工业效率

旋转螺杆空压机的等熵效率

许多Astute空气压缩机用户注意到了2012年6月在2020年6月之后的压缩空气和天然气研究所(CAGI)空气压缩机数据表,有一个新的术语;概率效率。概率效率是对任何额定放电压力下空气压缩机的整体效率进行真正比较的新标准。现在,用户可以看到哪些公司生产最高效的产品,简单的参考百分比。压缩空气行业与Cagi一起一直试图在空气压缩机之间进行公平比较多年。让我们回到历史上,并在我们详细解释等熵效率(即)之前回顾这一历史进展。

背景

在20世纪70年代,当旋转螺杆空气压缩机新的市场上,他们的竞争主要是双作用往复式空气压缩机。这些是非常有效的空气压缩机,至少在初始的操作年份。客户看着旋转螺丝空气压缩机,因为活塞机需要大量的昂贵的维护,有振动相关的问题并且嘈杂。此外,大多数所需的水冷量随时间变得更昂贵。

空压机性能测试的综合标准直到20世纪90年代初才在行业中存在,那时ISO 1217是第一个普遍实施的标准测试方法。在此之前,空气压缩机制造商对他们的机器进行测试的方式略有不同。例如,进口温度或湿度没有标准——这可能对性能产生很大影响。一些空气压缩机制造商只测量裸空气端性能,进口阀门、冷却器、分离器和冷却器没有任何损失。这可能意味着一个制造商对另一个可能有5%或更多的封装动力性能差异。

在此期间,一些空压机制造商甚至没有在他们的小册子上发表额定容量。1970年 - 1980年的后续审计已证明它们平均每100小时平均约425 CFM。双作用往复式机器每100HP生产至少500℃。具有更好的转子型材技术和更紧凑的加工公差,目前的旋转螺杆机器距离单级和600厘米的两个阶段的CFM - 每100HP电机尺寸为600 CFM。

直到20世纪70年代中期,最终用户并没有真正关注能源成本,因为电力为每千瓦时3至5美分。大多数客户都不知道空气压缩机的运作成本是多少,因为它只是较大的账单的一小部分。许多安装都采用过大型活塞式压缩机。当它们被较低的旋转螺丝机取代时,它在电力账单的任何重大变化中都没有表现出来。每个人都只是通过较低的维护成本超赞成。

在20世纪90年代,所有供应商都有其能力在他们的宣传册上发布,但公布的能力很大。例如;一家公司在100PSI的563 CFM中获得了100千桶压缩机,而行业的其余部分平均约为490 CFM。最终发现,该特定模型使用1.40服务因子电机,以超过125 HP轴功率运行。它表现为已发布,但使用的实际功率对客户不清楚。

电机服务因素和HP或KW额定值也一直是一个不断发展的课题。大多数行业使用1.15的服务系数马达,使用15%可用马达中的10%。服务系数实际上是给定电压下的最大安培数,考虑到温度、海拔(空气的冷却能力)和功率因数等其他设计条件,电机能够可靠地提供。电机制造商将以客户希望的任何方式为电机铭牌,即在相同机架尺寸下,100 HP 1.25 SF电机或125HP 1.0 SF电机本质上是相同的电机。空气压缩机制造商以许多不同的方式选择和应用其压缩机的电机,但额定电压下的最大安培是最终的决定因素。

在20世纪80年代,该行业在流动的意义上变得更加严格。一家公司开始出版“免费空运”或FAD,测量入口处的空气,并发布了所使用的总功率。他们看起来比其他人效率较低,但它们真的很糟糕。

本文并不是对任何空压机制造厂家的任何分散浇铸。他们都发布了很好的数据,只是测量的方式不同而已!

ISO 1217附件C.

最初发表于1947年,Cagi手册一直是一切压缩空气的进入资源。现在在第七版,并以电子方式提供Cagi网站,所示的手册包含来自领先制造商的工程信息和有关压缩空气系统的有价值的参考数据。在20世纪90年代末,Cagi及其会员公司同意了一项标准,他们将把机器衡量到同一标准。Cagi定于全球接受的ISO 1217附件C,这是今天仍然使用的基本标准。该测试是通过空气压缩机的体积流动。Cagi和Pneurop已经采用了标准空气的定义,即20℃,1巴绝对和0%RH。在测试到1217时,您将返回压缩机的入口条件,以计算流过压缩机的音量。如果您想知道流过压缩机的质量,则必须将音量流转换为标准条件。这为您提供了在任何给定的环境条件下流过压缩机的SCFM(质量)。

CAGI空压机数据表

一旦ISO 1217附件C被接受,CAGI及其成员同意发布一个简单的固定速度压缩机标准数据表,如下所示。参见图A和b。作为CAGI性能验证计划的一部分,成员公司被要求在其网站上发布这些数据表,以便客户方便访问。每个空压机制造商有一个独立的测试实验室,随机选择3台空压机运往实验室。然后实验室测试这些压缩器,并验证它们的性能是否与发布的数据表相匹配。所有测试的结果可在https://www.cagi.org/pdfs/cagirotarydirectory.pdf

让我们来看看润滑的,定速旋转螺杆空压机的数据表(见图A)。变速空压机有相同格式的数据表,但它们的等熵效率使用满载的加权平均值,40%和70%满载。

样本Cagi数据表

图a . caagi数据表样本,用于润滑,固定速度旋转螺杆空气压缩机。点击此处放大
  • 第1、2条:厂家名称及型号,冷却方式(水冷或风冷),是单级还是两级压缩机。
  • 项目3:满负荷流量。该数字是在排放时测量的立方英尺的数量,根据ISO 1217附件C在测试时的进口条件进行调整。
  • 第4项:满载操作压力。这是测量容量和总封装功率的压力。
  • 项目5:最大全流量压力。对于带有加载/卸载操作系统的机器,这是机器在卸载之前运行的最高压力。对于这种类型的机器,这个压力可以比满负荷操作压力高3到15 PSI。在这个压力下,机器的总封装功率会更高。
  • 第6、7项:铭牌主驱动电机马力(HP)及电机效率。第7项数值越高,电机效率越高。一些制造商有更高效率的电机的选择。
  • 项目8和9:风机电机铭牌HP和效率。风扇通常设计在40°C(104°F)运行。如果空压机位于较温暖的位置,则可能需要更大的风机。
  • 项目10:不需要压缩机时的总包运行功率。这对于计算部分负载条件下的压缩机效率是非常重要的。
  • 第十一项:满载运行功率,单位为千瓦,在满载运行压力下测量。包括风扇,控制和任何其他设备的包装使用能源。
  • 第12项:包装特定电源是制作一百(100)CFM所需的千瓦。数字越低 - 机器越高。
  • 第13项:等熵效率-稍后将解释。数值越高,空压机的效率越高。图A是当前固定速度数据表的格式。2002年开始的原始数据表所包含的信息较少。

容量额定值的容差可达7%的容量和8%的比功率。对于较大的空压机,公差更小。公差是必需的,因为不可能使压缩机在相同功率下产生相同的流量。

空气压缩机等熵效率

具体功率项,在数据表中,是一个计算,旨在显示最有效的压缩机。计算为(总封装KW × 100)/ CFM。比功率越低,包装效率越高。如果压缩机有相同的满负荷额定压力,使用比功率进行比较是完美的。问题是,许多压缩机制造商在图1所示的不同压力下对其压缩机进行评级。

一个品牌

One hundred.

123 - 125

150.

174 - 175

195 - 200.

品牌B

One hundred.

115

125

135

150.

190

品牌C

One hundred.

125

150.

175

200

品牌D

115

150.

165

品牌E.

One hundred.

110 - 115

125

150.

175

200

图1所示。用于润滑定速旋转螺杆空气压缩机额定功率的压力(psi)。

修订后的《能源政策和节约法案》(EPCA)涵盖了某些商业和工业设备,包括压缩机,美国能源部(DOE)被授权制定能源节约标准。美国能源部已确定EPCA涵盖商用和工业空压机,并一直在考虑此类设备的节能标准和测试程序。2020年1月,美国能源部发布了一份名为85FR1504的关于压缩机能效标准最终规则的联邦纪事公告。CAGI及其成员完全支持利用等熵效率作为比较压缩机效率的标准。定义等熵效率的最简单方法如图2所示。

公式

图2。

等熵效率比较

此等熵计算仅基于定速压缩机的满负荷运行。目前公布的等熵效率最高约为92%,最低约为50%。一般来说,100 HP以上的机器比那些低HP的机器拥有更高的平均IE。这是因为两级压缩机通常在100 HP启动,具有更高的等熵效率。使用IE,用户可以比较100PSI的压缩机和150psi的机器,看看哪个效率更高。截至2020年7月,所有参与性能验证计划的CAGI成员的等熵效率都已公布在他们的CAGI数据表上。在250 HP以上的数据表上不需要等熵效率,所以我们使用计算得到的IE进行比较。图3显示了100 HP压缩机在所有不同压力下的比较。这些是根据等熵效率来分类的。如你所见,较低的比功率并不一定意味着较低的等熵效率。 Figure 4 shows the same comparison of two-stage compressors and in general they have a higher isentropic efficiency.

图3.

图3。

图4.

图4。

概念效率比较将使压缩空气行业努力提高效率,这反过来又会挽救未来的大量能源。有一天,您可能会看到母鹿或国家政府需要最低销售压缩机的最低熵效率水平。

图5.

图5。由马力,用于润滑,固定速度,旋转螺杆空压机的型效率。基于Cagi Datasheets的日期为2021年1月。

关于作者

布莱恩·帕克斯在压缩空气行业工作了超过45年。他曾在美国和海外为两家不同的空压机制造商服务、销售、机器测试、工程和区域管理。退休后,他创办了Fourth Utility Consulting,最初是做经销商培训、审计和审核工作。后来,该公司开始为压缩机公司提供咨询,以帮助建立最高效的产品,使用CAGI数据比较,以提高效率。Fourth Utility有一个包含6500多个存档数据表的数据库,用于正确的审计和审计审查。

有关更多信息,请联系Brian Parks,总裁,第四次公用事业咨询,电子邮件:4 thutilityconsulting@mail.com

想了解更多关于这个话题的信息,请访问CAGI的网站,观看关于等熵效率的教育视频https://www.cagi.org/education/videos.aspx

到Mor Cagi标准文章访问//www.epcgrp.com/standards/iso-cagi