淺談直連往復活塞式空壓機的能效問題

董嘉才，吳廣忠

（青島地恩地機電科技股份有限公司，山東青島266071）

1 引言

我國在1986年，國務院就頒布了《節約能源管理暫行條例》和《中國技術政策·能源》藍皮書，要求把節約能源作為在國民經濟調整時期挖潛、革新、改造的重點來抓，并提出了切實加強節能研究，開發和推廣節能新技術、新工藝、新設備和新材料，加速節能技術改造，調整高耗能工業產品結構，降低能源工業自耗能比重等一系列技術政策。對于空壓機而言，是否節能的唯一判斷標準為“比功率”。同時，國家也和對待家用電器一樣，制定了相應的能效等級標準。空壓機能效等級現行的標準為GB19153-2009，在這個標準里面可以根據電機的功率，排氣的壓力以及冷卻方式等，對應得出空壓機的能效指數。

2 能效的定義

能效：按照物理學的觀點，是指在能源利用中，發揮作用的與實際消耗的能源量之比。從消費角度看，能效是指為終端用戶提供的服務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、壓縮效率和機械效率一樣，也是一種效率。但它表述的，是一種實際的能量的消耗，沒有理論數值的參與。

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

圖1 功率測試儀

圖2 玻璃轉子流量計

3 比功率的計算

在2003年之前執行的老標準中，功率一般是指空壓機的軸功率，即壓縮機主軸所需要的功率，等于內功率和機械損失功率之和。所以在原來的老標準中，比功率為壓縮機壓縮單位

實際容積流量所需的軸功率，等于軸功率與空壓機實際流量之比值。

而在2003年之后執行的標準是《GB19153容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》，在GB19153中，功率指的是空壓機在額定工況下的總輸入功率。而空壓機的比功率是指壓縮機壓縮單位實際容積流量氣體所消耗的總輸入功率。空壓機比功率是評價在壓縮相同氣體，相同排氣壓力下的壓縮機性能的一種指標，也是評價壓縮機能效的重要指標。壓縮機比功率越小，說明壓縮機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，空壓機單位時間內排出的氣體容積。按國家標準，空壓機的實際排氣量為標稱流量的±5%公差范圍均為合格。容積流量是一臺空壓機的出廠標定流量，即m3/min，投入生產以后，隨著機器的長期使用，不可避免的會有機械磨損，流量數值會成下降趨勢。建議按照維修保養手冊，定期更換易損件，以恢復容積流量。

輸入功率和容積流量一般都是直接寫在機器銘牌上。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；所以說這2個數值都是在一定排氣壓力下的實測值。

4 效率不達標空壓機的常用整改措施

空壓機效率不達標的現象分2種情況：第一種是設計初期在進行樣機測試的時候；第二種是空壓機使用了一段時間之后出現的。要解決效率不達標的問題，就要降低比功率的數值，根據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種效率不達標的情況，分別作出分析和整改措施。

第1種情況：在設計初期進行樣機測試的時候出現比功率數值不達標。這種情況一般表現為設計的理論排氣量和樣機的實測（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、設計累計公差、裝配精度等原因所導致，所以在設計的時候一定要預留足夠的系數來保證實測的樣機比功率數值達標；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，因為下面我們所制定的提升排氣量的措施，大都是基于這個公式而推導出來的。

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） 改善電機特性，提高電機的轉速；（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的實測排氣量，其中第一種措施操作最為簡單方便。

第2種情況：在空壓機使用了一段時間之后出現比功率數值不達標。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，“維護保養不及時”是空壓機出現比功率數值不達標的主要因素，常言道：“三分使用，七分保養”，可見后期的維護保養是非常重要的。至于其他的不良因素，只要你購買的是正規廠家的空壓機，相對出現的幾率會低一些。

5 結語

綜上所述，大家應該對于直連往復活塞式空壓機的能效問題有了進一步的認知，對于比功率的計算有了一定的掌握，對于影響比功率數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準的初衷，那就是合理利用資源，提高能源的利用率。