,但供給制氧機的壓縮空氣量卻因為空氣中水蒸氣含量占比發生變化。

 

1)當環境溫度=20℃時,供制氧機壓縮空氣量隨相對濕度增加而減少0~2%;

2)當環境溫度=25℃時,供制氧機壓縮空氣量隨相對濕度增加而減少0~2.8%;

3)當環境溫度=30℃時,供制氧機壓縮空氣量隨相對濕度增加而減少0~3.8%;

4)當環境溫度=35℃時,供制氧機壓縮空氣量隨相對濕度增加而減少0~5%;

 

如果在病床不住滿的情況下,看不出相對濕度的影響。但是遇上去年的疫情,病人大量增加,醫院需要氧氣量大增時,壓縮空氣量減少5%,就意味著有5%的病人得不到救治,人命關天??!

 

所以,環境溫度或進氣溫度差異﹑環境壓力或進氣壓力變化﹑相對濕度不同是影響空壓機容積流量的三大因數,對于銷售員或客戶來說必須予以考慮。當然,還有空壓機系統壓力及主機轉數也會影響到空壓機的容積流量。
文章來源:http://www.hnzetz.com/bkzs/364.html

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