設為首頁 加入收藏
查看信息 News
 
空壓機節能探討6
[ 人氣:4284 日期:2015-10-15 ]

<DIV><FONT size=3><STRONG>六、如何選擇空壓機以達到節能的效果</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>1.&nbsp; 大/小型空壓機的搭配選擇</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>不可否認旳,單臺大風量的空壓機要比多臺小風量的空壓機在總體能源效率上要好的多,這是不論任何種類的空壓機均具有的共同特性。因此,以能源效率為著眼點來選擇空壓機的最高原則是寧選大不選小,但是從各種<A href="//www.yahao66.com/" target=_blank>c9外掛</A>層面來衡量,選擇大型空壓機也受到以下各種因素的左右:</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(A) 電力系統的限制,首先必須考慮的是應用電壓,低電壓系統(常見的380~460伏特)就不太適合使用超過600HP以上的空壓機。其次必須考慮大型空壓機在起動時對電網的衡擊承受能力是否足夠。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(B) 隨著季節、時間差或其它因素導致壓縮空氣的變化量超過某一范圍(視機種而定),或是實際使用風量很可能遠低于購置空壓機前的估計值時,單臺空壓機將會無法避免的發生排放或泄載而造成能源的浪費。多臺空壓機則具有較大的彈性來接納用量的變化。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(C) 異常跳機或必要的?;巧6俚那痹諮沽?,為了減低生產停頓的風險而不得不考慮設置備機,使用單臺運轉的備機率會高達50%,投資成本增加很可能不為業者所樂見。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>事實上,整個壓縮空氣系統是否能做到最佳能源效率,在選擇空壓機的容量大小時就己掌握了一半以上的成敗關鍵,話雖如此,如何選擇適當的空壓機容量并不是三言兩語即可涵蓋的,其牽涉的層面甚為廣泛,茲列舉數項基本原則如下:</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(A)&nbsp;&nbsp;&nbsp; 務必要求氣動設備的廠商提供耗氣量及耗氣變化量做為分析選擇空壓機容量的依據。常見業者要求空壓機供貨商來估計某種氣動設備的耗氣量,這絕對是本末倒置的做法。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(B)&nbsp;&nbsp;&nbsp; 若有季節性、時間差或其它因素會影響耗氣量的變化也要詳細的評估列舉,必要時可征詢空壓機供貨商或專業人士的因應對策。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(C)&nbsp;&nbsp;&nbsp; 對全廠的前瞻性做整體的考量,分別列舉近期、中期、遠期投資計劃的估計風量。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>勿堅持空壓機種類、型式、容量必須一致而使備用零件具有互換性的觀念,在耗氣量變化的范圍甚大的情況下,選擇大、小、容量空壓機兼具的壓縮空氣系統可以提供更有彈性的應變范圍,當然會有</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(D)&nbsp;&nbsp;&nbsp; 意想不到的節能效果。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(E)&nbsp;&nbsp;&nbsp; 坊間有人主張配置數臺大容量的空壓機及一半容量的小空壓機,在上述的前提下確實不乏成功的案例,這種配置方式并非放諸四海而皆準的原則,若是使用3~5臺以上空壓機的壓縮空氣系統,只要慎重的選擇適當的控制方式及外圍配備即可不必考慮大、小容量空壓機兼有的配置方式,以避免小容量空壓機被閑置的可能。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>各行各業或各個工廠的壓縮空氣使用特性部份有各自不同的差異性,因此選擇空壓機容量具有相當程度的復雜性,如何正確的選擇空壓機的容量,事前委托專業人士從事詳細的評估方為正途。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>2.&nbsp; 如何選擇適當的空壓機設計壓力及壓縮段數</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>前文中曾提到定排量式空壓機又稱之為等容變壓式(Constant Volume, Variable Pressure)空壓機,顧名思義,此類型的空壓機具有相當廣泛的排氣壓力范圍。對定排量式空壓機而言,設計壓力僅指制造空壓機材料的耐壓程度,只要在設計壓力以下運行應可確保安全無慮,因此,選擇此類型空壓機的設計壓力較為單純,只要設計壓力高于使用壓力加上必要的管損及負載/卸載壓差即可,甚至選擇較高的設計壓力也無妨(對制造成本可能會有影響),只要實際使用的壓力相同,高/低設計壓力的空壓機在理論上對能源的消耗并無顯著的差異。因此,在設計壓力對能源的消耗無甚影響而售價又相近的情形下,業者往往會選擇較高設計壓力的定排量式空壓機。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>將上述觀念延用到離心式空壓機就完全錯誤了。不同設計壓力的離心式空壓機所使用的葉輪大小、葉輪轉速、葉輪形狀或葉片的角度都不盡相同,空壓機上所標示的設計壓力必定是最佳效率的排氣壓力運轉點,任何偏離設計壓力的運轉點都不是最佳的運轉效率,偏離愈大則影響愈大,換言之,在排氣壓力相同的情形下,設計壓力較高的效率會低于設計壓力較低者。此外,一般離心式空壓機的最高排氣壓力會高于設計壓力大約10~20%即會產生氣窒現象 (Surge) ,因此,要提升排氣壓力到超過設計壓力會有一定的限制,降低排氣壓力到設計壓力的60%左右又會碰到阻墻現象 (Stonewall) ,離心式空壓機的壓力變化范圍確實不若定排量式空壓機的廣泛。在選擇離心式空壓機的設計壓力時確實需要慎重的考慮。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>根據熱力學原理,空壓機的壓縮段數影響能源效率甚巨,理論上壓縮段數愈多則愈好,反之亦然,事實上整體效率尚需計算器械損失、閥損及壓損等因素,因此,壓縮段數愈多并不是絕對的代表整體效率會愈好;但是,壓縮段數愈多絕對會代表支出成本增加。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>純探對壓縮段數與能源效率之間的關系,以常用的100PSIG (7kg / cm<SUP>2</SUP>G) 壓縮空氣系統為例,兩段式壓縮要比一段式壓縮節省大約15%的能源,三段式壓縮要比兩段式壓縮節省大約6%的能源,四段式壓縮又要比三段式壓縮節省大約2.5%的能源。(注:不同設計、類型的空壓機,以上數字會略有出入)</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>綜合各種因素來探討,定排量式空壓機以兩段式壓縮為比較正確的選擇,離心式空壓機則以三段式壓縮機為較正確的選擇。從節能的觀點來衡量,不妨多比較并考慮多增加一個壓縮段所能獲得的實際利益。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>3.&nbsp; 如何選擇馬達的大小</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>在理論上,定排量式空壓機在一定轉速時的吸風量是恒定的,因為空 氣密度隨著溫度的改變而顯著的改變,所以相同容積流量 (Volume Flow) 的重量流量 (Weight Flow) 也隨之改變,當然空壓機所消耗的能源也在改變,以臺灣夏季35℃、冬季15~20℃的經常性氣溫為例,如果不計算濕度的變化,空壓機在冬季要比夏季多消耗大約7~5%的能源,為了避免馬達過載,配備的馬達大小要以冬季的能源消耗量為依據。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>離心式空壓機具有變容的特性,在空氣密度隨著溫度而改變者,可以著助進氣節流閥來控制容積流量的大小而保持馬達全載時穩定的負荷,但是基于以下因素,離心式空壓機要比定排量式空壓機更有必要選擇比制動馬力 (Brake Horse Power) 大10~15%的馬達:</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(A)&nbsp; 空壓機在冬季要比夏季輸送大約多7%重量流量的壓縮空氣(相同的容積流量),相對的空壓機也要多消耗大約7%的能源。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(B)&nbsp; 既然離心式空壓機具有變容的特性,廠家在設計時往往保留了大約10%的裕度,換言之,即使在夏季,只要馬達有足夠的裕度來承受負荷,離心式空壓機有能力供應比原設計風量多10%的壓縮空氣;夏季如此,更遑論在冬季所能發揮的超設計流量的能力。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>一旦離心式空壓機選擇了超大10~15%的馬達,在多臺空壓機并聯運行的壓縮空氣系統,只要步入冬季,很可能可以停用半臺(小型)或一臺以上的空壓機,因此而發揮的節能效果將會非常時顯。不可否認的,很多人會質疑選擇較大的馬達會造成能源的浪費,以馬達效率95%及馬達超大10%為例,在空壓機始終都沒有過載的情況下,浪費的能源約為10%×(1-95%)=0.5%,從經驗法則來判斷,無論是節能與耗能的機率或比例均可以5/1為衡量的標準。極可能減少壓縮空氣不敷使用的困擾。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>附注:絕大多數的空壓機所配備的馬達都有1.15倍以上的超載系數 (Service&nbsp; Factor),但是很多的用戶基于安全運行的考量向嚴格的規定馬達不得使用超載系數運行,在此前提下,是否要選擇超大的馬達要由業者做明智的決定。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>4.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 如何選擇適當的控制方式</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>在全世界均憂慮能源匱乏的今天,極為消耗能源的空壓機制造商也在極力尋求節能之道。在制造商及計算者付出了大量心血之下,以目前的科技在定排量式空壓機的領域中己很難突破能源效率上的瓶頸,然而離心式空壓機藉助空氣動力學及制造技術的發展則還有進步的空間,但也并非一蹴可及。因此在空壓機的應用領域中,制造廠在控制系統部份不斷的的相互較勁,設法能幫助業主在使用上達到節能的效果,鑒于空壓機的應用甚為廣泛及多變化,截至目前為止仍然沒有一種通用又有效的控制方式,因此,某一種控制方式是否是最適當旳選擇完全得視操作人員的認知程度及應用是否得當而定,當然,先決條件還得視該空壓機是否具備了該種控制方式。茲分述各種常見的控制方式的特性及用途做為正確的選擇控制方式的參考:</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(A)&nbsp;&nbsp; 泄/負載控制方式(又稱兩階段式控制方式)是最基本、最傳統也是最簡單的控制方式。對業者來說,壓縮空氣都是許多不許少,換言之,空壓機的容量是許大不許小,在容量大于使用量的情形下不得不讓空壓機適時的泄載,如果泄載時的功率消耗不大 (15%左右是較理想的設計),泄載的頻率不高以及泄載的時間不長,這里簡單的控制方式仍不失為一種理想的控制方式。定排量式空壓機大多采用此種設計,離心式空壓機也可用此種控制方式。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(B)多階段式控制是每一個壓縮段使用單缸雙動式或多缸設計的往復式空壓機的獨特設計,它可以采用0-50-100%,0-25-50-75-100%或更多階段的控制方式,對于用氣變化量甚大而且相當頻繁的壓縮空氣系統采用此種控制方式確實是相當理想。此外,使用感應式馬達的空壓機還可以盡量避免空壓機完全泄載時馬達的功率因素 (Power Factor) 急劇下降的困擾。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(C) 定壓式控制 (Constant Pressure Control) 又稱節流式控制 (Throttle Control) 原本是離心式空壓機的獨特設計,一般可以達到大約75~100%之間的節流范圍,在此范圍內,能源消耗與風量成正比,低于此范圍的壓縮空氣使用量,空壓機會將多余的空氣壓縮后再排放形同能源的浪費,因此,只要用氣變化量經常保持在此節流范圍內或偶發生,短暫的少量排放,使用定量壓控制可說是所有控制方式中最理想的,此外,采用此種控制方式可以保持壓縮空氣系統相當穩定的壓力,一般狀況都可控制在1~3%以內的壓力波動范圍,使用泄/負載控制或多階段式控制方式至少要有5~10%甚至更高的壓差范圍,因此,在相同的壓縮空氣系統采用定壓控制方式可以將壓力設定在最低限度或略高于最低限度而達到節能效果。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>螺旋式空壓機也發展出類似的控制方式,而節流范圍更為寬廣,但是在效率上會略低于離心式空壓機。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(D)&nbsp;&nbsp; 自動雙重控制是結合泄/負載控制方式與定壓控制方式的綜合設計,兩者的優缺點兼而有之,但是有較為廣泛的廣用領域。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(E)&nbsp; 變速控制在早期大多使用于滑輪機驅動的空壓機,而達達驅動的空壓機大都使用定速控制;在變頻器的研發漸趨成熟的狀況下,馬驅動的變速控制空壓機確實是一種非常理想的流量/壓力控制方式,但是目前此種變速(變頻)控制方式仍然受到下列諸項限制:</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>˙使用電壓限定在600伏特以下。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>˙離心式空壓機(齒輪增速式)不得使用變速控制。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>˙成本較高。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>    (F)多臺空壓機并聯運轉己有集中自動控制的趨勢,確實有節省人力、節省能源的效益,但是各制造商的設計不盡相同,各名各異、功能上也各有其優缺點,詳情以接洽廠商介紹為佳。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>不可否認的,每一種控制方式都有其特性及適用領域,選擇正確的控制方式確實可減少很多無謂的浪費,但是如何選擇正確的控制方式卻沒有一定的準則或公式可資運用,仍然得靠經驗、觀察、記錄及分析比較來判斷,委托富于經驗的專業人士進行評定確實有其必要性。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>5.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 如何選擇適當的外圍配備</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(A)&nbsp; 控制閥</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>做為最佳進氣節流控制的控制閥首推進氣導流葉片 (Inlet Guide Vane) ,尤其是使用在離心式空壓機上的進氣導流葉片要比蝴蝶閥節省大約4~9%的能源,坊間有很多進氣導流葉片的專業著述介紹其優越性的原因,在此不再贅述。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>冷凝水排放控制閥的種類繁多,也各有其優缺點,選用的原則是要能徹底的排放出冷凝水同時壓縮空氣的排放量又能減到最低程度,如此簡單的原則卻沒有任何一種冷凝水排放控制閥能臻于理想,唯有仰賴操作、保養人員經常的巡視、檢查、清潔或是調整。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>使用在管路中的控制閥要盡可能選用高效率、低壓損的控制閥,但是不論任何控制閥都有或多或少的壓損而浪費能源,因此采用閥的原則是「有閥不如無閥」,也就是非必要盡可能不用閥或少用閥。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(B)&nbsp;&nbsp; 干燥機</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>壓縮空氣中的冷凝水確實會造成很多氣動設備的困擾,因此,壓縮空氣不得不經過干燥處理來防止冷凝水形成,壓縮空氣的干燥程度一般都可以合壓露點 (Pressure Dew Point) 來表示,壓力露點溫度愈低代表壓縮空氣愈干燥,同時也代表了干燥過程中所消耗的能源愈高。冷凍式干燥機的最低壓力露點溫度可達+3℃左右,消耗的功率大約是空壓機旳1.5%。吸附式 (再生式)干燥機的壓力露點溫度可輕易的達到-40℃,總消耗功率最高可達空壓機的15%。顯而易見兩者的差距以十倍計算,干燥機的選擇(露點溫度的選擇)確實需要相當慎重,以下幾項原則可做為選擇的參考:</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>˙切勿刻意的強求過低旳壓力露點溫度,+3℃和+10℃的露點溫度極可能在使用上并沒有明顯的差異。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>˙原使用冷凍式干燥機的壓縮空氣系統,如工廠內有過剩的凍凍水,不妨考慮改用冷凍水。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>˙對壓縮空氣的溫度如無特別的要求低溫,一定要使用有熱回收的冷凍式干燥機。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>˙一定要使用吸附式干燥機時,要優先考慮使用加熱式的干燥機而非無熱式的干燥機。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(C)&nbsp; 冷卻水系統</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>冷卻水的溫度每增減5℃會影響空壓機的功率大約1.5%,因此,冷卻水的溫度調節要盡可能的供應較低溫的冷卻水(并非指刻意的制造低溫冷卻水)。如有過剩的冷凍水不妨考慮改用冷凍水。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>注:定排量式空機若使用水冷式氣缸則應避免使用過低溫的冷卻水,使用低溫冷卻水的氣缸應在冷卻水的入/出口處裝置溫度控制閥以避免冷凝水形成在氣缸中而造成液體縮現象。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(D)&nbsp; 管路的規劃及管徑的選擇</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>理想的管路設計是否正確、良好可以用壓損的高低做為衡量的標準,從空壓機的排氣壓力到管路末端的壓力以不超過5%或0.35kg/cm<SUP>2</SUP>為原則(兩者中取其低者為標準),影響壓損高低的管理系統組件包括冷卻器、干燥機、過濾器、控制閥、彎頭、管徑及管長等。冷卻器、干燥機、過濾器、控制閥等組件均可從供貨商處獲得較正確的壓損標準。每個彎頭的壓損相當于8~10倍等徑管長的壓損,因此在不得己而使用彎頭時應將彎頭的使用量盡可能的減少。管徑的大小影響壓損甚巨,精確的計算管損可以從專業書籍中查得,對專業設計人員而言自然是輕而易舉的事,非專業人士則會感到相當的困擾而不知如何著手審查。茲以下列簡表供估算管徑的大小之用(注:簡表中所列的壓損均為概數):</STRONG></FONT></DIV> <TABLE border=1 cellSpacing=0 cellPadding=0> <TBODY> <TR> <TD vAlign=top width=251> <DIV><FONT size=3><STRONG>空氣流速(ft/sec)</STRONG></FONT></DIV></TD> <TD vAlign=top width=64> <DIV><FONT size=3><STRONG>50</STRONG></FONT></DIV></TD> <TD vAlign=top width=64> <DIV><FONT size=3><STRONG>40</STRONG></FONT></DIV></TD> <TD vAlign=top width=64> <DIV><FONT size=3><STRONG>30</STRONG></FONT></DIV></TD> <TD vAlign=top width=64> <DIV><FONT size=3><STRONG>20</STRONG></FONT></DIV></TD></TR> <TR> <TD vAlign=top width=251> <DIV><FONT size=3><STRONG>壓損(PSI/1000ft管長)</STRONG></FONT></DIV></TD> <TD vAlign=top width=64> <DIV><FONT size=3><STRONG>4.5</STRONG></FONT></DIV></TD> <TD vAlign=top width=64> <DIV><FONT size=3><STRONG>2</STRONG></FONT></DIV></TD> <TD vAlign=top width=64> <DIV><FONT size=3><STRONG>1.5</STRONG></FONT></DIV></TD> <TD vAlign=top width=64> <DIV><FONT size=3><STRONG>0.5</STRONG></FONT></DIV></TD></TR></TBODY></TABLE> <DIV><FONT size=3><STRONG>空氣流速÷進氣風量/(壓縮比×管路截面積)</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>由以上簡表可窺知壓縮空氣在管路中的理想流速應設計在40呎/秒(12公尺/秒)左右(還得視管長來做調整)換言之,總管損應控制在2PIS左右,經估算后的正確管徑可考慮選擇略大一級以上的管路以因應未來風量增加而造成壓損的急劇增加或是面臨更換管路系統的困擾。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>注:根據美國密蘇里大學 (University of Missouri) E.G. Harris 教授的管損公式可窺知管損與管徑的5, 31, 次方成反比,與壓縮比成反比,而與流量的平方成正比,與管長成正比,因此,在擴充用氣量時對既有的管路系統宜審慎的評估。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>(E)&nbsp;&nbsp; 儲氣筒</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>儲氣筒在大部份壓縮空氣系統中所扮演的節能角色往往會被忽略了它的重要性。儲氣筒除了可以減低壓力的脈動現象以外,最主要的是它可以大幅度的滅少卸/負載或排放的頻率,所以儲氣筒必須要有足夠的容積,以經驗法則來概算儲氣筒的容積可以用單臺空壓機每分鐘的進氣量×常數,定排量式空壓機的常數為10%以上,離心式空壓機的常數為20%以上。</STRONG></FONT></DIV> <DIV><FONT size=3><STRONG>多臺空壓機并聯運行的壓縮空氣系統可以用單臺空壓機(容量最大的單臺空壓機)的進氣量計算即可,完全使用定壓控制的空壓機在理論上可以不用儲氣筒,為了降低排放的可能性仍以設置儲氣筒為宜。在用氣量有經常性的波動而且周期極知的壓縮空氣系統,儲氣筒的容積更應仔細的計算后予以適度的增加以避免頻繁旳卸/負載或排放,甚至有可能完全根絕卸/負載或排放的現象。在管路末端某處如有瞬間大風量的使用狀況,應考慮在此末端前增設儲氣筒。</STRONG></FONT></DIV>
 
上一篇:空壓機節能探討7   
下一篇:空壓機節能探討5
返回 關閉
 
版權所有:蘇州工業園區歐普壓縮機有限公司 公司   技術支持:萬度網絡  網站地圖  xml
地址:蘇州市工業園區蘇雅路388號新天翔廣場2幢1108室
電話:0512-68112589     傳真:0512-68112579
客戶案例 | 行業新聞 | 老11选5遗漏360 | 聯系我們