【壓縮機(jī)網(wǎng)】2021年4月16日，習(xí)近平總書記在同法國德國領(lǐng)導(dǎo)人舉行視頻峰會時(shí)指出：中國將力爭于2030年前實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放達(dá)到峰值、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，這意味著中國作為世界上最大的發(fā)展中國家，將完成全球最高碳排放強(qiáng)度降幅，用全球歷史上最短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)從碳達(dá)峰到碳中和，這無疑將是一場硬仗。

　　在此背景下，空壓機(jī)系統(tǒng)能耗高的問題逐漸凸顯，對空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)也提出了新要求?？諌簷C(jī)系統(tǒng)能耗問題主要體現(xiàn)在：1.空壓機(jī)設(shè)備能耗高；2.主機(jī)泄露嚴(yán)重；3.壓力損失大（例如：輸氣管道壓力損失等）；4.布局不合理；5.缺乏動態(tài)調(diào)節(jié)；6.缺乏能量回收利用方案。

　　一、空壓機(jī)節(jié)能三大途徑

　　大家一直在講節(jié)能，究竟如何節(jié)能？主要的途徑有3個(gè)：一是提高電能利用效率；二是高效驅(qū)動器；三是降低主機(jī)比功率。

　　途徑一：提高電能利用效率

　　策略1：降低無功損耗

　　我們做節(jié)能，就要把每一個(gè)環(huán)節(jié)做到應(yīng)節(jié)盡節(jié)，不要忽略可利用的機(jī)會。眾所周知，西電東輸就是利用高壓輸電技術(shù)，為什么不用低壓？因?yàn)橛玫蛪狠旊姄p耗太大了。所以提高電能利用率的策略之一就是降低無功損耗，解決方案是去掉變壓器改用高壓電機(jī)。畢竟，10kV轉(zhuǎn)380V變壓器的無功損耗還是比較嚴(yán)重的。當(dāng)然，針對小功率空壓機(jī)，不推薦使用6kV或者10kV以上的電壓，推薦在200kW以上功率段使用。

　　策略2：降低線路損耗

　　解決方案：高壓輸電

　　傳輸電力用的電纜也會耗電?？諌簷C(jī)在運(yùn)行的過程中，我們?nèi)y量電纜溫度會發(fā)現(xiàn)電纜是熱的。它的熱量是哪來的？一定是電能轉(zhuǎn)換來的。但是高壓機(jī)由于傳輸電流很小，電纜基本不會發(fā)熱。

　　提高電能利用效率的策略總結(jié)起來就是通過使用高壓電的方式提高電能利用率。

　　途徑二：高效驅(qū)動器

　　通常電機(jī)的節(jié)能方式就是變頻，因此空壓機(jī)行業(yè)近十年的潮流就是用永磁變頻技術(shù)提高壓縮機(jī)的能效水平。永磁變頻有兩個(gè)好處，一是它可以通過省去勵磁過程來降低損耗；二是它可以隨氣量的變化進(jìn)行動態(tài)調(diào)控。因此，途徑二的核心就是利用永磁變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

　　途徑三：降低主機(jī)比功率

　　據(jù)筆者在上海國際壓縮機(jī)及設(shè)備展會上的觀察，現(xiàn)在還有很多單級壓縮的機(jī)器。單級壓縮的效率較低，所以我們要提高壓縮效率，一是減少齒間泄露，二是盡可能地去采用接近等溫壓縮的方式，提升壓縮效率。所以，采用兩級壓縮技術(shù)很有必要。

　　綜上所述，這三條途徑分別對應(yīng)空壓機(jī)行業(yè)三大節(jié)能技術(shù)，分別是高壓、永磁變頻和兩級壓縮，所以就會誕生一個(gè)產(chǎn)品叫做高壓永磁變頻雙級壓縮機(jī)。

　　二、三大途徑節(jié)能原因分析

　　1.為什么要用高壓電？

　　負(fù)載損耗：變壓器每天的損耗=（空載損耗+負(fù)載損耗×負(fù)荷率的平方）×24

　　空載損耗：當(dāng)變壓器二次繞組開路，一次繞組施加額定頻率正弦波形的額定電壓時(shí)，所消耗的有功功率稱空載損耗。

　　用高壓電和用低壓電的區(qū)別到底有多大？我們來假設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)，用常見的800kVA變壓器來舉例?？蛻粲锌赡軙且粋€(gè)2000kVA、3150kVA，甚至更大的變壓器，我們來看一下800kVA變壓器的損耗有多少。

　　以800kVA干式變壓器的損耗為例，變壓器的負(fù)荷率在50%，則一天的耗電量為：

　　800kVA干式電力變壓器空載損耗有1160W，一個(gè)月約為24×30×1.16=835.2度電。

　　800kVA干式電力變壓器負(fù)載損耗有5220W，一個(gè)月約為24×30×5.22=3758.4度電。

　　空載損耗即不變損失，與通過的電流無關(guān)，但與元件所承受的電壓有關(guān)。

　　空載損耗就是只給變壓器上著電，后面沒有任何負(fù)載，此時(shí)僅變壓器耗電。它的空載損耗有大約1160瓦，一個(gè)月就可以給耗掉800多度電，而這800多度電是被白白浪費(fèi)掉的。在負(fù)載的時(shí)候，變壓器的損耗能達(dá)到5000多瓦，此時(shí)一個(gè)月會白白浪費(fèi)掉3700多度電。

　　高壓機(jī)會不會有這種損耗呢？也會有。比如在它的上級變壓器，像35kV、110kV、220kV變10kV的時(shí)候也有損耗。但是損耗少了10kV變380V這一部分，所以也會少損耗一部分電能。

　　2.為什么使用永磁同步電機(jī)？

　　永磁電機(jī)為什么節(jié)能？普通的異步電機(jī)定子線圈通電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，磁場切割轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生交變電流，該電流產(chǎn)生磁場，定子磁場帶動轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)動。這個(gè)過程中轉(zhuǎn)子在耗電，因?yàn)檗D(zhuǎn)子本身是沒有磁性的，它的磁場能量是通過吸收電網(wǎng)的電能而來。而永磁變頻同步電機(jī)，由于轉(zhuǎn)子永磁體自帶磁場，當(dāng)電機(jī)定子線圈通電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，定子旋轉(zhuǎn)磁場可直接帶動轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)動，這樣就省去了一個(gè)勵磁的環(huán)節(jié)。

　　永磁電機(jī)的效率和功率因數(shù)隨負(fù)載率及轉(zhuǎn)速的變化不大，而普通異步電機(jī)的效率和功率因數(shù)隨負(fù)載率及轉(zhuǎn)速的變化非常大。

　　3.變頻控制的節(jié)能原理

　　異步電機(jī)在低負(fù)荷的時(shí)候效率會很低，所以永磁電機(jī)更適合進(jìn)行調(diào)控。從不同類型電機(jī)效率對比圖可以看出，功率因數(shù)相差很多。

　　4.恒壓供氣

　　恒壓供氣這個(gè)道理大家都明白，但是大家在做的時(shí)候有一些差異。例如：客戶要的是8kgf機(jī)型，不代表客戶就需要8kgf恒壓供氣，如果壓縮機(jī)按8kgf恒壓供氣，這樣就比較浪費(fèi)能源。調(diào)試是要把壓縮機(jī)調(diào)整到客戶的最佳使用狀態(tài)，而不是把壓縮機(jī)調(diào)成出廠狀態(tài)。所以調(diào)試這個(gè)環(huán)節(jié)很重要，需要把壓力調(diào)整到客戶真實(shí)需求的壓力狀態(tài)，即空壓機(jī)工作的最佳工況。

　　空壓機(jī)壓力不需要調(diào)很高，因?yàn)樘吡丝蛻魶]有用途，只要滿足客戶的需求即可，省去了原來加卸載的過程，省去了下圖中黃色陰影區(qū)域多余的這部分壓力，那這部分功就不用做了，所以就節(jié)省了電費(fèi)。

　　5.雙級壓縮更趨近于等溫壓縮

　　看上邊這個(gè)PV圖，在吸氣-壓縮-排氣這個(gè)過程中，單級壓縮是從a點(diǎn)直接壓縮到c點(diǎn)，然后進(jìn)行排氣；如果是雙級壓縮會從a點(diǎn)壓縮到b點(diǎn)，然后進(jìn)行一次熱交換后走到f點(diǎn)，最后從f點(diǎn)進(jìn)開始第二級壓縮走到d點(diǎn)。綠色區(qū)域這部分功就是要省下來的，這也是雙級壓縮節(jié)能的核心原理。

　　我們看一下效率對比，一般情況下，8kgf機(jī)型，單級壓縮的比功率不低于7，做到7以下比較困難。如果用雙級壓縮的形式，可以做到6以下。

　　6.減少主機(jī)內(nèi)泄漏

　　主機(jī)泄漏為什么會耗能？因?yàn)閴嚎s空氣是一種轉(zhuǎn)化率比較低的能源，好不容易壓縮出來的壓縮空氣，通過泄漏三角形又回到了起點(diǎn)，導(dǎo)致壓縮效率降低，這是很大的浪費(fèi)。

　　如何去降低泄露？那就要減小這個(gè)泄露三角形的面積（見下圖右圖），這也是我們提高空壓機(jī)效率的一個(gè)重要手段。當(dāng)然，現(xiàn)在隨著中國機(jī)加工技術(shù)崛起，主機(jī)的精度得到了大幅提高。

　　那要如何進(jìn)一步降低泄露損失？這就要用到兩級壓縮。從第二級出口泄露到第一級進(jìn)口，中間有一個(gè)壓力差，壓縮氣體無法直接回到進(jìn)口，它會在級間有個(gè)膨脹過程，當(dāng)它膨脹之后體積變大了，再通過第一級泄露的時(shí)候，泄漏量一定會變小。這也是兩級壓縮為什么比單級更節(jié)能的另外一個(gè)原因。

　　7.管路優(yōu)化，降低壓力損失

　　經(jīng)過上述這么多的節(jié)能方式介紹，我們再來看一下壓縮機(jī)外圍的一些節(jié)能手段：

　　·使用最少的彎頭、最大化使用直管，最大程度減小壓力損失，提升空壓機(jī)效率；

　　·通過改進(jìn)氣控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)輕載啟動，提升設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性；

　　·使用管路多級密封卡套，通過三級密封保證管路密封的可靠性，防止管路泄露；

　　·優(yōu)化進(jìn)氣系統(tǒng)管路，降低吸氣壓損；

　　·油分采用二次回油控油設(shè)計(jì)，減少壓縮空氣浪費(fèi)；

　　·提高油氣桶粗分離效果，可以有效減少油分芯的壓力損失。

　?。?）在設(shè)計(jì)過程中盡可能少的使用彎頭，最大化的采用直管設(shè)計(jì)，或者是彎一個(gè)弧度比較大的彎管，能用90度就不用180度，能用45度的就不用90度，能做直管就不用45度的彎頭。另外，可以加大管徑。加大管徑會降低流速，把壓力損失盡可能的做到最小。

　　（2）要通過控制技術(shù)讓壓縮機(jī)啟動更容易，因?yàn)閴嚎s機(jī)的啟動電流很大。永磁變頻會讓空壓機(jī)休眠，在需要頻繁啟動時(shí)，它的電耗就會大大提高。

　?。?）康普斯三級管路密封技術(shù)，可有效防止管路泄露。

　?。?）優(yōu)化進(jìn)氣管路，降低吸氣壓損。主機(jī)有兩個(gè)重要系數(shù)：吸氣溫度系數(shù)和吸氣壓力系數(shù)。想要做好這兩個(gè)系數(shù)，就要做到合理布局。

　　一是合理設(shè)計(jì)空濾安裝位置，使空濾吸入冷空氣，從而改善吸氣溫度系數(shù)，降低能耗；二是降低進(jìn)排風(fēng)阻力，可以改善吸氣壓力系數(shù)，同時(shí)也有利于提高散熱器的散熱效率，減小風(fēng)機(jī)電機(jī)功耗；三是完整的冷熱交換循環(huán)更符合冷氣從下部進(jìn)，熱氣從上部排出的原理。

　?。?）二次回油的控油設(shè)計(jì)，控制回油量，油分流入機(jī)頭的盡可能都是螺桿油，而不是壓縮空氣。

　　（6）需要把油氣桶的分離效果做好。為什么油氣桶的效果做好會節(jié)能，這一點(diǎn)大家可能不理解。我們這樣做一個(gè)假設(shè)，當(dāng)油分芯一直處于飽和過濾油的狀態(tài)，阻力一定是大的。有人會說，油分廠家生產(chǎn)的油分不好，壓力損失比較大。這個(gè)說法有時(shí)候是真的，確實(shí)是油分芯不達(dá)標(biāo)。但是還有一些情況，可能是油氣桶設(shè)計(jì)的不是很好，因?yàn)橛写罅康挠挽F需要進(jìn)行過濾，所以壓力損失很大。我們要盡可能的把更多的油用油氣桶分離掉，降低油分的壓力損失，從而獲得節(jié)能。

　　三、節(jié)能技術(shù)在康普斯壓縮機(jī)產(chǎn)品上的應(yīng)用

　　1.防爆永磁變頻技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下用變頻空壓機(jī)：①相較傳統(tǒng)空壓機(jī)啟動沖擊小，運(yùn)行可靠；②變頻控制減少電能浪費(fèi)；③體積更小，更適合井下狹小的空間。

　　2.高壓永磁變頻技術(shù)：①省掉了低壓變壓器，減少了變壓器輸電損失，電能利用率高；②內(nèi)置變頻系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，減少用氣波動造成的電能損失；③啟動電流小，降低電網(wǎng)沖擊，使用更安全。

　　3.永磁變頻干式無油螺桿機(jī)：①轉(zhuǎn)子采用超級涂層，防止因磨損造成的泄漏，保證穩(wěn)定持久的運(yùn)行性能；②可靠的冷卻系統(tǒng)有效降低壓縮機(jī)功耗，提高主機(jī)效率；③變頻調(diào)控，更寬的氣量適應(yīng)范圍。

　　永磁高速變頻離心式壓縮機(jī)：①獨(dú)有的加工工藝制造出更高效的一次成型葉輪，提高壓縮效率；②采用三元流葉輪設(shè)計(jì)，使氣體流動效率更高；③搭載高速永磁同步電機(jī)，用最小的能耗達(dá)到更好的效果。

　　以上是筆者關(guān)于空壓機(jī)節(jié)能的一些分享，希望對行業(yè)發(fā)展進(jìn)步有所助益！

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