澳大利亚的一个视图：效率曲线，系统卷和压缩机系统因子
本文介绍了一种新的、有用的压缩空气系统参数，称为“压缩机系统系数”（CSF）。给定系统的CSF定义了空气压缩机与其系统之间的关系以及压缩机的运行方式。了解系统的CSF可以在现有运行特性和拟定系统特性之间进行比较。通过应用能源效率措施（如增加存储接收器容量、改变压力带宽或切换到不同的压缩机控制模式）来改变系统也会改变CSF。使用CSF数值可以很容易地预测变化的结果。
CSF使用的单位是一分钟的百分比，因此结果非常有用，并与任何测量单位兼容，无论是SI基本单位还是北美制造商使用的标准单位。
CSF的计算是一个简单而强大的工具，可以：
- 提供对压缩空气系统状态的洞察力
- 帮助确定低资本成本项目，以提高压缩空气系统的效率
- 帮助评估供应方面和需求侧压缩空气效率项目的优点
给定系统的CSF：
- 对于在加载/卸载（在线/离线，OLOL）模式下运行的压缩机，主要控制压缩机功率与流量特性的曲线形状，从而控制效率
- 可以在设计过程中计算，以帮助预测不同设备选择的系统效率
- 可以使用秒表和简单计算轻松确定已安装压缩机
压缩机系统要素基础
什么CSF措施并不是深刻，而且要理解这不是一个艰难的概念。
| CSF只是在每个加载/卸载循环期间，系统体积存储和释放的压缩机每分钟容量的百分比. |
例如，如果1000 cfm压缩机的CSF为10，则其压缩空气系统将在每个加载/卸载循环中存储并释放10%的1000 cfm或100立方英尺的空气。一台25立方英尺（cfm）的压缩机的CSF也可能为10，但其系统在每个循环中只能储存和释放2.5立方英尺的空气。具有相同CSF的压缩机具有相同的循环特性，而与压缩机的尺寸无关。需要注意的是，每个循环中存储和释放的空气量取决于存储接收器的有效体积和加载/卸载压力带的宽度。
许多读者会认识到美国能源部的指南《改进压缩空气系统性能：工业原始资料》中的功率百分比与容量百分比曲线这些曲线显示了在加载/卸载模式下，改变系统容积如何影响典型润滑螺杆压缩机的效率。图1所示的曲线是在10 psi的固定加载/卸载压力带宽下生成的。对于不在10 psi压力范围内运行的压缩机，为了使图表正确，必须生成一组新的曲线。但是，如果图中的每一条线都代表一个给定的CSF，那么这些曲线可能适用于系统存储和压力带宽的任意组合，并且具有大约相同的中间压力。
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图1：加载/卸载压缩机的典型功率与流量图
资料来源：压缩空气挑战赛
了解用于构造原始图形的压力变化是10 psi，可以从1,3,5和10 gal / cfm更改为5.3,15.9,26.5和53的相应CSF值。
压缩空气挑战，压缩空气系统的效率培训史蒂夫·布里斯科，压缩空气挑战赛主席 最佳实践展览和会议演示视频 |
每个周期存储和释放的卷如何以及为什么会影响部分负载功率？
CSF的单位是一分钟的百分比（即时间）。这提供了如何影响压缩机效率的线索。如果压缩机具有小CSF，则大型CSF表示压缩机循环长于那些。如果系统存储大，或压力带宽，则压缩机需要更长的时间，以将系统压力从负载设置增加到卸载设置。需求使用储存空气也需要更长的时间，导致压力降至负载设置。如果压缩机CSF非常小，则这些相同的时间将很短，并且压缩机将快速循环。这可能导致短暂的循环，这是浪费的能力。
下一个情节将帮助您了解为什么长周期时间导致较低的功耗。
图2：显示功率和压力的压缩机循环示例
图2示出了在四个负载和实施例37-kW压缩机的卸载循环期间的功率和压力变化。请注意，在循环期间，流程正在发生变化，从而改变了每个负载/卸载循环的特性。从图表中观察以下内容：
- 对于某些循环，压缩机空载时间较长，压缩机功率降至较低值，导致平均空载功率较低。
- 有些周期很短。当这种情况发生时，功率不会下降太多，平均无负载功率更高。
- 压缩机仅“在线”，并在功率曲线的峰值（即“交付开始”和“卸载”点之间）产生空气。在所示的四个循环中的一个循环中突出显示这些循环。此时，功率和压力同时增加。
- 压缩机在任何其他时间使用的功率都会被浪费。
- 从卸载点可以看出，随着进气阀关闭，功率会迅速下降（约为24 kW）。压缩机现在处于完全调节状态。
- 然后随着分离器罐通过吹扫阀排出时的时间。它在30到80秒后稳定，随压缩机设计而变化。然后只有压缩机完全卸载。压缩机在此绘图中永远不会完全卸载。
- 当压缩机重新加载时，当压缩机向上泵送其内部容积以将空气输送到系统中时，会发生2到5秒的延迟。这种泵送功率被浪费了。
具有高负载/卸载循环频率的压缩机由于低CSF系统值（小系统存储，窄压力带）与具有较大CSF值的机器相比具有以下特性：
- 空载功率较高。
- 浪费的电力浪费了“内部泵”。更频繁地发生。
- 整体电力使用较高。
例如，如果相同的压缩机在50%负载下的加载/卸载循环时间为30秒/30秒（CSF 25），则与较低系统值（CSF 8）的10秒/10秒时间相比，该压缩机将使用较少的功率。
在相同的平均负载下，CSF值越大，循环时间越长，意味着压缩机的空载时间越长，平均空载功率越小，压缩机的效率也就越高。
下图3显示了以下各项的典型功率/流量百分比曲线：
- 用于不同CSF值的固定速度负载/卸载压缩机，包括同一系统的曲线，但有两个半尺寸的压缩机（2 x 50％x CSF 7）
- 具有不同CSF值的可变几何控制压缩机（注意，对于低于转向阀最小输出的容量，压缩机像固定容量机器一样进行加载/卸载操作。因此CSF影响这些机器。）
- 不同的变速压缩机从同一OEM扩展到定速压缩机（如果可能，使用相同的空气端）
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图3：压缩机操作模式的比较
许多人认为，使压缩机系统更有效的方式是使调整压缩机负载/卸载压力频带尽可能窄。这不是这种情况，因为一个小压力频带将存储每个周期的小空气，导致CSF值非常小。
这并不是说压力带应该尽可能大。更大的压力范围会增加系统中所有压缩机的功率使用，并增加人工需求。当使用CSF考虑这些因素时，毫不奇怪每个系统及其运行条件在任何时候都有一个最佳压力带（OPB）。
如何使用CSF提高压缩空气系统的效率？
CSF值可通过多种方式用于提高压缩空气系统的效率：
- CSF的概念提供了洞察修剪压缩机尺寸，操作模式，系统体积和湿到干侧压降如何影响其部件负载效率。
- 根据已知参数和测量参数计算CSF的方程式可用于查找方程式中使用的任何参数。例如，可以从测量值中找到CSF。如果还记录了压缩机加载和卸载设置，则可以计算（有效）系统体积（在括号中插入Image020.png）。如果湿侧体积和干侧压力变化也是已知的，那么也可以估计干侧体积。
- 压缩机的CSF值可直接与效率曲线数据一起使用，以估算特定百分比负载下压缩机的功耗。这有助于根据已知（测量或假设）负荷曲线对新的或更改的压缩系统功耗进行建模。
- 它允许开发单位功率和节省产量（PUP-Y）图表（下图4）。
PUP-Y图表显示了不同CSF值的平均单位功率和节省产量。PUP趋势基于CSF值在特定负载（20%、40%、60%和80%）下的平均功率值。将这些功率值与100%负载时的功率值进行比较。因此，PUP曲线提供了一种估算微调压缩机平均功耗的方法。
图表的产量趋势基于不同CSF值的功率/流曲线百分比（80％至60％，80％至40％，80％至20％）之间的平均坡度。它是压缩机百分比的变化与平均功率的变化之间的比率。
例如，根据PUP-Y图表，带有CSF 10的压缩机将：
- 平均比功耗为其满载比功率的1.59倍。
- 产生30％的产率：例如，60％至40％的平均压缩机负荷减少（例如，从泄漏修复）将导致平均电力使用的6％（即60 - 40 = 6）减少6％。
如果有效系统容积增加，因此产生的CSF现在为20：
- 修剪压缩机的平均特定功率变为1.5倍满负荷值，导致节省5.6％。
- 产量变为38%，使前一个示例中相同的负载减少更大（60%到40%现在节省7.6%的功率）。
幼崽趋势在一起允许快速估计功耗和节省。
其他一些评论：
- PUP-Y图表基于压缩机在20％至80％之间的所有负载下支出相等的时间。所有修整压缩机都不是这种情况。因此，PUP-Y图表只是允许在几分钟内而不是详细建模的小时数快速估计的指南。如果需要高度准确的值，则应完成详细的建模。
- PUP-Y图表显示，增加CSF值的回报率递减。
- PUP-Y图表允许建模工作在考虑相对压缩机尺寸、泄漏和人工需求负荷以及系统体积时，找到最佳压力带（即压力带宽的最佳选择）。
图4：压缩机PUP-Y图表
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本文已引入压缩机系统参数CSF。它显示了如何在其系统中找到压缩机的CSF值。它还显示了CSF如何成为提高压缩机系统效率的强大工具，以及评估压缩空气效率相关的项目。
未来的文章将进一步探讨CSF的应用。例如，通过影响CSF值，可以找到压缩机的最佳压力范围，并评估空气处理压降如何影响功率使用。
作者简介
Murray Nottle是澳大利亚墨尔本的一名大学合格机械工程师。他在压缩空气行业工作超过15年。这段时间中有一些是与气动公司合作的，然而，大多数是与压缩机公司合作的。这包括建立一个组织的能源审计能力。Murray与卡诺集团就压缩空气生产率和效率进行咨询。可通过电子邮件联系他，地址为mnottle@carnot.com.au或参观www.carnot.com.au.
阅读更多信息空压机控制技术， 访问airbestpractices.com/technology/compressor-controls.
