部分负载压缩空气系统比功率优化
压缩空气的生产是昂贵的，但当你意识到使用压缩空气生产机械工作的实际成本时，它可能是令人难以置信的。压缩机和最终使用之间的各种低效可以起到税收的作用，在它被使用之前抢夺了一部分有价值的能源，使使用压缩空气的最终成本远比你知道的要高。幸运的是，有一些事情可以做来降低这些成本和提高效率。
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:固定速度压缩机的典型CAGI表摘录
压缩机的功率系数显示意味着如果你支付10美分每千瓦时为你的权力和你有一个每周5天两个移位操作运行约4200小时每年要花费你大约8500美元每年生产100 cfm的压缩空气,对尽可能多的空气25 HP压缩机可以生产。
对于每周7天、每天24小时的作业来说，供应100立方英尺的空气的成本将增加一倍多，达到每年约18,700美元。这些成本假设压缩机是满负荷运行，这是其最有效的点。
低等效机械输出
但是在系统的另一端，100立方英尺的空气会给你带来什么直接的机械输出呢?压缩空气挑战赛为我们计算了一个例子，这是在我们的压缩空气系统基础研讨会上展示的。如果你的压缩空气驱动一个空气马达，例如，你可能有一个空气驱动的钻机或磨床或冲击扳手，它将需要大约30 cfm的压缩空气输入到工具，以获得1马力的机械轴功率输出。基于CAGI表，这30 cfm将相当于超过6千瓦的压缩机电力输入，但将产生少于1千瓦的机械功率或1马力的输出。
CAC的结论是，与直接驱动电动工具相比，压缩空气驱动工具的运行成本是后者的7倍，也就是说，每100 cfm的空气马达负载成本约为150 kW。
泄漏的税收
但这是假设你制造的所有压缩空气都能进入工具。不幸的是，没有压缩空气系统是完全密封的，它们会泄漏，而泄漏会使系统效率降低。在繁忙的工厂中，典型的系统泄漏水平范围在非常紧凑的系统平均流量的15%到维护不好的系统的50%之间。在极少数情况下，通常涉及有大量备用容量的系统，泄漏的百分比可能高达80%。
让我们假设您的系统是平均的，泄漏率为30%。这意味着你必须生产40立方英尺的压缩空气每30立方英尺。因此，空气动力工具的成本相当于直接驱动电动工具的10倍，即每100 cfm约213 kW。
部分负载时的效率等级
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，我们看到了一个典型的100 HP 125 psi额定压缩机的CAGI数据表的摘录。检查和比较这样的表格是比较不同品牌和型号的压缩机效率的好方法。正如我们在其数据表的底部所看到的，这台压缩机的比功率为21.3 kW每100 cfm。查看这些数据的关键是要认识到额定值只在满负荷时有效。
重要的是要认识到固定速度压缩机的CAGI数据表没有显示这种效率下降，因为压缩机是部分加载的，而且效率下降可能取决于一些其他系统特性，如有效存储容量的数量(图3)。
部分负荷和控制方式税
如果系统压缩机的实际平均负载只有满载的40%左右，我们可以看到压缩机控制的两种常见模式，调制和负载/卸载，比功率显著增加。对于图1所示的压缩机，调制模式和每cfm储存容量为1加仑的负载/卸载系统，其比功率将增加近一倍，达到每100cfm约44kw。就像在高尔夫游戏中，更高的幂数意味着你做得更差。这种新的比功率将使压缩空气马达比直接驱动工具的成本高出20倍以上。
图3:这个CAC表可以用来估计部分载荷下的加载/卸载效率
图4:调制源:CAC部分负载曲线
研究表明，大多数系统运行部分加载
通过研究马尼托巴省水电服务区域，我们发现单个压缩机系统的平均空压机负荷在25%到40%之间。在一个典型的系统中，一旦考虑到峰值负荷、安全因素以及由于停机、人员休息、夜班、周末和节假日等原因造成的生产变化，平均负荷通常会比总装机容量低一些。
如果你有一个安装了润滑螺杆压缩机的普通系统，那么你的操作效率很低，压缩空气的成本很高。幸运的是，你可以做一些事情来改善这个数字。
添加存储
让我们再来看看不同压缩机控制模式下的流量与功率曲线。我们可以看到，通过增加10倍的存储容量，并在负载/卸载模式下运行压缩机，我们可以实现效率的提高。
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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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5:125psi时所选VSD CAGI曲线
这意味着什么?前面的讨论表明，如果压缩空气系统是部分加载的，在压缩空气系统上应用存储或VSD控制模式可以优化比功率，从而降低压缩空气的生产成本。
额外的节约措施
- 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-一个很容易提高系统效率和收回部分泄漏税的好方法是找到并修复您的空气泄漏，最佳做法是10%或更低的泄漏率。
- 排放压力减少-通过维护和适当调整过滤器、空气干燥器、管道、调节器、连接器和软管的尺寸来改善压差，可以降低压缩机的排气压力设置，节省电力。例如，如果上面提到的VSD压缩机在100psi的压力下运行，在40%的负载下，每100cfm仅消耗18.7 kW，节省了约20%(基于实际CAGI数据)。
- 正确的大小—在负载仅为其容量40%的情况下使用大型压缩机可能不是最经济的解决方案。有可能将压缩机的尺寸调整到更小的尺寸，使新的压缩机更有效地接近满负荷运行。
想了解更多关于压缩空气优化的知识吗?用鼠标点击就可以了。我建议你去压缩空气挑战赛网站然后四处看看。在那里，你会找到培训研讨会的链接，知识资源，工具和链接，这将帮助你更好地理解你的压缩空气系统的问题，以及如何处理它们。
更多信息请访问压缩空气挑战赛网站或联系Ron Marshall, Marshall压缩空气咨询公司，电话:204-806-2085，邮箱:ronm@mts.net．
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