空气系统压力影响压缩机功率 - 第3部分：系统压力对压缩空气需求的影响
近年来，与压缩空气相关的节能措施(ECM)受到了大量的关注，主要是因为与其他能耗设备相比，其财务回报相对较短。随着时间的推移，为减少压缩空气能耗而提出的许多纠正措施已被简化，目标是鼓励采取行动。虽然这是出于最好的意图，但有时简化和概括不一定会带来积极的结果。压缩空气最常见的节能措施之一，利用最佳实践计算包括降低系统压力。本系列文章的目的是强调一些与估算由系统压力变化引起的能源节约相关的更常见的问题。
本系列的第1部分指出了用于计算与系统压力对空压机功率影响相关的节能的常用方法的问题。第2部分特别关注离心式压缩机，以确定压力、容量和功率之间的关系。这第三篇也是最后一篇文章将重点讨论系统压力对压缩空气需求的影响。
系统压力对压缩空气需求的影响
压缩空气需求和压力之间的关系是相当直观的，可以很容易地观察到空气从气球中逃逸或降低空气工具或吹枪前的调节器的压力。这一概念很简单，但要准确量化压力对一个拥有数百个压缩空气用户的网络的影响可能会变得很复杂。几十年来，压缩机行业的销售人员一直使用简单的经验法则来估计，在压力增加的情况下，需要增加多少压缩机供应能力才能运行系统。
随着通过压缩空气的节能获得关注，因此通过减少压力来降低压缩空气消耗的机会。与还原压力相关的压缩空气需求的降低有时被称为人工需求。虽然一些术语已经被一些术语包括包括所有形式的压缩空气浪费，但原始的目的是定义与在升高的压力下操作相关的段需求。为简单起见，与压力变化相关的压缩空气的量（数量）将被称为人造对本文平衡的人工需求。
计算人工需求
大多数系统的人工需求是一类压缩空气需求，包括估计作为负载条件的函数的多个时间加权值或相对于压力变化的压缩空气需求的一些其他分段。关于目标压力的流动单元将人工要求表示。值得注意的是，人工需求需要操作压力的变化。通常通过应用相对于压力的3个计算中的三个计算之一来估计人工需求：
- 孔口表方法:孔板表是许多压缩空气工业的基本参考，列出了在scfm中各种孔板和压力的空气体积。使用初始压力和建议压力进行人工需求计算，从表中对匹配压力的体积进行划分，以建立适用于压缩空气系统需求的校正因子。
- 空气密度比：该方法使用相对于量压力压力作为源的压缩空气密度。用于所提出的压力的压缩空气的密度除以初始压力的密度，并反对估计提出的需求的初始需求。
- 绝对压力比：对于这种方法，初始和拟议的绝对压力划分和考虑初始要求估算提出的需求。该方法将提供与孔口图所提供的标准条件相同的结果，用于从仪表到绝对压力。密度方法还将提供非常相似的结果。这是最常用的校正量相对于压力变化的计算，因为它不需要表参考，并且可以用作简单的等式。
由于人工需求是与在不同压力下操作相关的流动的差异，因此使用两个方程来说明来简化计算的解释。请注意;在该上下文中的体积是指作为时间的空气流动，该V的v型具有代表PSIG中的SCFM和P中的需求的V.
V final = V initial x [(P final+14.5) / (P initial+14.5)]
v人造=（v initial - v Final）x（受影响的负载）
人工需求 - 潜在的计算误差
在计算人工需求时，对段载荷条件和相关压力非常重要。对于许多系统，当对压缩空气的需求最低时，网络压力最高。这通常是出于几个原因的情况：
- 对于使用级联控制设定点的多个压缩机的系统，需要更少的压缩机，所需的压缩机在级联中的下一个装饰压缩机将使用更高的压力值决定电源压力。
- 使用采用气动入口调制控制的压缩机，随着压缩机供应减小而增加，压力增加。这些机器使用了使用比例逻辑操作的减色导频，作为信号压力的函数调制入口阀。
- 过滤器和干燥器之间的压力损失随着流经组件的流量减少而减少。这适用于多个压缩机连接到普通净化设备的系统，或压缩机具有某种形式的供应减少控制。
- 管网，子标头和共享使用点组件的任何压力损失都会随着通过组件的流量而减小。随着需求的降低，这将提高一些应用的压力。
由于人工需求是相对于初始操作压力消耗的额外压缩空气量，因此必须使用与每个负载条件相关的压力值。这是一个常见的错误，对于某些系统来说，根据负载条件之间的压力和需求的变化，这个错误可能非常严重。为了帮助解释，我们将参考2013年7月发行的本系列第1部分的示例系统:
取样系统 这个例子是基于一个简单的系统，4个相同的100马力压缩机运行使用加载/卸载本地控制，和压缩机控制设置之间的一个简单的压力级联。在现场条件下，压缩机的额定转速为400 scfm，在115 psig时消耗100 hp，在50%负载时消耗70 hp。每个压缩机有20秒的启动许可(关闭到满负荷)。系统总储水量为660美元加仑。为简单起见，系统没有过滤器或干燥器，从压缩机包排放到网络中最远点的总∆P <0.4 psi。在记录了7天期间的压力、电流和流量后，确定了四种不同的负载条件:
对于这个系统,建议由安装压缩机系统控制器,操作压缩机内的任意组合10 psi控制乐队使用的速度变化超前控制逻辑,限制压力衰减小于5 psi在过渡从晚上调到白天的转变。该系统将在96psig +/- 5psi的平均压力下运行。 |
来自样品系统的123 psig的最大记录压力不能用于计算所有负载条件的人工需求。除了低负荷期当需求平均为200 SCFM时，其他负载条件在较低压力下运行。假设拟议的66psig的工作压力，几乎20％的需求减少将根据使用123 psig的最大压力值错误地估计所有条件。在日期班次期间，当需求最高时，平均压力仅为107 psig。使用这种压力，人工需求将代表需求减少9％;与使用最大压力的估计相比，不到一半的节省。
计算人工需求时最常见且显着的错误假设网络或供应压力的相对变化将影响所有压缩空气设备。重要的是要理解，压缩空气需求由压缩空气排出到大气中，或者界面的一些减压。根据系统的大小，可能有数百或数千个个别点，每次有助于总系统需求。这可以是空气扩散以驱动组装工具，通过填充通过软管中的泡罩泄漏的气缸或空气来致动阀门的空气。在每个单独的消费者的某个点，存在压力可以影响空气密度，速度和体积流量的界面。根据系统以及压缩空气如何消耗，网络压力的降低可以直接影响整个需求，需求百分比或根本没有影响。一些经常的人工需求考虑如下：
- 使用点稳压器．大多数压缩空气应用有一个或几个压力调节器影响使用点的压力。根据设计、尺寸和调节阀设置的不同，下游压力可能不会因为网络压力的降低而降低。如果调节阀下游的压力没有变化，与应用相关的需求也不会变化。属于这一类的压缩空气需求百分比将不会有与网络压力相关的人工需求，并且系统需求的这一百分比必须从任何人工需求计算中排除。重要的是要认识到，安装调节阀并不一定要将网络压力与使用点隔离。许多低成本的监管机构将跟踪上游网络的压力，导致影响点的压力下降。根据安装情况，相对于网络压力的变化，应用程序的人工需求可能是估计值的一个百分比，或者在某些情况下，当调节压力非常低时，需求可能更大。
- 声速．有些应用不会受到网络压力降低的影响，无论它们是否被调节。在这些应用中，空气在较低的压力下达到了最大的内部速度。只要供给压力高于某个临界值，需求就不会改变。应用程序达到速度限制在30到40 psig的情况并不少见。在这些条件下运行的压缩空气需求部分将不会有人工需求，必须从计算中排除。
- 压力独立控制．一些现代压缩空气设备基于所需结果控制应用中的压缩空气。一个例子是高速编织机器，其中压缩空气用于在所需时间在所需时间跨越限定的路径移动螺纹。内部压力要求较低，本机将自动调节内部压力以达到所需的速度。如果将网络压力降低到本申请，它将内部补偿网络压力的变化，并且压缩空气需求不会改变。这种类型的应用没有人为需求，必须从任何人工需求估算中排除与这些应用相关的总系统需求的体积。
- 压缩空气泄漏．一些压缩空气审核员假设30%的压缩空气需求与泄漏有关，没有任何形式的测量或验证。第二个假设是，所有泄漏都是不受监管的，任何系统压力的降低都将导致人为需求的相应减少。对于大多数压缩机供应超过200马力的工业系统，很大比例的架空管道接头是焊接的，不太容易发生泄漏。如果每个用于连接软管、管或管道的机械接头都被认为是潜在的泄漏，大多数通常位于一个或多个调节器的下游。因此，假设30%的系统需求是不受调节的，并且直接受到系统压力降低的影响，这是不正确的。
在使用点校正人工需求 - 应用调整
许多压缩空气部件安装有滤波器调节器 - 润滑器（FRL），没有关于应用压力的详细期望。气瓶是可能具有人工需求的应用的一个很好的例子。对于将90至100psi设置为圆柱体的圆柱体并不罕见，这将以显着较低的压力提供足够的力和速度。在安装和调谐安装设备期间，通过增加排气计量阀上的背压而不是降低压力来减小气缸速度。例如，净导致为95个PSIG电源，具有55个Psig背压。除非需要95 psig在圆柱体完全延伸后提供指定的力，否则可以通过调节调节器和排气阀在接近40psig的情况下调整相同的圆筒，从而减少了49％的压缩空气所需的量。还可能需要较高的调节压力以补偿圆柱延伸时导致过度压降的低尺寸的部件。当气缸笔划时，通常可以通过观察压力表来看待这一点。当前面的摩擦（压降）或调节器本身是问题的时，仪表读数最初将在圆筒延伸时掉落，然后在圆筒完成指定任务后恢复。在汽缸完全延伸之后，已经完成所需的工作，并且除了不必要地提高压力的情况下，空气流向汽缸，增加了消耗的空气量。 After the cylinder is fully extended, the rate of flow will decrease, along with the pressure drop as pressure increases in the cylinder until flow has stopped. It is not uncommon to see 30 to 50 psi deflection that can be corrected to reduce demand. Although this action may not be as glamorous as a demand expander with a segmented valve and PID control, it can be implemented with almost no capital investment and can deliver significant results for many systems. A facility could reduce total compressed air consumption 20 to 40 percent by diligently tuning point-of-use applications.
节能与人工需求
重要的是重申人工需求是需求减少，而不是能量。假设压缩机排出时的压力不会改变，并且使用某种类型的减压装置减少了网络压力，能量减少将基于所安装的压缩机如何减少相对于供应要求的降低的消耗功率。一流的系统将降低电源几乎直接与需求变化相比。其他系统将减少功率，这是一种需求减少的百分比，极端是具有离心压缩机的系统，其没有更大的节流能力并且努力控制压力的气氛向大气排出过量空气。对于这种类型的系统，需求的减少对电力没有影响。
关闭评论
虽然减少压缩空气压力的努力可能会通过吸引人的回报率，但本系列的所有三个部分讨论的主题识别可能侵蚀某些或全部假定节省的问题。简单的经验法则估计是快速评估机会的简单方法，以确定是否有必要详细分析，但投资级项目需要更多细节。本系列文章中引用的样本系统说明了与人工需求和压缩机电力相关的节能估计值可能根据计算方法，压缩机设计以及如何消耗压缩空气而比3％小于3％以上。对于需要验证结果的较大的系统或项目，评估系统的个人的经验和能力变得更加重要。根据实施系统的参考列表承包可信资源成为投资，因为纠正措施的成本和与高估储蓄相关的风险变得重大。
关于作者
Mark Krisa是Ingersoll Rand的全球服务解决方案总监，并领导公司的压缩空气审计计划。该计划旨在通过利用工程和压缩空气科学来提高系统可靠性，质量和效率来提供客户价值。
Krisa毕业于加拿大西安大略大学，拥有工程科学学位，并在压缩航空业工作了20多年。他在行业的经验是多样的，从压缩机服务技术人员到工程和压缩空气系统审计员。Krisa撰写了几篇论文，并定期在美洲的会议和培训活动中发言。你可以联系Krisa有问题或意见。
要阅读文章的第1部分，请点击在这里．阅读文章的第二部分，请点击在这里
阅读更多系统评估文章，访问www.ghtac.com/system-assessments
2013年10月
