进风口温度对空压机性能的影响

在一些工厂维护圈里有一个部分正确的想法，那就是“压缩空气是免费的”。本杂志的读者知道这不是真的。但是，如果非压缩空气可以被视为“免费的”呢?有没有什么东西我们可以从大自然中免费得到，以降低压缩空气的成本?如果低温度的空气是大自然的礼物呢?如果我们需要的只是一点锡来从另一个来源输送空气呢?

答案是:“视情况而定。”

本文的目的是揭穿一些误解，并显示入口空气温度如何实际影响压缩机效率在三种系统。综上所述，根据具体情况，进口空气温度对压缩机效率的影响不大。本文将讨论以下两个影响效率的因素:(1)压缩机类型，(2)压缩机控制。

定义

在开始本文之前，让我们先定义几个关键术语：

入口立方英尺每分钟(icfm)：这是压缩机进气口处每时间单位的实际风量。它是在实际条件下，未修正密度。这是你可以在压缩机入口处用皮托管等速度测量装置测量的。

标准每分钟立方英尺:这是实际压缩空气系统中不存在的标准参考点的输送气流体积。它本质上是质量流量除以一个常数。这是你可以用质量流量计测量的，在压缩机的排气时，用压力和温度来补偿测量。

等熵(或绝热)压缩:这是一个理想的压缩模型，当没有热量传递出压缩机，好像压缩室的墙壁是绝缘的，温度上升。它是可逆的。有趣的是，这种压缩方式并不是特别“有效”。这更接近于单级，无油螺杆压缩机的工作方式。两级间冷无油压缩机具有良好的效率，但就进口温度而言，它们表现为“绝热”压缩机。绝热效率是理想绝热功率除以实际功率。

等温压缩:这是一种理想的压缩模型，当所有的热量都从压缩机中传递出来，并且通过压缩使温度恒定。有趣的是，这种压缩方式相当“高效”。这更接近于喷油螺杆压缩机的工作方式，特别是多级机组或多级之间有中间冷却的离心机组。等温效率是理想等温功率除以实际功率。

容积效率:这是进口体积流量(icfm)除以没有滑移或“位移”的理想流量。

进气温度如何影响不同类型的压缩机

大多数工厂中有三种常见类型的压缩机，包括容积式、螺杆式（注油和无油）和动态式（离心式）。为了理解入口温度对其的影响，我们将概括它们的效率。我意识到这些都是概括，也有例外。本文的目的不是比较这类压缩机的效率，而是研究进气温度对每种压缩机效率的影响。

Oil-Injected螺丝

这种类型的压缩机设计用于空气流中可能含有微量油的一般工业应用。转子之间的滑动非常小，因此具有较高（且恒定）的容积效率。此外，压缩过程中会出现明显的内部冷却。因此，每一级的温升是三级中最低的，压缩机的行为最接近“等温”压缩模型。在简化的意义上，油润滑螺杆压缩机的功率和流量随入口温度变化如下：

• 体积(icfm)随入口温度而恒定。
• 输送流量（scfm）与入口温度成正比。入口温度降低10ºF将导致质量流量增加约1.9%。
• 等温压缩所需功率与入口密度无关，仅取决于压力比和速度。因此，在喷油螺杆压缩机中，它不是完全等温的，当入口温度较低时，功率只会上升一小部分。

注：文献中的一些讨论将该类型压缩机的功率对入口温度不敏感归因于恒定油温控制。他们声称，由于恒定的油温，入口流量基本上是恒定的。在我看来，情况并非如此。在切断前的很短时间内，进气不可能与机油达到热平衡温度。机油温度确实对功率有影响，但这是由粘度引起的。低粘度降低了阻力，但增加了转子之间的滑动。因此，在机油温度较高的空冷机组中，较高的环境温度实际上会降低容量，但同时会降低粘性阻力（反之亦然）。在水冷式机组中，不会对体积流量产生影响。

结论

1. 效率（scfm/kW）随着进气温度的降低而增加，因为质量流量增加，而功率几乎没有增加。
2. 环境温度主要与油的质量和维护有关。

无油螺杆

这种类型的压缩机是专为制药和高科技应用，没有油可以在空气流。在转子之间有一些滑移，在压缩阶段没有冷却-只是在两个阶段之间冷却。因此，每级的温升是三级中最高的，压缩机的性能最接近“绝热”压缩模型。在较高的压力下，体积效率下降，也导致较低的绝热效率。简单地说，在无油螺杆压缩机中，功率和流量随进口温度的变化如下:

• 体积(icfm)随入口温度而恒定。
• 输送流量(scfm)和进口密度(lb/min)都与进口温度成正比。进口温度降低10ºF将导致质量流量增加约1.9%。
• 等熵压缩所需的功率也大致与进口密度和压力比成正比(在icfm恒定的情况下)。
• 压缩机具有两种温敏特性:
  • 进口温度过高，导致第一级出口温度上升失控，可能导致停机。
  • 进口温度较低，导致第一段出口温度下降不受控制，需要在中冷器处进行温度控制，以防止水汽凝结伤害第二段。

结论:

1. 在其他条件相同的情况下，效率（scfm/kW）不随进气温度变化。
2. 考虑到温度上升，只要控制中冷器，最好使用冷入口运行。

多级离心

这种类型的压缩机是专为一般工业应用，在那里没有大量的油可以在气流和更高的气流需要。进气温度(以及密度)显著影响压缩。流量随着压力的变化而变化，就像离心泵一样——低压时低流量，高压时低流量。此外，压缩机效率随曲线上的点而变化。它的行为类似于一个绝热压缩机，但由于进气的变化而改变流量。简单地说，离心式压缩机的功率和流量随进口温度的变化情况如下:

• 可用扬程(压力)随进口密度而变化。较低的进气温度允许压缩机增加压力，推出不受控制的压缩机曲线(大开的进口)几乎就像速度增加，反之亦然。
• 由于压力随着进口温度的变化而变化，进口导叶(igv)将不得不削减，以防止压力上升(见控制)。然而，进口流量仍然上升。
• 由于曲线上升，在较低的进气温度下，全开和最小节流“喘振线”之间的范围增加，允许在喘振之前有更多的下降(如果控制设置正确)。
• 功率随进口质量的增加而增加，与流量的增加大致相同。压缩机电机电流需要控制在最大的安瓿水平，以防止它在冷进气方案过载。
• 这种类型的压缩机对进口温度非常敏感。功率增加，流量增加，比无油螺杆更明显。然而，功率和流量的变化幅度大致相同。

结论:

1. 效率（scfm/kW）相当恒定。根据最近的一项分析，我们使用了多个型号和品牌，将入口温度更改20ºF只会将效率更改0.2%。
2. 环境温度主要是空气输送、电机负载和电涌保护的问题。

利用压缩机控制来利用进口空气温度

上述讨论主要是理论性的。除非实际系统控制装置允许系统中至少有一台压缩机有效响应较低进气温度提供的增加流量，否则将无法节能。事实上，它可以倒退。我们将简要讨论三种类型压缩机中的控制装置如何利用进气温度效应，或使其恶化。

Oil-injected螺丝

这些是调制，负载卸载或变速驱动器(VSD)压缩机。如果从一个较低的进气温度发生较高的流量，以下两种类型的控制将发生以下情况(我将假设一个双压缩机系统，包括底座和内饰):

• 调制修剪压缩机:从较低的入口空气温度增加流量大致与增加压缩机的速度相似。压缩机流量的增加会导致系统内压力上升，泄漏消耗更多。微调压缩机将响应增加的压力，调整更多，这降低了它的效率。此外，压力的增加会提高压缩机的功率。由于进口空气温度降低而增加的效率全部会被这些增加的损失所抵消。
• 式装卸修剪:压缩机将不得不更频繁地卸载，减少负载。然而，它的空闲时间会增加，降低了整体系统效率的潜在提高。
• 房间隔缺损修剪:微调压缩机将降低速度，减少负载功率而不增加基础负载压缩机功率。效率会更好，类似于理想的计算。

无油螺杆

这些是加载-卸载或变速驱动（VSD）压缩机。如果较低的进气温度产生较高的流量，则两种类型的控制将发生以下情况（我将假设两个压缩机系统，包括底座和配平）：

• 负载-卸载微调:从较低的进口温度增加流量大致类似于增加压缩机的速度。然后，微调压缩机将不得不更频繁地卸载，负载千瓦时的减少与基础负载压缩机增加的千瓦时相同。但是，它的空闲时间会增加，降低系统的整体效率。
• VSD微调:微调压缩机将降低速度，减少负载千瓦时，与基本负载压缩机增加千瓦时相同。效率将与温暖的入口相同。

离心

这些是典型的带有排气压缩机的进口调制。进口调制可以用于恒压或恒质量。恒压是最常见的。如果从较低的进气温度出现较高的流量，将发生以下情况(我将假设一个双压缩机系统，包括底座和内饰):

• 从一个较低的入口温度增加流量大致类似于增加基本负荷压缩机(s)的速度。增加压缩机的流量会导致系统内压力上升，泄漏消耗更多。微调压缩机将响应增加的压力，调整更多，这将降低其效率略有。此外，压力的增加会提高压缩机的功率。在最坏的情况下，微调压缩机将开始吹气(或增加吹气，如果它已经这样做，有时)。系统效率可能保持不变，或者下降。

入口温度下降会提高能源效率吗？

我并不是想对任何人的游行泼冷水，我只是想提供一剂现实。如果您有一个带VFD的喷油旋转螺杆压缩机系统作为微调运行，那么入口温度下降肯定会节约能源。它不会带来巨大的能源节约，但如果只是进行一些改变的话，它将足以使项目变得有价值。在所有其他情况下，储蓄都是值得怀疑的，而且实际上可能是负数。

如果您正在考虑降低入口温度，或改善入口过滤，我建议从维护和空气/油质量的角度来做。然而，请记住，增加的电机电流可能导致，并可能发生过冷和冷凝。

欲了解更多信息，请联系蒂姆•杜根P.E.，压缩工程公司总裁，电话：（503）520-0700或访问www.comp-eng.com．

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