淺談直連往復(fù)活塞式空壓機(jī)的能效問題

董嘉才，吳廣忠

（青島地恩地機(jī)電科技股份有限公司，山東青島266071）

1 引言

我國在1986年，國務(wù)院就頒布了《節(jié)約能源管理暫行條例》和《中國技術(shù)政策·能源》藍(lán)皮書，要求把節(jié)約能源作為在國民經(jīng)濟(jì)調(diào)整時期挖潛、革新、改造的重點(diǎn)來抓，并提出了切實(shí)加強(qiáng)節(jié)能研究，開發(fā)和推廣節(jié)能新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備和新材料，加速節(jié)能技術(shù)改造，調(diào)整高耗能工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，降低能源工業(yè)自耗能比重等一系列技術(shù)政策。對于空壓機(jī)而言，是否節(jié)能的唯一判斷標(biāo)準(zhǔn)為“比功率”。同時，國家也和對待家用電器一樣，制定了相應(yīng)的能效等級標(biāo)準(zhǔn)?？諌簷C(jī)能效等級現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)為GB19153-2009，在這個標(biāo)準(zhǔn)里面可以根據(jù)電機(jī)的功率，排氣的壓力以及冷卻方式等，對應(yīng)得出空壓機(jī)的能效指數(shù)。

2 能效的定義

能效：按照物理學(xué)的觀點(diǎn)，是指在能源利用中，發(fā)揮作用的與實(shí)際消耗的能源量之比。從消費(fèi)角度看，能效是指為終端用戶提供的服務(wù)與所消耗的總能源量之比。按照寬泛意義來說，是能源利用效率的簡稱。同容積效率、壓縮效率和機(jī)械效率一樣，也是一種效率。但它表述的，是一種實(shí)際的能量的消耗，沒有理論數(shù)值的參與。

我們知道，空壓機(jī)的生命成本由3部分組成：一是初始的購機(jī)費(fèi)用；二是日常運(yùn)行費(fèi)用，就是電費(fèi)；三是維修保養(yǎng)費(fèi)用。通常情況下，初始購機(jī)費(fèi)用和后期的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用只占總投資的很少一部分，日常的運(yùn)行電費(fèi)才是主要的花銷。并且用戶要支付的電費(fèi)還不是整臺機(jī)器的輸出功耗，而是整臺機(jī)器的輸入功耗，即該臺機(jī)器的總輸入能耗。所以用戶在購買空壓機(jī)時，要多了解一下空壓機(jī)的比功率，好的空壓機(jī)價格是比某些便宜品牌的空壓機(jī)要貴，但是省下來的電費(fèi)，基本一年就可以收回差額。

圖1 功率測試儀

圖2 玻璃轉(zhuǎn)子流量計

3 比功率的計算

在2003年之前執(zhí)行的老標(biāo)準(zhǔn)中，功率一般是指空壓機(jī)的軸功率，即壓縮機(jī)主軸所需要的功率，等于內(nèi)功率和機(jī)械損失功率之和。所以在原來的老標(biāo)準(zhǔn)中，比功率為壓縮機(jī)壓縮單位

實(shí)際容積流量所需的軸功率，等于軸功率與空壓機(jī)實(shí)際流量之比值。

而在2003年之后執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是《GB19153容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值及能效等級》，在GB19153中，功率指的是空壓機(jī)在額定工況下的總輸入功率。而空壓機(jī)的比功率是指壓縮機(jī)壓縮單位實(shí)際容積流量氣體所消耗的總輸入功率。空壓機(jī)比功率是評價在壓縮相同氣體，相同排氣壓力下的壓縮機(jī)性能的一種指標(biāo)，也是評價壓縮機(jī)能效的重要指標(biāo)。壓縮機(jī)比功率越小，說明壓縮機(jī)能量利用的效率就越高，單位功耗就越低。

比功率=輸入功率P/容積流量Q

單位：kW/（m3/min）

容積流量在中國又被稱為排氣量或銘牌流量，通俗的講在所要求的排氣壓力下，空壓機(jī)單位時間內(nèi)排出的氣體容積。按國家標(biāo)準(zhǔn)，空壓機(jī)的實(shí)際排氣量為標(biāo)稱流量的±5%公差范圍均為合格。容積流量是一臺空壓機(jī)的出廠標(biāo)定流量，即m3/min，投入生產(chǎn)以后，隨著機(jī)器的長期使用，不可避免的會有機(jī)械磨損，流量數(shù)值會成下降趨勢。建議按照維修保養(yǎng)手冊，定期更換易損件，以恢復(fù)容積流量。

輸入功率和容積流量一般都是直接寫在機(jī)器銘牌上。輸入功率是通過常用的功率測試儀器（圖1） 直接讀數(shù)出來的，容積流量也是通過常用的流量測試儀器（圖2） 測試讀數(shù)；所以說這2個數(shù)值都是在一定排氣壓力下的實(shí)測值。

4 效率不達(dá)標(biāo)空壓機(jī)的常用整改措施

空壓機(jī)效率不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象分2種情況：第一種是設(shè)計初期在進(jìn)行樣機(jī)測試的時候；第二種是空壓機(jī)使用了一段時間之后出現(xiàn)的。要解決效率不達(dá)標(biāo)的問題，就要降低比功率的數(shù)值，根據(jù)上面比功率的計算公式得出：要么保持輸入功率不變，提高容積流量；要么保持容積流量不變，降低功率消耗。但大多情況下，我們都是在保持輸入功率不變的前提下，想辦法提高容積流量，來降低比功率數(shù)值，提高能源的利用效率。下面我們就針對上述的2種效率不達(dá)標(biāo)的情況，分別作出分析和整改措施。

第1種情況：在設(shè)計初期進(jìn)行樣機(jī)測試的時候出現(xiàn)比功率數(shù)值不達(dá)標(biāo)。這種情況一般表現(xiàn)為設(shè)計的理論排氣量和樣機(jī)的實(shí)測（在7 kg時） 排氣量之間有差異。一般是由于參與壓縮氣體的零件的加工誤差、設(shè)計累計公差、裝配精度等原因所導(dǎo)致，所以在設(shè)計的時候一定要預(yù)留足夠的系數(shù)來保證實(shí)測的樣機(jī)比功率數(shù)值達(dá)標(biāo)；另外，這里需要給大家介紹一下，理論排氣量的簡易計算公式，因?yàn)橄旅嫖覀兯贫ǖ奶嵘艢饬康拇胧蠖际腔谶@個公式而推導(dǎo)出來的。

表1 常見的原因和解決措施

解決措施：（1） 減小連桿頂面與閥板之間的余隙；（2） 加大曲軸的的偏心距；（3） 改善電機(jī)特性，提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速；（4）保持曲軸的的偏心距不變，增大氣缸的直徑。

以上的幾種措施都可以有效地提高樣機(jī)的實(shí)測排氣量，其中第一種措施操作最為簡單方便。

第2種情況：在空壓機(jī)使用了一段時間之后出現(xiàn)比功率數(shù)值不達(dá)標(biāo)。這種情況的原因比較多，一般常見的原因和解決措施如表1所示。

通過表1可以看出，“維護(hù)保養(yǎng)不及時”是空壓機(jī)出現(xiàn)比功率數(shù)值不達(dá)標(biāo)的主要因素，常言道：“三分使用，七分保養(yǎng)”，可見后期的維護(hù)保養(yǎng)是非常重要的。至于其他的不良因素，只要你購買的是正規(guī)廠家的空壓機(jī)，相對出現(xiàn)的幾率會低一些。

5 結(jié)語

綜上所述，大家應(yīng)該對于直連往復(fù)活塞式空壓機(jī)的能效問題有了進(jìn)一步的認(rèn)知，對于比功率的計算有了一定的掌握，對于影響比功率數(shù)值的常見原因和解決措施有了一定的了解。

但是，希望大家不要忘記國家制定這個標(biāo)準(zhǔn)的初衷，那就是合理利用資源，提高能源的利用率。