【壓縮機(jī)網(wǎng)】摘要：現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)和高品質(zhì)生活都離不開壓縮空氣，空壓機(jī)作為壓縮空氣的搬運(yùn)工，對(duì)于各行各業(yè)的使用者來說非常重要。談?wù)?a href="http://teamkylake.com" target="_blank" class="keylink">空壓機(jī)離不開三大性能參數(shù)：壓力、流量（排氣量）、功率的表現(xiàn)。由于空壓機(jī)是耗能大戶，且其廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，空壓機(jī)的降耗增效意義非常重大。筆者通過《帶您發(fā)現(xiàn)壓縮空氣節(jié)能秘密》的十個(gè)章節(jié)從設(shè)計(jì)、制造、使用和服務(wù)（售前﹑中﹑后）來闡述壓縮空氣節(jié)能的秘密。本文為第五章，從空壓機(jī)的軸功率定義入手，帶大家了解哪些因素會(huì)影響到空壓機(jī)比功率值。
文/上善氣體工作室 梁柳生
一、空壓機(jī)軸功率的定義
眾所周知，空壓機(jī)能效看機(jī)組輸入比功率，比功率大小與機(jī)組功率值有很大關(guān)系。即相同容積流量、壓機(jī)軸功率，機(jī)組功率越大，比功率越大，空壓機(jī)就越耗能。
空壓機(jī)的軸功率是在一定容積流量和工作壓力下，電動(dòng)機(jī)（或柴油機(jī)）單位時(shí)間內(nèi)給空壓機(jī)主機(jī)軸的功，稱為軸功率。
空壓機(jī)軸功率，我們可以從空壓機(jī)內(nèi)部（即主機(jī)的軸功率）和外部（電動(dòng)機(jī)軸功率）的功耗來揭示軸功率的意義。首先從機(jī)組輸入功率從外到內(nèi)來分析空壓機(jī)的能耗。（見圖1）
由公式(1)，我們得到機(jī)組功率的組成為：
P機(jī)組功率=P電機(jī)功率+P風(fēng)扇功率+P電器箱功率——公式(1)
公式(2)，電機(jī)功率與電機(jī)軸功率和電機(jī)效率有關(guān)：
P電機(jī)功率=P電機(jī)軸功率/η電機(jī)效率——公式(2)
公式(3)，電機(jī)軸功率跟空壓機(jī)主機(jī)軸功率及傳動(dòng)效率有關(guān)（見圖2）：
P電機(jī)軸功率=P主機(jī)軸功率/η傳動(dòng)效率——公式(3)
在空壓機(jī)行業(yè)，在標(biāo)準(zhǔn)、銘牌、宣傳冊(cè)及商務(wù)談判上機(jī)器大小通常用“驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率”（HP/kW）表示，電動(dòng)機(jī)銘牌為：“額定功率”，實(shí)際上都是指空壓機(jī)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機(jī)組功率=（P主機(jī)軸功率/η傳動(dòng)效率）*η電機(jī)效率+P風(fēng)扇功率+P電器箱功率——公式(4)
由公式(4)看出機(jī)組功率中，軸功率（主機(jī)/電機(jī)）、效率（傳動(dòng)/電機(jī)）均在空壓機(jī)六大系統(tǒng)的的動(dòng)力系統(tǒng)中，是機(jī)組功率占比最大的部分。（見圖4）
螺桿空壓機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由主機(jī)、電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)等三大部件組成：
從公式(4)看出，要想知道空壓機(jī)的機(jī)組功率，我們必須先知道主機(jī)軸功率。
二、主機(jī)軸功率
1.主機(jī)軸功率的計(jì)算
空壓機(jī)主機(jī)軸功率，是主機(jī)用來提升壓縮空氣的壓力勢(shì)能所需的綜合機(jī)械（或熱）能。與空壓機(jī)指示功率及絕熱效率有關(guān)，但不包括外傳動(dòng)(如齒輪或皮帶傳動(dòng))損失的功率（見公式(5)）
Ps=Pad/η絕熱效率——公式(5)
Ps為主機(jī)軸功率
Pad為空壓機(jī)指示功率
η絕熱效率=0.7～0.85
空壓機(jī)設(shè)計(jì)人員通常在設(shè)計(jì)空壓機(jī)之前都要計(jì)算或知曉空壓機(jī)的主機(jī)軸功率。
例1，假設(shè)要設(shè)計(jì)一臺(tái)螺桿空壓機(jī)，排氣壓力0.7MPa（表壓），容積流量為16.67m3/min，進(jìn)氣壓力為0.1MPa（絕壓）。該空壓機(jī)的軸功率是多少？應(yīng)該配多大的電動(dòng)機(jī)？
解：1) 容積流量換算：Q=16.67m3/min=277.78l/s
2) 壓縮空氣所需的指示功率計(jì)算：
3) 假設(shè)該螺桿空壓機(jī)的絕熱效率：η=80%
根據(jù)公式(1)，主機(jī)軸功率：Ps=Pad/η絕熱效率=79.34/0.8=99.15kW
應(yīng)該配多大電機(jī)？后面再計(jì)算。
在圖6中可以看出，空壓機(jī)在壓縮過程中既不可能做等溫壓縮（壓縮過程空氣溫度不變），也不可能做絕熱壓縮（壓縮過程與外界沒有任何熱交換）。因此應(yīng)該是多變壓縮過程。
通過實(shí)驗(yàn)，由于噴油螺桿空壓機(jī)的主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)較高，被壓縮氣體在壓力升高過程中，與噴入的潤(rùn)滑油之間的熱交換很不充分，在壓縮過程結(jié)束時(shí)，氣體的溫度遠(yuǎn)高于油的溫度，在排氣過程中才最終實(shí)現(xiàn)熱量平衡，達(dá)到相同的排氣溫度。
因此，誤認(rèn)為通過噴油可以實(shí)現(xiàn)接近等溫壓縮過程是不準(zhǔn)確的。實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)際噴油螺桿空壓機(jī)的最高效率仍比絕熱壓縮效率低一點(diǎn)，所以在機(jī)頭軸功率計(jì)算中，與絕熱壓縮聯(lián)系起來，而不是等溫壓縮。
空壓機(jī)主機(jī)工作是動(dòng)力系統(tǒng)功率的能量消耗的作俑者，因此要想空壓機(jī)節(jié)能，首先要主機(jī)節(jié)能。(見圖7)
2.主機(jī)軸功率影響因數(shù)
我們?cè)谟?jì)算空壓機(jī)的主機(jī)軸功率時(shí)，需要輸入進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、環(huán)境溫度、工作壓力、主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、進(jìn)氣壓降、排氣壓降等參數(shù)（見圖8）。所以，這些參數(shù)都會(huì)影響到主機(jī)軸功率的大小。
?、贆C(jī)組進(jìn)氣壓力的影響
雖然國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定空壓機(jī)的制造和測(cè)試按照“標(biāo)準(zhǔn)工況”（標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣壓力Px=1.013bar）。但在實(shí)際使用工況不同（海拔高度），空壓機(jī)在不同的設(shè)計(jì)與制造及客戶現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)也會(huì)不同（進(jìn)氣壓損差異），對(duì)空壓機(jī)的軸功率產(chǎn)生影響。
圖9的橫坐標(biāo)為進(jìn)氣壓力，右邊綠色縱坐標(biāo)為軸功率。當(dāng)進(jìn)氣壓力增加時(shí)，軸功率曲線下降；反之，則上升。
我們可以理解為，由于進(jìn)氣壓損而造成壓縮比不同導(dǎo)致軸功率不一樣。
例2：一個(gè)客戶在海拔3000m處使用一臺(tái)空壓機(jī)要求0.7MPa，氣量5.44m3/min時(shí)。（查資料環(huán)境壓力為：0.7bar），其壓縮比：
i=P排/Px=（7+0.7）/0.7=11 ——公式(7)
意味著需要相同氣量，此時(shí)軸功率比標(biāo)準(zhǔn)工況（壓縮比8）時(shí)要大，必須選擇10bar空壓機(jī)。因此當(dāng)進(jìn)氣壓力降低，軸功率增加。
例3：某空壓機(jī)空濾及減荷閥壓降為35mbar （見圖10），要求0.7MPa，氣量5.44m3/min時(shí)。其壓縮比：
i=P排/Px=（7+1）/0.965=8.3 ——公式(8)
意味著需要相同氣量，此時(shí)軸功率比標(biāo)準(zhǔn)工況（壓縮比8）時(shí)要大3.6%。因此當(dāng)進(jìn)氣壓力降低，軸功率增加。
?、诃h(huán)境溫度的影響
雖然國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定空壓機(jī)的制造和測(cè)試按照“標(biāo)準(zhǔn)工況”（標(biāo)準(zhǔn)溫度T=20℃）。但在實(shí)際使用時(shí)工況不同，空壓機(jī)在不同的客戶現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)也會(huì)不同。環(huán)境溫度差異對(duì)空壓機(jī)的功率會(huì)產(chǎn)生影響。
圖11的橫坐標(biāo)為環(huán)境溫度，右邊綠色縱坐標(biāo)為軸功率。當(dāng)環(huán)境溫度增加時(shí)，軸功率曲線下降。但是由于容積流量曲線下降斜率更大（藍(lán)色曲線），機(jī)組的比功率反而上升（紅色曲線）；反之亦然。例4見圖12。
③工作壓力的影響
在相同主機(jī)和轉(zhuǎn)數(shù)情況下，排氣壓力越大，空壓機(jī)軸功率越大?。ㄒ妶D13）
在這里，我們可以區(qū)分三種情況：
a) 空壓機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)壓降：在相同工作壓力下，空壓機(jī)主機(jī)后到出氣口前的氣路系統(tǒng)壓降越小，主機(jī)排氣壓力就越小，主機(jī)的軸功率就越小，機(jī)組比功率就越小，空壓機(jī)越節(jié)能；反之則耗能。
b) 空壓機(jī)后系統(tǒng)壓降：在相同工作壓力下，空壓系統(tǒng)（空壓機(jī)后的管路、凈化設(shè)備及輔件等）由于浪費(fèi)成品氣（管路泄露、凈化設(shè)備耗氣量大、不合理用氣等）或系統(tǒng)壓降大（管路壓降、凈化設(shè)備壓降、系統(tǒng)配置不合理等等）造成主機(jī)排氣壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其正常工作壓力而導(dǎo)致主機(jī)軸功率增大，機(jī)組比功率就增大，空壓機(jī)耗能；反之就節(jié)能。
當(dāng)空壓機(jī)工作一段時(shí)間后，由于空濾芯及油氣分離器芯隨著工作時(shí)間及環(huán)境影響，會(huì)增加阻損，從而造成主機(jī)工作壓力上升，到達(dá)維護(hù)保養(yǎng)要求前，主機(jī)軸功率也會(huì)增加。出于電動(dòng)機(jī)的安全考慮，必須要增加這部分余量，在電動(dòng)機(jī)部分會(huì)有詳細(xì)量化。
?、苤鳈C(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的影響
在相同主機(jī)和工作壓力下，主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)增加或減少，軸功率就增加或減少！（見圖15）
例5，某品牌變頻螺桿空壓機(jī)，可以進(jìn)行兩種壓力控制模式：
a. 在工作壓力不變的情況下，可以隨負(fù)荷變化通過改變主機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)來達(dá)到節(jié)能的目的；（見圖16左）。
b. 同時(shí)也可以在軸功率不變的情況下，隨工作壓力的改變通過改變主機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)增減排氣量，從而達(dá)到變頻空壓機(jī)利用最大化。這就是為什么這款空壓機(jī)有100Hz的變量（見圖16右）。
?、葜鳈C(jī)的效率影響
不管什么主機(jī)，每檔主機(jī)都會(huì)有其效率曲線（見圖17），當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)過低時(shí)，主機(jī)因?yàn)樾孤对龃髮?dǎo)致機(jī)組比功率高（所以變頻空壓機(jī)的頻率都在20Hz以上，再低不但耗能，且可能打不出氣）；當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)過高時(shí)，主機(jī)的機(jī)械摩擦增大導(dǎo)致機(jī)組比功率高（市場(chǎng)俗稱：小馬拉大車）。
由于變頻空壓機(jī)能效限定值的計(jì)算方法與工頻空壓機(jī)不一樣，因此利用好了主機(jī)的效率曲線，把在工頻空壓機(jī)不是1級(jí)能效的主機(jī)經(jīng)過調(diào)校后用在變頻空壓機(jī)上，取得1級(jí)能效的案例比比皆是。
因此，從GB19153-2019《容積式壓縮機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》可以看出，相同功率下，同樣是1級(jí)能效，工頻比功率值要求比變頻比功率值小。從空壓系統(tǒng)節(jié)能的角度來說，在滿載工況下，工頻機(jī)比變頻機(jī)節(jié)能。這與主機(jī)效率點(diǎn)選取有關(guān)，在第三章《噴油螺桿空壓機(jī)能效限定值分析》中有分析。
?、拗鳈C(jī)的型線影響
螺桿空壓機(jī)已經(jīng)有近百年的歷史，主機(jī)的設(shè)計(jì)主要是螺桿線型的演變。
線型設(shè)計(jì)要求：
a) 軸向氣密性和橫向氣密性高
b) 接觸線長(zhǎng)度盡量短
c) 面積利用系數(shù)大
d) 減少和避免漏氣三角形
e) 重量輕，剛性好
f) 良好的工藝性
其中，最重要的是型線的面積利用率：Cn=F/Dm，表1為幾種齒形的面積利用率比較：
其次為主機(jī)的加工工藝。
所以一款好的主機(jī)，首先考慮的是安全和耐用，其次才是節(jié)能。撇開了主機(jī)的安全和耐用而空談節(jié)能，賺的不如賠得多。
⑦壓縮比的影響
前面在進(jìn)氣壓力影響中提到“壓縮比”。在空壓機(jī)主機(jī)壓縮過程中不可能100%空氣都被壓縮，會(huì)有一定量的空氣泄露，壓縮比越高，泄露越嚴(yán)重；同時(shí)“壓縮比”越高，壓縮空氣的溫升也越高，當(dāng)空壓機(jī)從電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再轉(zhuǎn)換為空氣壓力勢(shì)能時(shí)，空氣溫度變化越小，空壓機(jī)的主機(jī)軸功率越小，空壓機(jī)越節(jié)能。這也是兩級(jí)壓縮在大機(jī)型中比單級(jí)壓縮更容易達(dá)到1級(jí)能效的原因之一。
三、傳動(dòng)系統(tǒng)
空壓機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)指電機(jī)和主機(jī)連接部件，一般可分為直接傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和皮帶傳動(dòng)。
三種連接方式各有特點(diǎn)，比較可見表2。
根據(jù)公式(3)可以知道，傳動(dòng)系統(tǒng)是電機(jī)軸功率傳遞到主機(jī)軸功率的橋梁，傳動(dòng)效率高低直接影響到機(jī)組功率。
四、電動(dòng)機(jī)軸功率
1.空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)
空壓機(jī)是將原動(dòng)（通常是電動(dòng)機(jī)或柴油機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體勢(shì)能（壓力表現(xiàn)）的裝置，電動(dòng)機(jī)就是空壓機(jī)動(dòng)力的輸入點(diǎn)。
最常見的空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)為三相異步電機(jī)和永磁（變頻）電機(jī)。
2.電動(dòng)機(jī)輸入功率
空壓機(jī)電機(jī)絕大多數(shù)都是三相電機(jī)，其輸入功率計(jì)算公式為：
P＝ 3UIcosΦη——公式(9)
其中U為線電壓，I為相電流，cosΦ是電機(jī)功率因數(shù)，η是電機(jī)效率。我們可以從電機(jī)銘牌上查詢。（見圖24，左圖為工頻電機(jī)，右圖為永磁變頻電機(jī)）
從公式(9)可以看出，電機(jī)輸入功率與電機(jī)效率及功率因數(shù)有密切關(guān)系。
①電機(jī)效率
電動(dòng)機(jī)由電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，在能量轉(zhuǎn)換不可能沒有損失。這是很多因素作用的結(jié)果，例如電阻損失、通風(fēng)損失、磁化損失以及摩擦損失及發(fā)熱等。能量轉(zhuǎn)化率可以用電機(jī)效率η來表示。(見公式(9)，P1為電機(jī)軸功率（通常電機(jī)銘牌標(biāo)注的額定功率），P為電機(jī)輸入功率)。
η=— 
——公式(10)
P = P1 /η——公式(11)
從公式(10)得出，電機(jī)軸功率P1不變的情況下，電機(jī)效率η越高，電機(jī)輸入功率P越低，空壓機(jī)越節(jié)能！國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18613-2012《電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》規(guī)定了電動(dòng)機(jī)能效等級(jí)分三個(gè)級(jí)別：1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)，分別對(duì)應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的IE4、IE3、IE2。
GB18613-2020《電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》在2021年6月1號(hào)開始執(zhí)行，把能效指標(biāo)進(jìn)一步提升（見圖26）。
目前，市場(chǎng)上大部分空壓機(jī)使用電機(jī)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18613-2012《電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》，三相異步電動(dòng)機(jī)一般為IE2（三級(jí)），永磁電機(jī)一般為IE4以上（一級(jí)）；各級(jí)電機(jī)效率η相差1～2%，額定功率越大，效率值相差越小（見圖27）。
在第3章《噴油螺桿空壓機(jī)能效限定值分析》中介紹了2020空壓機(jī)抽檢不合格率高達(dá)22.4%，不合格發(fā)現(xiàn)率僅次于三相異步電機(jī)23.3%，且不合格項(xiàng)目為：“機(jī)組輸入比功率和能效標(biāo)識(shí)”。
空壓機(jī)抽檢不合格率其實(shí)很大程度與電動(dòng)機(jī)的不合格率有關(guān)系，特別是工頻用三相異步電機(jī)。由于絕大部分空壓機(jī)采用的三相異步電機(jī)為IE2（三級(jí)），當(dāng)動(dòng)力輸入源頭就是不節(jié)能電機(jī)，何來空壓機(jī)節(jié)能？
電機(jī)效率受到技術(shù)水平、制造成本、電壓及極數(shù)等因數(shù)影響，空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)選擇（特別是三相異步電機(jī)）應(yīng)遵循以下原則：
a) 在相同額定功率下，電機(jī)能效等級(jí)越高，電機(jī)效率越高，空壓機(jī)越節(jié)能；（建議選用IE3以上）
b) 在相同額定功率下，電機(jī)極數(shù)越高，電機(jī)效率越高，空壓機(jī)越節(jié)能；（能用4極電機(jī)就不用2極電機(jī)）
c) 在大功率電機(jī)，相同額定功率下，電壓越高，電機(jī)效率越高，空壓機(jī)越節(jié)能；（250kW以上空壓機(jī)，有條件選擇循序：10kV>6kV>380V）
d) 同一檔電機(jī)，滿載比變載效率高（電機(jī)最佳效率是在100%負(fù)荷）（見圖28）；
e) 變載運(yùn)行，永磁變頻電機(jī)是優(yōu)先；
f) 在滿足安全的條件下，電機(jī)防護(hù)等級(jí)越低越好。
例6， 75kW的電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)是IE2，一臺(tái)是IE4，其耗電量差距是多少？解答見圖29。
?、陔姍C(jī)功率因數(shù)
交流電路中，功率分三種功率：有功功率P、無功功率Q和視在功率S，功率因數(shù)cosΦ是有功功率P和視在功率S的比值，即cosΦ=P/S。功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)。
有功功率P(W)：在電路中，電阻元件上所消耗的功率為有功功率，表示電源功率被利用的程度。
當(dāng)φ=0時(shí)，直流電路，P=UI
當(dāng)φ≠0時(shí)，交流電路，P= 3UIcosφ。
我們可以從電機(jī)銘牌上查詢功率因數(shù)。（見圖24，左圖為工頻電機(jī)，右圖為永磁變頻電機(jī)）。
異步電機(jī)的功率因數(shù)低，原因是它需要一部分功率來產(chǎn)生磁場(chǎng)，以維持電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。這部分產(chǎn)生磁場(chǎng)的功率，不會(huì)被消耗，只存在與電機(jī)與電源之間，這就是無功功率。
永磁電機(jī)的磁場(chǎng)是永磁體產(chǎn)生的，不需要這個(gè)無功功率，所以只需要從電網(wǎng)中吸取有功功率對(duì)外做功即可，因此它的功率因數(shù)很高。
例7，以銘牌功率75千瓦的永磁電機(jī)和異步電機(jī)為例，比較他們的輸入電流，就知道為什么永磁電機(jī)效率異步電機(jī)效率高。見表3
在變頻空壓機(jī)，異步電機(jī)在80%負(fù)載以下電機(jī)效率下滑嚴(yán)重，功率因數(shù)下滑更嚴(yán)重.永磁電機(jī)在20%～120%負(fù)載之間基本保持較高的效率和功率因數(shù)、在部分負(fù)載時(shí)永磁電機(jī)比異步電機(jī)具有很大的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，甚至節(jié)能超過50%。（見圖31，1為永磁電機(jī)，2為異步電機(jī)）。
五、空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)額定功率的選取
在例1中，主機(jī)軸功率為99.15kW，電機(jī)如何選擇呢？
1) 計(jì)算電機(jī)軸功率：
根據(jù)公式(3)：P電機(jī)軸功率=99.15/0.98=101.17kW （η傳動(dòng)效率=98%齒輪傳動(dòng)）
校核1：GB 18613-2012《電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》中選擇90kW/4極/IE4的效率為96.2%。
根據(jù)公式(2)：P電機(jī)功率=101.17/0.962=105.17kW （不超過下一檔110kW）
校核2：GB 18613-2012《電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》中選擇90kW/2極/IE2的效率為94.1%。
根據(jù)公式(2)：P電機(jī)功率=101.17/0.941=107.5kW （不超過下一檔110kW）
2) 計(jì)算電機(jī)服務(wù)系數(shù)：
通?？諌簷C(jī)的電動(dòng)機(jī)服務(wù)系數(shù)sf=1.15；考慮空濾芯和精分芯服務(wù)周期內(nèi)壓降影響（8%的軸功率）
在例1中電動(dòng)機(jī)的服務(wù)系數(shù)要求：sf=101.17 *1.08/90=1.21>1.15，意味著，要么增加電動(dòng)機(jī)的服務(wù)系數(shù)到1.25，要么重新修改主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)（減少容積流量）。
例8：某品牌空壓機(jī)10.5m3/min/0.7MPa /55kW/2級(jí)能效/IE3電機(jī)/齒輪傳動(dòng)/sf=1.15。假設(shè)P電箱+P風(fēng)扇=0.5kW（見圖32）
P機(jī)組功率=10.5*6.4=67.2kW
P電機(jī)功率=67.2-0.5=66.7kW
P電機(jī)軸功率=66.7*0.946=63.03kW
P主機(jī)軸功率=63.03*0.98=61.77kW
sf=62.03/55=1.13
可見，sf接近1.15，如果機(jī)器使用一段時(shí)間后，空壓機(jī)內(nèi)部壓降由于精分芯堵塞而增大時(shí)，電機(jī)服務(wù)系數(shù)將不足了，會(huì)引起電機(jī)安全運(yùn)行。
例9，圖32，在2009版能效等級(jí)為2級(jí)，查2019版能效等級(jí)變成3級(jí)(因?yàn)?級(jí)比功率值為6.2），如果想要改動(dòng)少，把電動(dòng)機(jī)換成IE5（96.3%）。
P主機(jī)軸功率=61.77kW
P電機(jī)軸功率=61.77/0.98=63.03kW
P電機(jī)功率=63.03/0.963=65.45kW
P機(jī)組功率=65.45+0.5=65.95kW
ε=65.95/10.5=6.28
仍然無法進(jìn)入2級(jí)能效，但已經(jīng)很接近了，可以看主機(jī)的效率曲線去修正容積流量，降低一點(diǎn)主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，就有可能進(jìn)入新的二級(jí)能效。見圖33。
因此深入了解“軸功率對(duì)噴油螺桿空壓機(jī)節(jié)能影響”，不僅可以在空壓機(jī)制造過程中揚(yáng)長(zhǎng)避短，盡可能將空壓機(jī)機(jī)組比功率值降低，而且還可以在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。
作者簡(jiǎn)介
梁柳生，廣西柳州，大學(xué)本科
?、俑呒?jí)工程師，1990開始從事空壓機(jī)行業(yè)工作；有在國(guó)企、合資及外企工作經(jīng)歷，其中22年在AC集團(tuán)工作。先后從事過空壓機(jī)及后處理設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品工藝、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤服務(wù)等及全國(guó)銷售總監(jiān)并有在歐洲學(xué)習(xí)和工作的經(jīng)歷。2017年創(chuàng)辦上善氣體工作室，專業(yè)從事壓縮空氣系統(tǒng)研究，精益生產(chǎn)管理及銷售的培訓(xùn)工作
?、趪?guó)家標(biāo)準(zhǔn)JBT10526-2005《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》第一起草人
?、廴珖?guó)壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員
來源：本站原創(chuàng)
文/上善氣體工作室 梁柳生
一、空壓機(jī)軸功率的定義
眾所周知，空壓機(jī)能效看機(jī)組輸入比功率，比功率大小與機(jī)組功率值有很大關(guān)系。即相同容積流量、壓機(jī)軸功率，機(jī)組功率越大，比功率越大，空壓機(jī)就越耗能。
空壓機(jī)的軸功率是在一定容積流量和工作壓力下，電動(dòng)機(jī)（或柴油機(jī)）單位時(shí)間內(nèi)給空壓機(jī)主機(jī)軸的功，稱為軸功率。
空壓機(jī)軸功率，我們可以從空壓機(jī)內(nèi)部（即主機(jī)的軸功率）和外部（電動(dòng)機(jī)軸功率）的功耗來揭示軸功率的意義。首先從機(jī)組輸入功率從外到內(nèi)來分析空壓機(jī)的能耗。（見圖1）
由公式(1)，我們得到機(jī)組功率的組成為：
P機(jī)組功率=P電機(jī)功率+P風(fēng)扇功率+P電器箱功率——公式(1)
公式(2)，電機(jī)功率與電機(jī)軸功率和電機(jī)效率有關(guān)：
P電機(jī)功率=P電機(jī)軸功率/η電機(jī)效率——公式(2)
公式(3)，電機(jī)軸功率跟空壓機(jī)主機(jī)軸功率及傳動(dòng)效率有關(guān)（見圖2）：
P電機(jī)軸功率=P主機(jī)軸功率/η傳動(dòng)效率——公式(3)
在空壓機(jī)行業(yè)，在標(biāo)準(zhǔn)、銘牌、宣傳冊(cè)及商務(wù)談判上機(jī)器大小通常用“驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率”（HP/kW）表示，電動(dòng)機(jī)銘牌為：“額定功率”，實(shí)際上都是指空壓機(jī)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機(jī)組功率=（P主機(jī)軸功率/η傳動(dòng)效率）*η電機(jī)效率+P風(fēng)扇功率+P電器箱功率——公式(4)
由公式(4)看出機(jī)組功率中，軸功率（主機(jī)/電機(jī)）、效率（傳動(dòng)/電機(jī)）均在空壓機(jī)六大系統(tǒng)的的動(dòng)力系統(tǒng)中，是機(jī)組功率占比最大的部分。（見圖4）
螺桿空壓機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由主機(jī)、電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)等三大部件組成：
從公式(4)看出，要想知道空壓機(jī)的機(jī)組功率，我們必須先知道主機(jī)軸功率。
二、主機(jī)軸功率
1.主機(jī)軸功率的計(jì)算
空壓機(jī)主機(jī)軸功率，是主機(jī)用來提升壓縮空氣的壓力勢(shì)能所需的綜合機(jī)械（或熱）能。與空壓機(jī)指示功率及絕熱效率有關(guān)，但不包括外傳動(dòng)(如齒輪或皮帶傳動(dòng))損失的功率（見公式(5)）
Ps=Pad/η絕熱效率——公式(5)
Ps為主機(jī)軸功率
Pad為空壓機(jī)指示功率
η絕熱效率=0.7～0.85
空壓機(jī)設(shè)計(jì)人員通常在設(shè)計(jì)空壓機(jī)之前都要計(jì)算或知曉空壓機(jī)的主機(jī)軸功率。
例1，假設(shè)要設(shè)計(jì)一臺(tái)螺桿空壓機(jī)，排氣壓力0.7MPa（表壓），容積流量為16.67m3/min，進(jìn)氣壓力為0.1MPa（絕壓）。該空壓機(jī)的軸功率是多少？應(yīng)該配多大的電動(dòng)機(jī)？
解：1) 容積流量換算：Q=16.67m3/min=277.78l/s
2) 壓縮空氣所需的指示功率計(jì)算：
3) 假設(shè)該螺桿空壓機(jī)的絕熱效率：η=80%
根據(jù)公式(1)，主機(jī)軸功率：Ps=Pad/η絕熱效率=79.34/0.8=99.15kW
應(yīng)該配多大電機(jī)？后面再計(jì)算。
在圖6中可以看出，空壓機(jī)在壓縮過程中既不可能做等溫壓縮（壓縮過程空氣溫度不變），也不可能做絕熱壓縮（壓縮過程與外界沒有任何熱交換）。因此應(yīng)該是多變壓縮過程。
通過實(shí)驗(yàn)，由于噴油螺桿空壓機(jī)的主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)較高，被壓縮氣體在壓力升高過程中，與噴入的潤(rùn)滑油之間的熱交換很不充分，在壓縮過程結(jié)束時(shí)，氣體的溫度遠(yuǎn)高于油的溫度，在排氣過程中才最終實(shí)現(xiàn)熱量平衡，達(dá)到相同的排氣溫度。
因此，誤認(rèn)為通過噴油可以實(shí)現(xiàn)接近等溫壓縮過程是不準(zhǔn)確的。實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)際噴油螺桿空壓機(jī)的最高效率仍比絕熱壓縮效率低一點(diǎn)，所以在機(jī)頭軸功率計(jì)算中，與絕熱壓縮聯(lián)系起來，而不是等溫壓縮。
空壓機(jī)主機(jī)工作是動(dòng)力系統(tǒng)功率的能量消耗的作俑者，因此要想空壓機(jī)節(jié)能，首先要主機(jī)節(jié)能。(見圖7)
2.主機(jī)軸功率影響因數(shù)
我們?cè)谟?jì)算空壓機(jī)的主機(jī)軸功率時(shí)，需要輸入進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、環(huán)境溫度、工作壓力、主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、進(jìn)氣壓降、排氣壓降等參數(shù)（見圖8）。所以，這些參數(shù)都會(huì)影響到主機(jī)軸功率的大小。
?、贆C(jī)組進(jìn)氣壓力的影響
雖然國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定空壓機(jī)的制造和測(cè)試按照“標(biāo)準(zhǔn)工況”（標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣壓力Px=1.013bar）。但在實(shí)際使用工況不同（海拔高度），空壓機(jī)在不同的設(shè)計(jì)與制造及客戶現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)也會(huì)不同（進(jìn)氣壓損差異），對(duì)空壓機(jī)的軸功率產(chǎn)生影響。
圖9的橫坐標(biāo)為進(jìn)氣壓力，右邊綠色縱坐標(biāo)為軸功率。當(dāng)進(jìn)氣壓力增加時(shí)，軸功率曲線下降；反之，則上升。
我們可以理解為，由于進(jìn)氣壓損而造成壓縮比不同導(dǎo)致軸功率不一樣。
例2：一個(gè)客戶在海拔3000m處使用一臺(tái)空壓機(jī)要求0.7MPa，氣量5.44m3/min時(shí)。（查資料環(huán)境壓力為：0.7bar），其壓縮比：
i=P排/Px=（7+0.7）/0.7=11 ——公式(7)
意味著需要相同氣量，此時(shí)軸功率比標(biāo)準(zhǔn)工況（壓縮比8）時(shí)要大，必須選擇10bar空壓機(jī)。因此當(dāng)進(jìn)氣壓力降低，軸功率增加。
例3：某空壓機(jī)空濾及減荷閥壓降為35mbar （見圖10），要求0.7MPa，氣量5.44m3/min時(shí)。其壓縮比：
i=P排/Px=（7+1）/0.965=8.3 ——公式(8)
意味著需要相同氣量，此時(shí)軸功率比標(biāo)準(zhǔn)工況（壓縮比8）時(shí)要大3.6%。因此當(dāng)進(jìn)氣壓力降低，軸功率增加。
?、诃h(huán)境溫度的影響
雖然國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定空壓機(jī)的制造和測(cè)試按照“標(biāo)準(zhǔn)工況”（標(biāo)準(zhǔn)溫度T=20℃）。但在實(shí)際使用時(shí)工況不同，空壓機(jī)在不同的客戶現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)也會(huì)不同。環(huán)境溫度差異對(duì)空壓機(jī)的功率會(huì)產(chǎn)生影響。
圖11的橫坐標(biāo)為環(huán)境溫度，右邊綠色縱坐標(biāo)為軸功率。當(dāng)環(huán)境溫度增加時(shí)，軸功率曲線下降。但是由于容積流量曲線下降斜率更大（藍(lán)色曲線），機(jī)組的比功率反而上升（紅色曲線）；反之亦然。例4見圖12。
③工作壓力的影響
在相同主機(jī)和轉(zhuǎn)數(shù)情況下，排氣壓力越大，空壓機(jī)軸功率越大?。ㄒ妶D13）
在這里，我們可以區(qū)分三種情況：
a) 空壓機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)壓降：在相同工作壓力下，空壓機(jī)主機(jī)后到出氣口前的氣路系統(tǒng)壓降越小，主機(jī)排氣壓力就越小，主機(jī)的軸功率就越小，機(jī)組比功率就越小，空壓機(jī)越節(jié)能；反之則耗能。
b) 空壓機(jī)后系統(tǒng)壓降：在相同工作壓力下，空壓系統(tǒng)（空壓機(jī)后的管路、凈化設(shè)備及輔件等）由于浪費(fèi)成品氣（管路泄露、凈化設(shè)備耗氣量大、不合理用氣等）或系統(tǒng)壓降大（管路壓降、凈化設(shè)備壓降、系統(tǒng)配置不合理等等）造成主機(jī)排氣壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其正常工作壓力而導(dǎo)致主機(jī)軸功率增大，機(jī)組比功率就增大，空壓機(jī)耗能；反之就節(jié)能。
當(dāng)空壓機(jī)工作一段時(shí)間后，由于空濾芯及油氣分離器芯隨著工作時(shí)間及環(huán)境影響，會(huì)增加阻損，從而造成主機(jī)工作壓力上升，到達(dá)維護(hù)保養(yǎng)要求前，主機(jī)軸功率也會(huì)增加。出于電動(dòng)機(jī)的安全考慮，必須要增加這部分余量，在電動(dòng)機(jī)部分會(huì)有詳細(xì)量化。
?、苤鳈C(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的影響
在相同主機(jī)和工作壓力下，主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)增加或減少，軸功率就增加或減少！（見圖15）
例5，某品牌變頻螺桿空壓機(jī)，可以進(jìn)行兩種壓力控制模式：
a. 在工作壓力不變的情況下，可以隨負(fù)荷變化通過改變主機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)來達(dá)到節(jié)能的目的；（見圖16左）。
b. 同時(shí)也可以在軸功率不變的情況下，隨工作壓力的改變通過改變主機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)增減排氣量，從而達(dá)到變頻空壓機(jī)利用最大化。這就是為什么這款空壓機(jī)有100Hz的變量（見圖16右）。
?、葜鳈C(jī)的效率影響
不管什么主機(jī)，每檔主機(jī)都會(huì)有其效率曲線（見圖17），當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)過低時(shí)，主機(jī)因?yàn)樾孤对龃髮?dǎo)致機(jī)組比功率高（所以變頻空壓機(jī)的頻率都在20Hz以上，再低不但耗能，且可能打不出氣）；當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)過高時(shí)，主機(jī)的機(jī)械摩擦增大導(dǎo)致機(jī)組比功率高（市場(chǎng)俗稱：小馬拉大車）。
由于變頻空壓機(jī)能效限定值的計(jì)算方法與工頻空壓機(jī)不一樣，因此利用好了主機(jī)的效率曲線，把在工頻空壓機(jī)不是1級(jí)能效的主機(jī)經(jīng)過調(diào)校后用在變頻空壓機(jī)上，取得1級(jí)能效的案例比比皆是。
因此，從GB19153-2019《容積式壓縮機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》可以看出，相同功率下，同樣是1級(jí)能效，工頻比功率值要求比變頻比功率值小。從空壓系統(tǒng)節(jié)能的角度來說，在滿載工況下，工頻機(jī)比變頻機(jī)節(jié)能。這與主機(jī)效率點(diǎn)選取有關(guān)，在第三章《噴油螺桿空壓機(jī)能效限定值分析》中有分析。
?、拗鳈C(jī)的型線影響
螺桿空壓機(jī)已經(jīng)有近百年的歷史，主機(jī)的設(shè)計(jì)主要是螺桿線型的演變。
線型設(shè)計(jì)要求：
a) 軸向氣密性和橫向氣密性高
b) 接觸線長(zhǎng)度盡量短
c) 面積利用系數(shù)大
d) 減少和避免漏氣三角形
e) 重量輕，剛性好
f) 良好的工藝性
其中，最重要的是型線的面積利用率：Cn=F/Dm，表1為幾種齒形的面積利用率比較：
其次為主機(jī)的加工工藝。
所以一款好的主機(jī)，首先考慮的是安全和耐用，其次才是節(jié)能。撇開了主機(jī)的安全和耐用而空談節(jié)能，賺的不如賠得多。
⑦壓縮比的影響
前面在進(jìn)氣壓力影響中提到“壓縮比”。在空壓機(jī)主機(jī)壓縮過程中不可能100%空氣都被壓縮，會(huì)有一定量的空氣泄露，壓縮比越高，泄露越嚴(yán)重；同時(shí)“壓縮比”越高，壓縮空氣的溫升也越高，當(dāng)空壓機(jī)從電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再轉(zhuǎn)換為空氣壓力勢(shì)能時(shí)，空氣溫度變化越小，空壓機(jī)的主機(jī)軸功率越小，空壓機(jī)越節(jié)能。這也是兩級(jí)壓縮在大機(jī)型中比單級(jí)壓縮更容易達(dá)到1級(jí)能效的原因之一。
三、傳動(dòng)系統(tǒng)
空壓機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)指電機(jī)和主機(jī)連接部件，一般可分為直接傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和皮帶傳動(dòng)。
三種連接方式各有特點(diǎn)，比較可見表2。
根據(jù)公式(3)可以知道，傳動(dòng)系統(tǒng)是電機(jī)軸功率傳遞到主機(jī)軸功率的橋梁，傳動(dòng)效率高低直接影響到機(jī)組功率。
四、電動(dòng)機(jī)軸功率
1.空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)
空壓機(jī)是將原動(dòng)（通常是電動(dòng)機(jī)或柴油機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體勢(shì)能（壓力表現(xiàn)）的裝置，電動(dòng)機(jī)就是空壓機(jī)動(dòng)力的輸入點(diǎn)。
最常見的空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)為三相異步電機(jī)和永磁（變頻）電機(jī)。
2.電動(dòng)機(jī)輸入功率
空壓機(jī)電機(jī)絕大多數(shù)都是三相電機(jī)，其輸入功率計(jì)算公式為：
P＝ 3UIcosΦη——公式(9)
其中U為線電壓，I為相電流，cosΦ是電機(jī)功率因數(shù)，η是電機(jī)效率。我們可以從電機(jī)銘牌上查詢。（見圖24，左圖為工頻電機(jī)，右圖為永磁變頻電機(jī)）
從公式(9)可以看出，電機(jī)輸入功率與電機(jī)效率及功率因數(shù)有密切關(guān)系。
①電機(jī)效率
電動(dòng)機(jī)由電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，在能量轉(zhuǎn)換不可能沒有損失。這是很多因素作用的結(jié)果，例如電阻損失、通風(fēng)損失、磁化損失以及摩擦損失及發(fā)熱等。能量轉(zhuǎn)化率可以用電機(jī)效率η來表示。(見公式(9)，P1為電機(jī)軸功率（通常電機(jī)銘牌標(biāo)注的額定功率），P為電機(jī)輸入功率)。
η=— ——公式(10)
——公式(10) P = P1 /η——公式(11)
從公式(10)得出，電機(jī)軸功率P1不變的情況下，電機(jī)效率η越高，電機(jī)輸入功率P越低，空壓機(jī)越節(jié)能！國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18613-2012《電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》規(guī)定了電動(dòng)機(jī)能效等級(jí)分三個(gè)級(jí)別：1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)，分別對(duì)應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的IE4、IE3、IE2。
GB18613-2020《電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》在2021年6月1號(hào)開始執(zhí)行，把能效指標(biāo)進(jìn)一步提升（見圖26）。
目前，市場(chǎng)上大部分空壓機(jī)使用電機(jī)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18613-2012《電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》，三相異步電動(dòng)機(jī)一般為IE2（三級(jí)），永磁電機(jī)一般為IE4以上（一級(jí)）；各級(jí)電機(jī)效率η相差1～2%，額定功率越大，效率值相差越小（見圖27）。
在第3章《噴油螺桿空壓機(jī)能效限定值分析》中介紹了2020空壓機(jī)抽檢不合格率高達(dá)22.4%，不合格發(fā)現(xiàn)率僅次于三相異步電機(jī)23.3%，且不合格項(xiàng)目為：“機(jī)組輸入比功率和能效標(biāo)識(shí)”。
空壓機(jī)抽檢不合格率其實(shí)很大程度與電動(dòng)機(jī)的不合格率有關(guān)系，特別是工頻用三相異步電機(jī)。由于絕大部分空壓機(jī)采用的三相異步電機(jī)為IE2（三級(jí)），當(dāng)動(dòng)力輸入源頭就是不節(jié)能電機(jī)，何來空壓機(jī)節(jié)能？
電機(jī)效率受到技術(shù)水平、制造成本、電壓及極數(shù)等因數(shù)影響，空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)選擇（特別是三相異步電機(jī)）應(yīng)遵循以下原則：
a) 在相同額定功率下，電機(jī)能效等級(jí)越高，電機(jī)效率越高，空壓機(jī)越節(jié)能；（建議選用IE3以上）
b) 在相同額定功率下，電機(jī)極數(shù)越高，電機(jī)效率越高，空壓機(jī)越節(jié)能；（能用4極電機(jī)就不用2極電機(jī)）
c) 在大功率電機(jī)，相同額定功率下，電壓越高，電機(jī)效率越高，空壓機(jī)越節(jié)能；（250kW以上空壓機(jī)，有條件選擇循序：10kV>6kV>380V）
d) 同一檔電機(jī)，滿載比變載效率高（電機(jī)最佳效率是在100%負(fù)荷）（見圖28）；
e) 變載運(yùn)行，永磁變頻電機(jī)是優(yōu)先；
f) 在滿足安全的條件下，電機(jī)防護(hù)等級(jí)越低越好。
例6， 75kW的電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)是IE2，一臺(tái)是IE4，其耗電量差距是多少？解答見圖29。
?、陔姍C(jī)功率因數(shù)
交流電路中，功率分三種功率：有功功率P、無功功率Q和視在功率S，功率因數(shù)cosΦ是有功功率P和視在功率S的比值，即cosΦ=P/S。功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)。
有功功率P(W)：在電路中，電阻元件上所消耗的功率為有功功率，表示電源功率被利用的程度。
當(dāng)φ=0時(shí)，直流電路，P=UI
當(dāng)φ≠0時(shí)，交流電路，P= 3UIcosφ。
我們可以從電機(jī)銘牌上查詢功率因數(shù)。（見圖24，左圖為工頻電機(jī)，右圖為永磁變頻電機(jī)）。
異步電機(jī)的功率因數(shù)低，原因是它需要一部分功率來產(chǎn)生磁場(chǎng)，以維持電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。這部分產(chǎn)生磁場(chǎng)的功率，不會(huì)被消耗，只存在與電機(jī)與電源之間，這就是無功功率。
永磁電機(jī)的磁場(chǎng)是永磁體產(chǎn)生的，不需要這個(gè)無功功率，所以只需要從電網(wǎng)中吸取有功功率對(duì)外做功即可，因此它的功率因數(shù)很高。
例7，以銘牌功率75千瓦的永磁電機(jī)和異步電機(jī)為例，比較他們的輸入電流，就知道為什么永磁電機(jī)效率異步電機(jī)效率高。見表3
在變頻空壓機(jī)，異步電機(jī)在80%負(fù)載以下電機(jī)效率下滑嚴(yán)重，功率因數(shù)下滑更嚴(yán)重.永磁電機(jī)在20%～120%負(fù)載之間基本保持較高的效率和功率因數(shù)、在部分負(fù)載時(shí)永磁電機(jī)比異步電機(jī)具有很大的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，甚至節(jié)能超過50%。（見圖31，1為永磁電機(jī)，2為異步電機(jī)）。
五、空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)額定功率的選取
在例1中，主機(jī)軸功率為99.15kW，電機(jī)如何選擇呢？
1) 計(jì)算電機(jī)軸功率：
根據(jù)公式(3)：P電機(jī)軸功率=99.15/0.98=101.17kW （η傳動(dòng)效率=98%齒輪傳動(dòng)）
校核1：GB 18613-2012《電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》中選擇90kW/4極/IE4的效率為96.2%。
根據(jù)公式(2)：P電機(jī)功率=101.17/0.962=105.17kW （不超過下一檔110kW）
校核2：GB 18613-2012《電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》中選擇90kW/2極/IE2的效率為94.1%。
根據(jù)公式(2)：P電機(jī)功率=101.17/0.941=107.5kW （不超過下一檔110kW）
2) 計(jì)算電機(jī)服務(wù)系數(shù)：
通?？諌簷C(jī)的電動(dòng)機(jī)服務(wù)系數(shù)sf=1.15；考慮空濾芯和精分芯服務(wù)周期內(nèi)壓降影響（8%的軸功率）
在例1中電動(dòng)機(jī)的服務(wù)系數(shù)要求：sf=101.17 *1.08/90=1.21>1.15，意味著，要么增加電動(dòng)機(jī)的服務(wù)系數(shù)到1.25，要么重新修改主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)（減少容積流量）。
例8：某品牌空壓機(jī)10.5m3/min/0.7MPa /55kW/2級(jí)能效/IE3電機(jī)/齒輪傳動(dòng)/sf=1.15。假設(shè)P電箱+P風(fēng)扇=0.5kW（見圖32）
P機(jī)組功率=10.5*6.4=67.2kW
P電機(jī)功率=67.2-0.5=66.7kW
P電機(jī)軸功率=66.7*0.946=63.03kW
P主機(jī)軸功率=63.03*0.98=61.77kW
sf=62.03/55=1.13
可見，sf接近1.15，如果機(jī)器使用一段時(shí)間后，空壓機(jī)內(nèi)部壓降由于精分芯堵塞而增大時(shí)，電機(jī)服務(wù)系數(shù)將不足了，會(huì)引起電機(jī)安全運(yùn)行。
例9，圖32，在2009版能效等級(jí)為2級(jí)，查2019版能效等級(jí)變成3級(jí)(因?yàn)?級(jí)比功率值為6.2），如果想要改動(dòng)少，把電動(dòng)機(jī)換成IE5（96.3%）。
P主機(jī)軸功率=61.77kW
P電機(jī)軸功率=61.77/0.98=63.03kW
P電機(jī)功率=63.03/0.963=65.45kW
P機(jī)組功率=65.45+0.5=65.95kW
ε=65.95/10.5=6.28
仍然無法進(jìn)入2級(jí)能效，但已經(jīng)很接近了，可以看主機(jī)的效率曲線去修正容積流量，降低一點(diǎn)主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，就有可能進(jìn)入新的二級(jí)能效。見圖33。
因此深入了解“軸功率對(duì)噴油螺桿空壓機(jī)節(jié)能影響”，不僅可以在空壓機(jī)制造過程中揚(yáng)長(zhǎng)避短，盡可能將空壓機(jī)機(jī)組比功率值降低，而且還可以在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。
作者簡(jiǎn)介
梁柳生，廣西柳州，大學(xué)本科
?、俑呒?jí)工程師，1990開始從事空壓機(jī)行業(yè)工作；有在國(guó)企、合資及外企工作經(jīng)歷，其中22年在AC集團(tuán)工作。先后從事過空壓機(jī)及后處理設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品工藝、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤服務(wù)等及全國(guó)銷售總監(jiān)并有在歐洲學(xué)習(xí)和工作的經(jīng)歷。2017年創(chuàng)辦上善氣體工作室，專業(yè)從事壓縮空氣系統(tǒng)研究，精益生產(chǎn)管理及銷售的培訓(xùn)工作
?、趪?guó)家標(biāo)準(zhǔn)JBT10526-2005《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》第一起草人
?、廴珖?guó)壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員
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