优化部分加载压缩空气系统的比功率
压缩空气的生产成本很高，但当人们意识到使用压缩空气生产机械工作的实际成本时，这可能令人难以置信。压缩机和最终用途之间的各种低效率可能会像一种税收，在使用之前抢走一部分宝贵的能源，并使使用压缩空气发电的最终成本远远超过你所知道的。幸运的是，可以采取一些措施来降低这些成本并提高效率。
压缩空气成本
我们先来看看压缩空气的成本。压缩空气和天然气研究所或CAGI评级空气压缩机的开发出了一种非常有用的方式,使用特定的权力,就像气体里程评级压缩机(图1)。这些都是一些标准条件下测试的结果并显示特定的压缩机消耗多大的权力对于一个给定的输出。比功率的单位是千瓦每100 cfm。
图1：定速压缩机典型CAGI表摘录
该压缩机的具体功率显示意味着，如果您支付每千瓦时10美分的电费，并且每周5天两班制运行，每年运行约4200小时，则每年生产每100立方英尺压缩空气的成本约为8500美元，相当于25马力压缩机所能生产的空气量。
对于每周7天、每天24小时的运行，供应100立方英尺空气的成本将增加一倍以上，达到每年18700美元左右。这些成本假设压缩机满载运行，这是其最有效的点。
低当量机械输出
但是，在系统的另一端，100立方英尺的空气会给你带来什么样的直接机械输出呢？压缩空气挑战为我们计算了一个例子，如我们在压缩空气系统基础研讨会上介绍的。例如，如果您的压缩空气驱动空气马达，如气动钻机、研磨机或冲击扳手内的空气马达，则需要在工具上输入约30 cfm的压缩空气，才能获得一马力的机械轴功率输出。根据CAGI表，30 cfm相当于6 kW以上的压缩机电力输入，但产生的机械功率或输出功率不到1 kW。
与直接驱动电动工具相比，CAC得出结论，压缩空气动力工具的运行成本是电动工具的七倍，或者在这种情况下，每100 cfm的空气电机负载约为150 kW。
漏税
但这是假设你产生的所有压缩空气实际上都进入了工具。不幸的是，没有一个压缩空气系统是完全密封的，它们会泄漏，并且泄漏会降低系统的效率。在繁忙的电厂中，典型的系统泄漏水平在非常紧密的系统的平均流量的15%到维护不善的系统的50%之间。在极少数情况下，通常涉及具有大量备用容量的系统，泄漏百分比可能高达80%。
让我们假设您的系统是平均的，并且有30%的泄漏率。这意味着每使用30立方英尺的压缩空气就必须产生40立方英尺的空气。因此，气动工具的成本相当于直接驱动电动工具的10倍，即每100立方英尺213千瓦。
部分负载时的效率额定值
但还有一个问题应该引起你的关注，润滑旋转螺杆压缩机在部分负载下的效率特性。你可能会惊讶地发现，压缩空气动力的成本是直接电力的十倍，但在某些情况下，情况会变得更糟。当我们考虑到某些压缩机运行方式在部分负荷下效率较低时，成本就会进一步增加。压缩机的运行模式在CAC的培训研讨会或在我们的网站图书馆的“便览6 -压缩空气系统控制”中有解释。
在图1中，我们看到了典型100 HP 125 psi额定压缩机的CAGI数据表摘录。检查和比较类似的表格是比较品牌和型号之间压缩机效率的一种很好的方法。这种特殊的压缩机的比功率为21.3 kW/100 cfm，我们可以在其数据表底部看到。查看这些数据的关键点是认识到额定值仅在满载时有效。
重要的是要认识到，定速压缩机的CAGI数据表没有显示这种效率降低，因为压缩机是部分加载的，效率降低可能取决于一些其他系统特性，如有效存储容量（图3）。
部分负荷和控制方式税
如果系统压缩机上的实际平均负载仅为满载的40%左右，我们可以看到压缩机控制的两种常见模式，调制和加载/卸载，则比功率显著增加。对于图1所示的压缩机，对于调制模式和具有1加仑/立方英尺存储容量的加载/卸载系统，比功率将增加近一倍，达到约44千瓦/每100立方英尺。就像在高尔夫比赛中，一个更高的特定幂数意味着你做得更糟。这种新的特定功率将使压缩空气电机的成本比直接驱动工具高20倍以上。
图3：此CAC表可用于估计部分负载下的加载/卸载效率
图4：调制源的部分负载曲线：CAC
研究表明，大多数系统运行部分加载
我们通过研究马尼托巴水电服务区发现，单压缩机系统的平均空气压缩机负荷范围在25%到40%之间。在典型系统中，一旦考虑到峰值负荷、安全系数和停工、人员休息、夜班、周末和节假日等引起的生产变化，平均负荷通常比总装机容量低很多。
如果你有一个安装了润滑螺杆压缩机的普通系统，那么很可能你的运行效率低下，压缩空气要花掉你一大笔钱。幸运的是，你可以做一些事情来改善数字。
添加存储
让我们再看一看各种压缩机控制模式的流量与功率曲线。我们可以看到，通过将存储容量增加10倍，并在加载/卸载模式下运行压缩机，可以实现效率增益。
让我们看看将加载/卸载模式控制应用到我们前面比较过的同一螺杆压缩机上的效果。如果压缩机10加仑的存储容量,而不是1加仑的具体功率加载40%,具体的功率将下降到约32 kW / 100 cfm储蓄的27%,然而,这需要一个相当巨大的储罐,在这种情况下超过4000加仑,大约6英尺20英尺高。
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VSD操作
表5显示了VSD控制压缩机的CAGI曲线。这些曲线可以根据制造商和压缩机和压力的类型而变化。我们可以看到，在原有压缩机平均负荷40%的情况下，使用新的VSD压缩机，我们的压缩机的比功率将降低到每100 cfm约23 kW。在这种情况下，VSD操作模式可以在每cfm 1加仑的负载/卸载操作中节省48%左右，并将储罐的需求减少到约1 / 5。
图5:125 psi时选定的VSD CAGI曲线
这是什么意思？前面的讨论表明，如果压缩空气系统是部分加载的，则将存储或VSD控制模式应用于压缩空气系统可以优化特定功率，从而降低生产压缩空气的成本。
其他节约措施
- 消除最终用途-显然，如果成本是10到20倍多，以生产相同的轴输出，我们建议考虑生产机械动力的替代方法。你们工厂的某些特定最终用途可能被CAC列为“不合适”。调查是必需的。
- 减少泄漏-轻松提高系统效率并收回部分泄漏税的一个好方法是查找并修复空气泄漏，以最佳实践10%或更低的泄漏率为目标。
- 排气减压-通过维护和适当调整过滤器、空气干燥器、管道、调节器、接头和软管的尺寸来改善压差，可以降低压缩机的排放压力设置并节省电源。例如，如果上述VSD压缩机在100 psi下运行，则在40%负载下每100 cfm仅消耗18.7 kW，节省约20%（基于实际CAGI数据）。
- 合适的尺寸-对于仅为其容量40%的负载，使用大型压缩机可能不是最经济的解决方案。可以将压缩机的尺寸调整为较小的尺寸，使新压缩机更有效地接近满载运行。
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有关更多信息，请访问压缩空气挑战®网站或联系马歇尔压缩空气咨询公司Ron Marshall，电话：204-806-2085，电子邮件：ronm@mts.net.
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