工业效率

旋转螺杆空压机的概率效率

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。

本文未施放任何空压机制造商的任何分散。他们都是出版良好的数据,他们只是以不同的方式衡量!

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.润滑固定速度旋转螺杆空压机的样本Cagi数据表。点击这里放大
  • 物品1和2:制造商的名称和型号,冷却类型(水或空冷),是否是单身或两级压缩机。
  • 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。
  • 项目6&7:主驱动马达的铭牌马力(HP)和电机的效率。较高的数字7是电动机更有效。一些制造商可以选择更高的效率电机。
  • 物品8&9:风扇电机铭牌HP和效率。风扇通常设计成在40°C(104°F)下运行。如果空气压缩机处于暖位置,则可能需要更大的风扇。
  • 第10项:在压缩机上没有需求时,总包运行功率。这对于计算部分负载条件下的负载/卸载压缩机的效率非常重要。
  • 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:概要效率 - 将在后面解释。数量越高,空气压缩机越有效。图A是当前固定速度数据表的格式。从2002年开始的原始数据表有更少的信息。

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.润滑固定速度旋转螺杆空气压缩机电力额定值使用的压力(PSI)。

经修订(EPCA)的能源政策和保护法案涵盖某些商业和工业设备,包括压缩机,能源部(DOE)被授权建立节能标准。DOE确定EPCA涵盖商业和工业空气压缩机,并一直在考虑这些设备的节能标准和测试程序。2020年1月,DOE发布了与压缩机能效标准有关的联邦注册通知,标题为85FR1504。Cagi及其成员完全支持使用等熵效率作为压缩机效率比较的标准。定义等熵效率的最简单方法如图2所示。

公式

图2。

比较熵效率

该等熵计算仅基于用于固定速度压缩机的全负载操作。目前已发表的最高等级效率约为92%,最低约50%。通常,高于100HP的机器具有更高的平均值,即比具有较低HP的机器。这是因为两个阶段压缩机通常以100 hp开始并且具有更高的等熵效率。使用IE,用户可以将100Psi压缩机与150 psi机器进行比较,以查看哪个更有效。截至2020年7月,参加绩效核查计划的所有Cagi成员都有在他们的Cagi数据表上发布的惯例效率。在250 HP以上,数据表上不需要概率效率,因此我们使用计算IE以进行此比较。图3显示了在所有不同压力下100 HP压缩机的比较。这些是由概要效率的排序。如您所见,较低的特定功率不一定表示较低的等熵效率。 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

Brian Parks在压缩航空行业工作超过45年。他在美国和国外工作的两种不同空压机制造商的服务,销售,机床测试,工程和区域管理工作。退休后,他开始了第四次实用咨询,最初进行经销商培训,审计和审计审查。后来,公司开始为压缩机公司进行咨询,通过使用Cagi Datasheet比较来提高效率来帮助建立最有效的产品。第四个实用程序有一个超过6,500个存档数据表的数据库,用于正确审计和审计评论。

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:4ThutilityConsulting@mail.com.

有关此主题的更多信息,请访问CAGI的网站,以查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