如何提高空气压缩机的效率

空气压缩机效率

影响空气压缩机能效的因素有哪些？这些因素包括类型、型号、尺寸、电机额定功率、系统设计、控制机制、使用情况和维护计划。空气压缩效率低下的主要原因是压缩空气温度升高以及系统众多运动部件摩擦产生的热量损失。

说到空气压缩机的效率，检查整个系统至关重要，包括空气压缩机本身、供气管线、储气罐、空气干燥器、储气罐和后冷却器。通过对压缩空气系统进行正确的调整，您可以节省能源和成本。

哪些因素导致空气压缩机效率低下？

许多因素都可能导致空气压缩机效率低下。当以下任何因素发挥作用时，空气压缩机的性能可能会随着时间的推移而降低：

a) 空气质量差

如果进入的空气太热、含有杂质或湿度高，空气压缩机的效率就会显著降低。

b) 气压控制不一致

空气压缩机控制器提供的高压不稳定或恒定。当空气压缩机以接近最大压力运行时，会给系统带来更大压力，并降低效率。

c) 设计系统缺陷

系统设计缺陷可能导致空气压缩机效率低下。设计缺陷可能包括：

• 分配系统规模不合适。
• 缺乏恢复系统。
• 增加热量浪费。
• 管道中存在不必要的弯曲。
• 未修复的泄漏。

d) 空气压缩机不匹配

空气压缩机需要根据设备的压缩空气需求进行匹配或充分调整。如果空气压缩机与应用不匹配，其效率和整体性能可能会显著降低。

e) 压力降

空气压缩机系统中的压力下降会严重影响空气压缩机的效率。管道尺寸不合适、水分过多、过滤器脏污或空气传输距离过长都可能导致压力下降。

f) 计划外维护

计划外维护会导致系统过早磨损，增加维修成本。由于系统活动部件数量众多且使用频繁，未能制定定期维护计划可能会导致空气压缩机效率低下。

如何提高空气压缩机的效率

提高空气压缩机效率通常始于找出系统磨损的原因。节能压缩机依靠控制和设计来实现最高效率。

最高效的空气压缩机系统需要适当调整的控制、接近最低压力的运行以及与应用相匹配的维护良好的系统设计。

通过以下方式提高系统效率：

• 改善进气质量。
• 匹配空气压缩机控制。
• 改进系统设计。
• 考虑压缩空气需求。
• 尽量减少压降。
• 维护您的压缩机。

通过使用这些方法来提高压缩机的效率，您还可以提高空气压缩机的性能和寿命。

1）改善进气质量

空气压缩系统的三个组件影响性能：

a) 温度

进气温度决定了空气的密度。冷空气压缩所需的能量较少，因此将其泵入空气压缩机系统效率更高。避免使用密度较低的热空气，因为它会显著降低您的生产效率。

b) 组成

清洁的进气口可确保压缩空气更顺畅地通过系统。空气中的污垢、灰尘或其他杂质会积聚在空气压缩机内部。这些污染物会侵蚀重要部件，造成磨损并降低存储容量。

c) 湿度

湿气会对空气压缩系统造成危害，因为它会在系统内部积聚，导致组件生锈。这会导致磨损、泄漏和存储容量下降。干燥的空气不太可能损坏您的空气压缩系统及其使用过程中的工具。

2）匹配空压机控制

空气压缩机控制装置可使压缩机输出与压缩机系统的需求相匹配，而压缩机系统可能由一台或多台压缩机组成。此类控制装置对于空气压缩机系统的效率和高性能至关重要。

压缩空气系统旨在维持特定的压力范围，并根据最终用户的需求提供不同的空气量。当压力达到一定水平时，控制系统会降低压缩机的输出功率。相反，如果压力下降，压缩机的输出功率就会增加。

最精确的控制系统能够维持较低的平均压力，且不会低于系统要求。低于系统要求可能会导致设备故障。因此，系统控制与储能容量的匹配至关重要。

以下控制有助于提高单个压缩机的效率：

• 根据压力，启动和停止控制打开和关闭压缩机。
• 加载和卸载功能可将压缩机卸载至排出压力。
• 调节控制管理流量需求，而多步控制允许压缩机在部分负载条件下运行。
• 双重和自动双重控制允许选择启动/停止或加载/卸载。
• 可变排量可以在两个或多个部分负载条件下运行。
• 变速驱动器不断调整电机速度以满足不断变化的需求。
• 具有多个压缩机的系统使用系统主控来协调优化压缩空气所需的所有功能。
• 当压缩空气系统的复杂性超出本地和网络控制的能力时，系统主控制器可以协调压缩空气系统。此类控制器可以监控系统组件并追踪数据趋势，从而增强维护功能。
• 压力和流量控制器以较高的压力储存空气，以便以后满足需求波动。

一个设计良好的系统应该使用以下内容：

• 需求控制
• 贮存
• 信号良好的位置
• 压缩机控制

此类系统的主要目的是以最低的稳定压力输送压缩空气，同时用储存的高压压缩空气支持波动。

对于多台压缩机，顺序控制可以通过运行压缩机来满足系统负载，并在不需要时将其关闭以满足需求。网络控制也有助于管理整个系统的负载。

3）改进系统设计

以下是改进空气压缩机系统设计的六种方法。

a) 修直道路

狭窄的输送管线或急剧的弯折会导致系统摩擦力增加、压降增大，从而导致到达使用点的压力降低。更好的设计应该减少弯折和环路的数量，从而能够利用相同的能量产生更高的压力。

b) 在需要时节省能源

储气罐或接收器可以缓冲短期需求变化，并减少开关循环。储气罐还可以防止系统压力在需求最高时降至最低压力要求以下。压力下降会导致系统压力升高，从而造成气压浪费。储气罐的大小取决于压缩机的功率。例如，一台 60 马力的空气压缩机需要一个 60 加仑的储气罐。

c) 冷却进气

由于压缩冷空气所需的能量比压缩暖空气所需的能量少，因此可以将压缩机进气口移至室外阴凉处，以减少压缩所需的能量。例如，温度每降低20华氏度（约7摄氏度），即可降低近3.8%的运营成本。

d) 使用多个小型压缩机

大型空气压缩机效率低下，因为在部分负荷运行时，每台压缩机的能耗更高。这种系统可以采用多台小型压缩机并采用顺序控制，这样只需关闭部分压缩机即可关闭系统的其他部分。

e) 废热回收

余热可用于烧水，用于空间供暖，也可用于加热水。设计合理的热回收装置可以回收空气压缩过程中消耗的50-90%电能。

f) 位于高需求区域附近

通过将空气接收器放置在靠近高需求源的位置，可以更轻松地通过降低压缩机的整体容量来满足需求。

4）考虑压缩空气需求

a) 检查负载曲线

合理设计的压缩空气系统应考虑负载曲线。如果空气需求波动较大，系统必须在部分负载下高效运行。当需求波动较大时，多台压缩机将提供更经济的能源利用。

b) 尽量减少人类需求

人工需求是指当使用压力高于应用所需压力时，非调节用气所需的过量空气量。如果应用需要 50 psi 的压力，而实际收到的压力为 90 psi，则系统会产生新的空气。终端使用压力调节器可以最大限度地减少人工需求。

c) 确定所需的正确压力

所需压力水平必须考虑过滤器、管道、分离器和干燥器中的系统损耗。提高排放压力会增加不规则使用的需求，例如泄漏。换句话说，压力升高会导致效率低下。例如，集管压力每增加 2 psi，由于消耗未经调节的空气，能耗就会增加高达 1%。为了节能，您应该在降低系统压力的同时实现高性能。

d) 检查供求情况

确保空气压缩机的尺寸相对于最终用途而言不会过大。考虑所有最终用途，量化每种应用所需的空气量。对整个压缩空气系统进行总体评估，有助于排查分配系统问题，并最大限度地减少空气的不当使用。

e) 使用框图和压力分布图

框图有助于识别空气压缩系统中的所有组件。压力曲线显示系统中的压降，这应该为调整控制提供反馈。要完成压力曲线，必须测量压缩机的入口、空气/润滑油分离器以及多级压缩机的级间压差。通过记录系统压力和气流数据，您可以确定系统故障、间歇性负载、系统变化以及一般状况。压力和气流的变化可以通过系统控制来管理，从而最大限度地减少对生产的影响。

f) 使用压缩空气储存

储能系统可以通过降低衰减率和压降量来控制需求高峰期间的需求事件。它还可以在必要时关闭压缩机，以保护关键操作免受系统中其他事件的影响。

5）尽量减少压降

压缩空气流经分配系统时，会发生压降。过度的压降会导致性能下降并增加能耗。压缩机信号上游的压降会导致最终用户的工作压力降低。这需要更高的压力才能满足压缩机的控制设置。在增加容量或提高系统压力之前，务必先降低系统压降。为了获得最佳效果，压缩空气设备应在最低有效工作压力下运行。

减少压降的方法如下：

a) 保持合理的系统设计。压降过大的最常见原因是分配集管和生产设备之间的管道尺寸过小。如果您根据预期的平均压缩空气需求选择管道，而没有考虑最大流量，就会出现这种情况。

b) 维护空气过滤和干燥设备，以最大程度地减少湿气。确保过滤器上没有污垢，以免阻碍气流并导致压降。及时维护和更换滤芯对于降低压降至关重要。

c) 选择压降尽可能低的分离器、干燥器、过滤器和后冷却器。过滤器、软管和压力调节器的典型压差为每平方英寸7磅压差 (psi)。

d) 选择在最低压差下性能最佳的调节器、软管、润滑器和配件。

e) 减少空气通过压缩空气系统的距离。

许多工具在气源压力为 80 磅/平方英寸 (psig) 或更低时也能有效运行。降低空气压缩机的排气压力可以最大限度地降低泄漏率，提高容量并节省成本。 

然而，降低工作压力可能需要修改压力调节器、过滤器和存储尺寸。请记住，如果系统压力低于最低要求，设备可能无法正常工作。

降低压降可使系统在较低压力下更高效地运行。对于使用大量压缩空气的机械而言，在较低压力下运行设备可以节省大量能源。虽然可能需要使用更大的气缸等部件才能在较低压力下保持正常运行，但节省的能源应该足以抵消额外设备的成本。

6）维护压缩机

维护不当的空气压缩系统会导致能源和金钱的浪费。因此，定期检查系统是否存在泄漏、过早磨损和污染物积聚至关重要。

修复泄漏

空气浪费是造成空气压缩系统能量损失的主要原因，会浪费20%到30%的压缩机输出功率。即使是很小的泄漏，如果不及时纠正，随着时间的推移，也会泄漏大量空气，造成巨大的损失。请记住，空气损失与泄漏的大小和系统中的供气压力成正比。

泄漏不仅浪费能源，还会导致系统压力下降，从而降低气动工具的效率。压力不足意味着设备需要运行更长时间才能达到相同的效果。正常运行时间的增加也意味着需要额外的维护，甚至停机。

检测并修复泄漏可以将能量损失降低到压缩机输出的 10% 以下。压缩空气系统中的任何地方都可能存在泄漏。不过，大多数泄漏发生在压力调节器、开放式冷凝水收集器和截止阀、断路器、管件、螺纹密封剂、软管、管道和配件中。

要估算压缩空气系统中的泄漏量，请测量压缩机加载和卸载所需的时间。由于泄漏造成的压力下降，空气泄漏会导致压缩机循环启动和关闭。使用以下公式计算总泄漏百分比：泄漏量 (%) = [(加载时间（分钟）x 100) / (加载时间（分钟）+ 卸载时间（分钟）]。在维护良好的系统中，该百分比应低于 10%。维护不良的系统泄漏量可能高达 20% 甚至更多。

泄漏检测

超声波检测仪通过识别嘶嘶声，最有可能定位泄漏。超声波检测仪速度快、精度高、易于使用、功能多样，并且能够在设备运行时进行测试。

如果您没有超声波泄漏检测器，可以使用肥皂水和油漆刷来涂抹可能存在问题的区域。

泄漏修复

一旦找到泄漏点，修复方法可能是拧紧连接处。但是，也可能需要更换接头、管段、软管、联轴器、存水弯、配件和排水管。安装时，请务必使用合适的螺纹密封剂。

您可以通过降低压缩空气系统的压力来减少泄漏，直至泄漏得到修复。将系统总管压力稳定在最低范围内，以最大限度地降低泄漏率。

预防

合理的泄漏预防计划有助于识别和应对未来的泄漏。它还有助于维护高效、稳定且经济高效的空气压缩系统。以下几点有助于制定泄漏预防计划：

• 确定漏气的成本。这将作为评估维修效果的基准。
• 识别泄漏。虽然超声波泄漏检测仪最有效，但手持式仪表也可以帮助识别泄漏。
• 记录泄漏情况。记录泄漏的规模、位置、类型和预估损失，以便追踪泄漏发生的地点和原因。
• 优先处理较大的泄漏。
• 调整控制以最大限度地利用能源。
• 记录泄漏情况。此类记录可以指出可能导致反复出现问题的设备。
• 定期审查。定期检查将有助于保持系统高效运行。

7）更换过滤器

过滤器用于确保洁净的空气送达最终用户。灰尘、污垢和油脂会堵塞过滤器，导致系统内气压下降。如果不清洁过滤器，压降可能需要更多能量才能维持相同的压力。此外，务必使用低压降、长寿命的过滤器，并根据最大流量选择合适的尺寸。

8）维护

确保压缩空气系统维护程序到位，并确保员工接受适当的培训。这将确保系统在未来数年内高效运行。

幸运的是，有很多方法可以提高压缩空气系统的效率。通过适当的维护，您的系统可以在节省成本的同时提供高性能。