空压机知识

压缩机效率知识

2020-09-14 22:11:31 5

压缩机效率



效率efficiency,最初只是有用功率对驱动功率的比值。现在也用于众多的领域来体现经济性。由于应用的需要,不同能量之间会进行转换。通常采用能量转换效率来衡量转换的经济性,其计算方法是指能量转换设备所输出的可利用的能量相对其输入能量的比值。它是一个无量纲无单位的百分比值。如电机的效率是指对外输出的机械功与消耗的电能的比值。能量转换效率不会超过100%。也有一些场合采用了另外的一些指标,如制冷设备采用了COP(Coefficient of Performance),其计算方法是生成冷量/消耗电能,该数值超过1,通常会达到3左右,这是怎么回事呢?其实制冷的过程并不是一个能量转换过程,而是一个能量转移过程,所以无法用效率来衡量。衡量经济性有一个通常的方法,就是成果/成本。制冷设备就是采用了这样的方式,冷量是成果,电耗是成本。COP数值越大说明该制冷设备经济性越好。类似的方式也用于其他的设备,如空气压缩机,但是空气压缩机采用了相反的计算方式。 

空气压缩机的成果是压缩空气,成本是电耗,如参考制冷设备的COP计算方式是压缩空气生产量/电耗,可以解释为单位电耗生产的压缩空气量。但实际中人们采用了电耗/压缩空气生产量,也就是生产单位体积的压缩空气所消耗的电能,简称为用电单耗SER,该数值越低越好。其单位有kw/(m3/min),严格的说kw/(m3/min)并不准确,因为m3/min和kw都是时间单位的效率值,准确表达应该是焦耳/m3或者焦耳/升,但是kw/(m3/min)计算极其方便,也就被人们广泛使用了。也有其他领域采用该方式,比如汽车采用油耗/百公里,可以简称为用油单耗。

压缩机的压缩过程实际也是一个能量的转换过程,也可以用效率的方式表达。传统计算压缩机效率的方式是理论绝热压缩功/实际电耗,这种计算方式是错误的。理论绝热压缩功并不是能量转换的结果,在压缩过程中,系统对外排出的热量等值于系统输入的电能,但是并不是说电能全部转换为热能,其转换的重要部分是压缩空气对外的做功能力,也就是对外所作的膨胀功, 工程热力学上称为㶲,又叫有效能,英文名称为exergy,数值上等于

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其中p1是压缩后的压力,p0是对外做功的环境压力,v0是环境压力下的空气流量。获得该压力等温压缩功耗也恰好是该数值。那按成果/成本,也就是对外可做功/压缩总功耗,这个就是能源效率,业内称为输功效率,也称㶲效率。比如比功率为 6.0kw/m3/min,按准确单位应该是360kJ/m3,按前文公式计算7bar(表压) 1m3的压缩空气对外可做功为208KJ,那么输功效率为 208/360=57.8%,如果是8bar(表压)的1m3的压缩空气对外可做功为220KJ,SER为6.0的输功效率为220/360=61.1%,实际上8bar的比功率做到6.0是非常难的。不同压力下的压缩空气如果用比功率来衡量,并不能比较能源效率高低,但是输功效率就可以,因为输功效率已经包含了压力的因素在内。比如5bar下SER为5.0 kw/m3/min,那么输功效率是60%,比8bar下的6.0 kw/m3/min效率要低。

输功效率会作为一个概念在越来越多的应用中体现,2018年颁布的行业标准《压缩空气站能效分级指南》就采用了该概念。


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