甘孜空壓機廠家：從軸功率揭開螺桿空壓機節能的秘密（經典干貨）
眾所周知，空壓機的能效取決于機組的輸入比功率，比功率與機組的功率值密切相關。也就是說，在體積流量和壓縮機軸功率相同的情況下，單位功率和比功率越大，空氣壓縮機消耗的能量越多。

空壓機的機組輸入功率與電機軸功率、電機效率、電箱功率、風機功率等有關，其中軸功率所占比例。



空壓機的軸功率是在一定的體積流量和工作壓力下，電動機（或柴油機）在單位時間內對空壓機主軸的功，稱為軸功率。

對于空氣壓縮機的軸功率，我們可以從空氣壓縮機內部的功率消耗（即主機的軸功率）和空氣壓縮機外部的功率消耗（電機軸功率）來揭示軸功率的重要性。首先，從機組的輸入功率從外到內對空壓機的能耗進行了分析。（見圖1）

根據公式（1），單位功率的組成為：

p單元功率=p電機功率+p風扇功率+p電氣箱功率-公式（1）

公式（2），電機功率與電機軸功率和電機效率有關：

p電機功率=p電機軸功率/η電機效率-公式（2）

根據公式（3），電機的軸功率與空氣壓縮機主機的軸功率和傳動效率有關（見圖2）：

p電機軸功率=p電機軸功率/η傳動效率-公式（3）

在空氣壓縮機行業，從標準、銘牌、手冊和商務談判來看，機器的尺寸通常用“驅動電機功率”（hp/kw）來表示，電機銘牌是“額定功率”，實際上是指空氣壓縮機的軸功率。（見圖3）

如果我們將公式（2）和（3）代入公式（1），可以得到公式（4）：

p單位功率=（p主機軸功率）/η傳動效率）*η電機效率+p風扇功率+p電箱功率-公式（4）

從公式（4）可以看出，在機組功率中，軸功率（主機/電機）和效率（傳動/電機）是空壓機的六個動力系統之一，占機組功率的比例。（見圖4）

螺桿式空氣壓縮機的動力系統由主機、電機和傳動系統組成：

根據公式（4），如果我們想知道空氣壓縮機的單位功率，我們必須首先知道主機軸功率。

ii。主機軸功率

1。主機軸功率的計算

空壓機主機軸功率是主機提高壓縮空氣壓力勢能所需的綜合機械（或熱能）。它與空氣壓縮機的指示功率和絕緣效率有關，但不包括外部傳動（如齒輪或皮帶傳動）損失的功率（見公式（5））

ps=墊/η絕熱效率-公式（5）

ps是主機的軸功率

pad是空氣壓縮機的指示功率

η絕熱效率=0.7~0.85

在設計空氣壓縮機之前，空氣壓縮機設計師通常會計算或了解空氣壓縮機的主軸功率。

例1：假設設計了一臺螺桿式空氣壓縮機，排氣壓力為0.7mpa（表壓），體積流量為16.67m3/min，進口壓力為0.1mpa（絕對壓力）。空氣壓縮機的軸功率是多少？它應該配備多大的電機？

解決方案：

1）體積流量換算：q=16.67m3/min=277.78l/s
壓縮空氣所需指示功率的計算：

3）假設螺桿式空氣壓縮機的絕熱效率：η=80%

根據公式（1），主機軸功率：ps=pad/η絕緣效率=79.34/0.8=99.15kw

應配備多大的電機？以后再計算。

如圖6所示，空氣壓縮機不可能進行等溫壓縮（壓縮過程中空氣溫度保持不變）或絕熱壓縮（壓縮過程中與外界沒有熱交換）。因此，它應該是一個可變的壓縮過程。

通過實驗，由于噴油螺桿式空氣壓縮機主機轉數高，在升壓過程中，壓縮氣體與噴油潤滑油之間的熱交換非常不足。在壓縮過程結束時，氣體的溫度遠高于油的溫度，最終在排氣過程中實現熱平衡，以達到相同的排氣溫度。

因此，錯誤地認為燃油噴射可以實現近等溫壓縮過程是不準確的。實驗表明，實際噴油螺桿空氣壓縮機的效率仍略低于絕熱壓縮，因此在計算主軸功率時，它與絕熱壓縮有關，而不是等溫壓縮。

空氣壓縮機主機的工作是動力系統能耗的原因。因此，為了節約能源，主機必須首先節約能源。（見圖7）

2。主機軸功率影響因素

在計算空壓機主機軸功率時，需要輸入進氣壓力、進氣溫度、環境溫度、工作壓力、主機轉速、進氣壓降、排氣壓降等參數（見圖8）。因此，這些參數將影響主機軸的功率。

①單元入口壓力的影響

盡管國家標準規定空氣壓縮機的制造和測試應符合“標準工作條件”（標準入口壓力px=1.013bar）。但是，在不同的實際運行條件（海拔高度）下，空氣壓縮機在不同設計制造和客戶現場的性能也會不同（進氣壓力損失差），這將對空氣壓縮機的軸功率產生影響。

圖9中的橫坐標是進氣壓力，右側的綠色縱坐標是軸功率。進氣壓力增大時，軸功率曲線減小；相反，它上升了。

我們可以理解，由于進氣壓力損失，壓縮比不同，導致軸功率不同。

例2：客戶在海拔m處使用空氣壓縮機時，需要0.7mpa，風量為5.44m3/min（根據數據，環境壓力為0.7bar），其壓縮比為：

i=p行/px=（7+0.7）/0.7=11-公式（7）

表示需要相同的風量。此時，軸功率大于標準工況（壓縮比8）下的軸功率，必須選擇10bar的空氣壓縮機。因此，當進氣壓力降低時，軸功率增加。

例3：空氣壓縮機的空氣過濾器和減壓閥的壓降為35mbar（見圖10），要求為0.7mpa，氣體體積為5.44m3/min。其壓縮比：

i=p行/px=（7+1）/0.965=8.3-公式（8）

表示需要相同的氣體體積。此時，軸功率比轉速高3.6%在標準工作條件下（壓縮比8）。因此，當進氣壓力降低時，軸功率增加。

②環境溫度的影響

雖然國家標準規定空氣壓縮機的制造和測試應符合“標準工作條件”（標準溫度t=20℃）。然而，在實際使用中，由于工作條件的不同，空氣壓縮機在不同客戶場所的性能會有所不同。環境溫度的差異會影響空氣壓縮機的功率。

圖11的橫坐標是環境溫度，右側的綠色縱坐標是軸功率。當環境溫度升高時，軸功率曲線減小。然而，由于體積流量曲線（藍色曲線）的下降斜率較大，機組的比功率反而增加（紅色曲線）；反之亦然示例4如圖12所示。

③工作壓力的影響

在相同的主機和轉速下，排氣壓力越大，空壓機的軸功率越大！（見圖13）

在這里，我們可以區分三種情況：

a）空壓機內部系統壓降：在相同的工作壓力下，從主機后部到空壓機出風口前部的氣路系統壓降越小，主機排氣壓力越小，主機軸功率越小，機組比功率越小，而且空氣壓縮機更節能；相反，它消耗能量。

b）空壓機后面的系統壓降：在相同的工作壓力下，由于成品氣浪費（管道泄漏、凈化設備耗氣量大、不合理耗氣量等）或系統壓降大，主機（空壓機、凈化設備及附件后的管道）排氣壓力遠大于其正常工作壓力（管道壓降、凈化設備壓降、系統配置不合理等），導致主機軸功率增大，機組比功率增大，空壓機耗能；相反，它節省能源。

空壓機工作一段時間后，空氣濾清器濾芯和油氣分離器芯的阻力損失會隨著工作時間和環境影響而增加，導致主機工作壓力升高。在達到維修要求之前，主機軸的功率也會增加。為了電機的安全，必須增加裕度，這將在電機部分詳細量化。

④主機速度的影響

在相同的主機和工作壓力下，軸功率隨主機轉數的增加或減少而增加或減少！（見圖15）

例5：一個品牌的變頻螺桿式空氣壓縮機可以執行兩種壓力控制模式：

a.在工作壓力恒定的情況下，通過改變主機的轉數來達到節能的目的；（見圖16，左圖）。

b.同時，在軸功率不變的情況下，隨著工作壓力的變化，可以通過改變主機轉數來增加或減少空壓機的排氣量，從而限度地提高變頻空壓機的利用率。這就是為什么該空氣壓縮機的變量為100hz（見圖16）。

⑤主機的效率影響

無論什么類型的主機，主機的每個檔位都有其效率曲線（見圖17）).當主機轉數過低時，由于主機泄漏增加，機組的比功率會較高（因此變頻空壓機的頻率在20hz以上，如果頻率較低，不僅會消耗能量，而且可能無法吹出空氣）；當主機的轉數過高時，主機的機械摩擦增加，導致機組的高比功率（市場上通常稱為小型馬拉車）。

由于變頻空壓機能效限值的計算方法不同于工頻空壓機，所以主機的效率曲線得到了很好的利用，變頻空壓機上調整并使用了非工頻空壓機一級能效的主機，而且有很多情況下可以達到1級能源效率。

因此，從gb-容積式壓縮機能效極限和能效等級可以看出，在相同功率下，也是一級能效，要求工頻比功率值小于變頻比功率值。從空氣壓縮系統的節能角度來看，在滿載條件下，工頻電機比變頻器更節能。這與主機效率點的選擇有關，這在第三章噴油螺桿式空氣壓縮機能效極限值分析中進行了分析。

⑥主機外形的影響

螺桿式空氣壓縮機已有近100年的歷史。主機的設計主要是螺旋線型的演變。

線性設計要求：
高軸向/橫向密封性

b）接觸線的長度應盡可能短

c）大面積利用系數

d）減少并避免空氣泄漏

e）重量輕，剛性好

f）良好的加工性能

其中，最重要的是剖面的面積利用率：cn=f/dm。表1顯示了幾種齒廓的面積利用率比較：

第二個是主機的處理技術。

因此，對于一個好的主機，首先要考慮的是安全性和耐用性，其次是節能。撇開主機的安全性和耐用性不談，再談節能，賺錢總比輸強。

⑦壓縮比的影響

前面提到的進氣壓力影響中的“壓縮比”。在空壓機主機的壓縮過程中，不可能壓縮100%的空氣，會有一定量的空氣泄漏。壓縮比越高，泄漏越嚴重；同時，“壓縮比”越高，壓縮空氣的溫升越高。當空氣壓縮機從電能轉換為機械能，再轉換為氣壓勢能時，空氣溫度的變化越小，空氣壓縮機主軸的功率越小，空氣壓縮機就越節能。這也是為什么在大型模型中，兩級壓縮比單級壓縮更容易實現1級能效的原因之一

三、傳輸系統

空壓機傳動系統是指電動機與主機之間的連接部件，一般可分為直接傳動、齒輪傳動和皮帶傳動。

這三種連接方式各有特點。對比見表2。

根據公式（3），傳動系統是從電機軸功率到主機軸功率的橋梁，變速器e效率直接影響單位功率。

四、電機軸功率

1。空氣壓縮機電機

空氣壓縮機是一種將原動機（通常為電動機或柴油機）的機械能轉換為氣體勢能（壓力性能）的裝置。電機是空氣壓縮機的動力輸入點。

最常見的空氣壓縮機電機是三相異步電機和永磁（變頻）電機。

2。電機輸入功率

絕大多數空壓機電機為三相電機，其輸入功率計算公式為：

p＝√3uicosφη——公式（9）

其中u是線電壓，i是相電流，cosφ是電機功率因數，η是電機效率。我們可以從電機銘牌上查看。（見圖24，左圖為工頻電機，右圖為永磁變頻電機）

從公式（9）可以看出，電機的輸入功率與電機效率和功率因數密切相關。

①電機效率

電機將電能轉換為機械能，在能量轉換過程中不會出現損耗。這是許多因素的結果，如電阻損失、通風損失、磁化損失、摩擦損失和加熱。能量轉換率可由電機效率η確定，以顯示。（見公式（9），p1為電機軸功率（通常為電機銘牌上標注的額定功率），p為電機輸入功率）。

η=——公式（10）
p=p1/η——公式（11）

根據公式（10），當電機軸功率p1保持不變時，電機效率η越高，電機輸入功率p越低，空氣壓縮機越節能！國家標準gb《電動機限值和能效等級》規定，電動機能效等級分為三級：一級、二級和三級，分別對應國際標準的ie4、ie3和ie2。

gb-6月1日實施能效限值和電機能效等級，進一步提高能效指標（見圖26）。

根據國家標準gb-電機限值和能效等級，目前市場上大多數空氣壓縮機使用的電機一般為三相異步電機ie2（3級），永磁電機ie4（1級）以上；各級電機效率η差值為1~2%。額定功率越大，效率值的差異越小（見圖27）。

在第三章“噴油螺桿式空壓機能效限值分析”中介紹，空壓機抽檢不合格率高達22.4%，僅次于三相異步電動機的23.3%，不合格項為：“機組輸入比功率和能效鑒定”。

事實上，空壓機抽檢不合格率很大程度上與電動機，尤其是工頻三相異步電動機的不合格率有關。由于大多數空壓機采用的三相異步電動機為ie2（三級），當輸入電源為非節能電動機時，空壓機如何節能？

電機效率受技術水平、制造成本、電壓、極數等因素的影響。空壓機電機（尤其是三相異步電機）的選擇應遵循以下原則：

a）在相同的額定功率下，電機的能效等級越高，電機的效率越高，空壓機的節能效果越好；（建議超過ie3）

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b）在相同的額定功率下，電機極數越高，電機效率越高，空氣壓縮機越節能；（可使用4極電機代替2極電機）

c）在大功率電機額定功率相同的情況下，電壓越高，電機效率越高，空壓機越節能；（對于250kw以上的空氣壓縮機，如果可能，順序為10kv>；6kv>；380v）

d）對于相同檔位的電機，滿載效率高于負載變化效率（電機的最佳效率為100%負載）（見圖28）；

e）對于可變負載運行，首選永磁變頻電機；

f）在安全條件下，電機保護等級越低越好。

例6：對于75kw電機，一個是ie2，另一個是ie4。耗電量的差別是什么？答案如圖29所示。

②電機功率因數

在交流電路中，有三種功率：有功功率p、無功功率q、視在功率s和功率因數cosφ是有功功率p與視在功率s的比值，即cosφ=p/s。功率因數是衡量電氣設備效率的一個因素。

有功功率p（w）：在電路中，電阻元件上消耗的功率為有功功率，表示電源的利用程度。

當φ=0時，直流電路，p=ui

當φ當≠0，交流電路，p=3uicosφ

我們可以從電機銘牌上查看功率因數。（見圖24。左圖為工頻電機，右圖為永磁變頻電機）。

異步電動機的功率因數較低，因為它需要一些功率來產生磁場以維持電動機運行。這部分磁場產生的功率不會被消耗，只存在于電機和電源之間，即無功功率。

永磁電機的磁場是由永磁體產生的，不需要這種無功功率，所以它只需要吸收電網的有功功率來做外部功，所以它的功率因數非常高。

例7，以銘牌功率為75kw的永磁電機和異步電機為例，比較它們的輸入電流，了解永磁電機和異步電機效率高的原因。見表3

在變頻空氣壓縮機中，當異步電機在80%負載下時，電機效率下降嚴重，功率因數下降更嚴重，永磁電機基本上保持了20%~120%負載之間的高效率和功率因數。在部分負載下，永磁電機比異步電機具有更大的節能優勢，甚至超過50%。（見圖31，1為永磁電機，2為異步電機）。

五、空壓機電機額定功率的選擇

在示例1中，主機的軸功率為99.15kw。如何選擇電機？

1）計算電機軸功率：

根據公式（3）：p電機軸功率=99.15/0.98=101.17kw（η傳動效率=98%（齒輪傳動）

檢查1:gb——在電機能效的限定值和能效等級中選擇的90kw/4極/ie4的效率為96.2%。

根據公式（2）：p電機功率=101.17/0.962=105.17kw（下一檔不超過110kw）

檢查2:gb——在電機能效的限定值和能效等級中選擇90kw/2極/ie2的效率為94.1%。

根據公式（2）：p電機功率=101.17/0.941=107.5kw（下一檔不超過110kw）

2）計算電機使用系數：

一般情況下，空壓機電機使用系數sf=1.15；以th為例e空氣濾芯和精分離芯（8%軸功率）使用周期內壓降的影響


例8：空氣壓縮機品牌10.5m3/min/0.7mpa/55kw/2級能效/ie3電機/齒輪傳動/sf=1.15。假設p電箱+p風機=0.5kw（見圖32）
p單位功率=10.5*6.4=67.2kw

p電機功率=67.2-0.5=66.7kw

p電機軸功率=66.7*0.946=63.03kw

p主機軸功率=63.03*0.98=61.77kw

sf=62.03/55=1.13

可以看出sf接近1.15。如果機器使用一段時間后，由于精分芯堵塞，空氣壓縮機內部的壓降增加，電機的使用系數將不足，從而導致電機的安全運行。

在例9圖32中，版本中的能效等級為2級，版本中的能效等級為3級（因為2級的比功率值為6.2）。如果你想少換，用ie5（96.3%）替換電機。

p主機軸功率=61.77kw

p電機軸功率=61.77/0.98=63.03kw

p電機功率=63.03/0.963=65.45kw
p單位功率=65.45+0.5=65.95kw
ε=65.95/10.5=6.28

它仍然無法進入2級能效，但非常接近。您可以查看主機的效率曲線，以校正體積流量并減少主機的轉數，這樣就有可能進入新的2級能效。

因此，深入了解“軸功率對噴油螺桿空壓機節能的影響”，不僅可以在空壓機制造過程中揚長避短，盡可能降低空壓機組的比功率值，而且可以在激烈的市場競爭中處于領先地位。