【壓縮機(jī)網(wǎng)】測(cè)量壓縮機(jī)FAD流量（Free Air Delivery）是一項(xiàng)頗具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。壓縮機(jī)制造商在工廠采用的FAD測(cè)量方法，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)往往會(huì)受制于現(xiàn)場(chǎng)條件而不可行或不適用。但如果采用合適的流量測(cè)量工具和數(shù)學(xué)方法，完成這項(xiàng)任務(wù)其實(shí)并不難。本文旨在闡述在FAD測(cè)量過(guò)程中如何正確選擇流量計(jì)以及測(cè)量中需要考慮的因素。

 

　　壓縮機(jī)的基本功能是吸入環(huán)境空氣后將空氣進(jìn)行壓縮，然后將壓縮后的空氣排出到壓縮空氣管網(wǎng)中。壓縮機(jī)的性能指標(biāo)體現(xiàn)在壓縮機(jī)的額定功率以及制造商給出的FAD性能說(shuō)明上。但如果你做過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，就會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況有時(shí)并非如此。其實(shí)，通過(guò)以下幾個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題就可以判斷壓縮機(jī)的性能：壓縮機(jī)消耗了多少電能？壓縮機(jī)輸出了多少壓縮空氣？壓力分布曲線的具體形態(tài)是怎樣的？
 

　　為回答上述問(wèn)題，我們必須在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相關(guān)測(cè)量。通常，測(cè)量分為兩類(lèi)：

 

　　·臨時(shí)性能測(cè)量，通常用于新設(shè)備安裝結(jié)束后或者壓縮機(jī)采購(gòu)決策前，目的是分析壓縮機(jī)的性能，以便提供性能對(duì)比。

 

　　·長(zhǎng)期性能監(jiān)測(cè)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)性能，以便合理安排設(shè)備維護(hù)或主機(jī)大修。
 

 

　　FAD的標(biāo)準(zhǔn)定義

 

　　流量是指單位時(shí)間內(nèi)測(cè)量到的氣體體積，但氣體容易被壓縮或膨脹且體積隨溫度變化而變化； 另外空壓機(jī)吸入的空氣含濕度（水蒸氣），密度（每立方米空氣質(zhì)量）也會(huì)隨海拔和溫度的變化而發(fā)生改變。為了確保測(cè)量的一致性，業(yè)界推出了一系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，比如ISO 1217。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了容積式壓縮機(jī)（含旋轉(zhuǎn)螺桿壓縮機(jī)）的驗(yàn)收試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

 

　　ISO 1217中3.4.1條款陳述如下：

 

　　壓縮機(jī)的實(shí)際容積流量是指經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮，并在標(biāo)準(zhǔn)排氣位置排出的氣體容積流量，換算到進(jìn)口標(biāo)準(zhǔn)吸氣位置的全溫度、全壓力、全組分的狀態(tài)的氣體容積值。

 

　　這是將壓縮機(jī)排放氣體的實(shí)際容積換算到壓縮機(jī)進(jìn)氣口自由空氣條件下的狀況。因此，F(xiàn)AD是指在壓縮機(jī)排氣口測(cè)得的吸入壓縮機(jī)的自由空氣總量。FAD采用容積流量單位，例如m³/min和l/s等。ISO 1217允可的各式流量計(jì)s*先計(jì)算空氣的質(zhì)量流量，之后將該流量基于壓縮機(jī)進(jìn)氣口空氣的密度轉(zhuǎn)換成進(jìn)氣口容積流量。理想情況下，是采用真實(shí)環(huán)境條件，但為了方便起見(jiàn)，ISO 1217建議在可容忍的真實(shí)條件下，采用以下環(huán)境條件值：

 

　　·壓力=絕對(duì)值1bar

 

　　·溫度=20℃

 

　　·相對(duì)濕度=0％

 

　　z*后, 流量計(jì)會(huì)根據(jù)進(jìn)氣口濕度、流量計(jì)上游的凝結(jié)水量以及電機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)容積流量值進(jìn)行校正。提示：壓縮機(jī)制造商提供的FAD數(shù)據(jù)有可能是在不同的進(jìn)氣口條件下測(cè)得的，因而建議在考查壓縮機(jī)性能時(shí)，必須查閱壓縮機(jī)的數(shù)據(jù)表，而不是簡(jiǎn)單地查看銘牌上顯示的數(shù)據(jù)！

 

　　將空氣壓縮至更大壓力需要更多的能量。而在壓縮機(jī)內(nèi)，空氣損失和工作空氣的用量隨壓力增加而增加，只有這樣壓縮機(jī)馬達(dá)才不會(huì)在更高的壓力下出現(xiàn)過(guò)載。例如，在8bar與10bar的壓力下，旋轉(zhuǎn)螺桿壓縮機(jī)的運(yùn)行速度是不一樣的。
 

 

　　影響壓縮機(jī)效率的主要因素

 

　　壓縮機(jī)效率受到多個(gè)因素的影響。表1顯示了影響兩種主流壓縮機(jī)（螺桿和離心機(jī)）性能的主要因素（吸入口溫度對(duì)螺桿和離心機(jī)的影響各不相同，但本文將不就此進(jìn)行深入闡述。）。

 

　　壓縮機(jī)制造商根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（例如，離心壓縮機(jī)的ISO 5389）對(duì)壓縮機(jī)的性能進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量值通過(guò)數(shù)據(jù)表單對(duì)外發(fā)布。然而，這些測(cè)量均在工廠中完成，而非在真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)條件下進(jìn)行；此外，隨著壓縮機(jī)使用年限的增長(zhǎng)，其性能也有可能下降甚至可能需要主機(jī)大修。為監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)性能，推薦進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。而且很有必要采用更為積極的措施——對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)期的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)性能評(píng)估。

 

　　空壓機(jī)排氣流量測(cè)量方法對(duì)比

 

　　空壓機(jī)的排氣流量中包括空氣、水、油和顆粒。有些測(cè)量方法因?yàn)闊o(wú)法適用氣體中的水和油，以失敗告終。另一些測(cè)量方法因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生壓降，引起能源和費(fèi)用的浪費(fèi)，也不適用。業(yè)界對(duì)用于壓縮機(jī)排氣流量計(jì)提出了如下基本要求：

 

　　·耐水和油滴

 

　　·抗顆粒

 

　　·可處理高速和高溫氣體（高達(dá)70℃）

 

　　·z*小壓降，z*好無(wú)壓降

 

　　·插入式流量計(jì)便于臨時(shí)性安裝測(cè)量

 

　　表2對(duì)比了z*常見(jiàn)的流量計(jì)原理及它們的性能對(duì)比。

 

　　從表2可以看出，皮托管流量計(jì)是測(cè)量壓縮機(jī)排氣口流量的z*佳選擇。該方法不僅在工業(yè)應(yīng)用中證明了其可靠性，而且它也是航空界標(biāo)準(zhǔn)的空氣速度測(cè)量方法。
 

 

　　如何測(cè)量排氣流量的FAD值

 

　　用皮托管流量計(jì)測(cè)量得到的壓縮空氣的排氣流量，必須同時(shí)測(cè)量工作溫度和工作壓力才能計(jì)算得到FAD流量。

 

　　我們必須理解壓縮機(jī)工作狀態(tài)下出口流量包括了下面2個(gè)部分：

 

　　·空氣流量：這是我們想要準(zhǔn)確測(cè)量的。

 

　　·水流量：這將在后期空氣處理過(guò)程時(shí)被去除。

 

　　要準(zhǔn)確地評(píng)估水的含量，需要測(cè)量管道中的濕度。這不是一件容易的事情，因?yàn)楦邷叵聺穸冉咏柡?，許多濕度傳感器在這種情況下無(wú)法正常工作。我們通過(guò)長(zhǎng)期的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濕度設(shè)定在80%～99%之間的某個(gè)值，其濕度對(duì)流量測(cè)量偏差的影響不超過(guò)±0.3%。 

 

　　基于這個(gè)發(fā)現(xiàn)，我們對(duì)相對(duì)濕度設(shè)置了一個(gè)恒定數(shù)值，這樣我們就可以從流量中扣除含水量，并計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)條件下（即20℃, 1000hPa）的“干空氣流量”。 

 

　　吸入空氣的濕度會(huì)影響排出干燥氣體的總量, 但其影響力小于其它因素。例如，在熱帶炎熱的天氣條件下（32℃和75%rH）, 干燥空氣的容積只比吸入空氣容積小3.5%。而大氣壓力和氣候變化帶來(lái)的影響可能達(dá)到這個(gè)數(shù)據(jù)的兩倍之多。未及時(shí)清洗的進(jìn)氣過(guò)濾器也可能對(duì)吸入空氣流量帶來(lái)2～3%的變化值。

 

　　遵照氣體定律以及壓縮機(jī)制造商規(guī)定的進(jìn)氣條件，我們z*終計(jì)算出了FAD流量值。

 

　　這樣測(cè)量計(jì)算出的FAD流量值體現(xiàn)了壓縮機(jī)“真正”的產(chǎn)出流量值。（為了與空壓機(jī)廠家提供的數(shù)據(jù)表進(jìn)行比較，請(qǐng)確保在相同進(jìn)氣條件下比較）。

　　如何測(cè)量空壓機(jī)功率

 

　　很多時(shí)候，人們認(rèn)為準(zhǔn)確測(cè)量到電流值，就可以計(jì)算出功率值（kW），這種方法隨后被用在計(jì)算空氣壓縮機(jī)的滿(mǎn)載比功率（m³/min/kW）或估算流量（m³/min）上。然而，這種方法是錯(cuò)誤的！
 

　　如果我們只測(cè)量電流值，那么我們就沒(méi)有考慮功率因數(shù)以及交流電三相之間負(fù)載不平衡對(duì)功率的影響，這有可能導(dǎo)致百分之幾十的誤差。

 

　　這樣估算出的功率值很難精確地計(jì)算出空壓機(jī)在性能-控制循環(huán)中的加載率。這些復(fù)雜的計(jì)算必須使用短期數(shù)據(jù)，因?yàn)閴嚎s機(jī)狀態(tài)和控制一直在隨著時(shí)間變化。

 

　　正確的測(cè)量方法是：用功率表測(cè)量壓縮機(jī)三相的電流與電壓，計(jì)算出功率因數(shù)。功率計(jì)算公式如下：

 

　　kW=(A×V×1.732×PF)/1000

 

　　kW=輸入功率

 

　　A=電機(jī)電流

 

　　V=線電壓

 

　　PF=功率因數(shù)

 

　　如何測(cè)量空氣處理過(guò)程中的各項(xiàng)損失

 

　　空氣經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)后，會(huì)繼續(xù)經(jīng)過(guò)干燥機(jī)和過(guò)濾器，去除水汽、顆粒、殘余油。如果我們把壓縮機(jī)出口處測(cè)量到的流量和壓力值與經(jīng)過(guò)后期空氣處理后的測(cè)量值進(jìn)行比較，我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)下述兩方面的重大損失:

 

　　·由于老化或安裝不當(dāng)而導(dǎo)致的設(shè)備部件、排水管、過(guò)濾器和管道連接處的泄漏。泄漏管理系統(tǒng)可以顯著減少這些損失。

 

　　·再生干燥過(guò)程中用于吹掃干燥作用的氣體損失（3-25%）。

 

　　這些損失解釋了為什么經(jīng)過(guò)空氣處理過(guò)程后的空氣與壓縮機(jī)出口在流量上有所減少（見(jiàn)圖2）。
 

 

　　在考察系統(tǒng)的整體性能時(shí)，壓力同樣扮演著重要角色。各環(huán)節(jié)引起的壓降損失必須通過(guò)增加空壓機(jī)的壓力設(shè)置進(jìn)行補(bǔ)償，這就導(dǎo)致了更高的能源消耗。壓力損失通常發(fā)生在：

 

　　·過(guò)濾器堵塞導(dǎo)致的壓降增大。

 

　　·管徑尺寸與空氣流量間的不匹配（管徑小流量大）。

 

　　壓縮機(jī)性能測(cè)量與監(jiān)控的重要性日漸突顯。對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)期性能監(jiān)測(cè)可為用戶(hù)帶來(lái)更多益處：開(kāi)展預(yù)見(jiàn)性維護(hù)，從而在零部件故障之前對(duì)其進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；追蹤能源消耗，投資可以在很短時(shí)間內(nèi)得到回報(bào)。再配合定期泄漏檢測(cè)，用戶(hù)將享有一個(gè)健康高效的空壓機(jī)系統(tǒng)。

 

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