【壓縮機(jī)網(wǎng)】眾所周知,人口、能源和環(huán)境已成為全球性的三大難題，中國(guó)在發(fā)展過(guò)程中也同樣遇到這些問(wèn)題。從總體上講，我國(guó)經(jīng)濟(jì)屬于高消耗、低效益型經(jīng)濟(jì)。中國(guó)改革開放以來(lái)的實(shí)踐證明，大力推進(jìn)能源的節(jié)約和合理有效利用，是解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中的高消耗、低效益、高污染的根本措施和現(xiàn)實(shí)選擇?；谝陨险J(rèn)識(shí)，我國(guó)已把節(jié)能作為發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)長(zhǎng)期戰(zhàn)略方針。中國(guó)政府在80年代初明確提出了“開發(fā)與節(jié)約并重、近期把節(jié)能放在優(yōu)先地位”的能源工作方針，有力地推動(dòng)了我國(guó)的節(jié)能工作。經(jīng)過(guò)幾十多年的努力，中國(guó)在開展節(jié)能工作方面取得了很大成績(jī)。
　　一、引言
　　首先我們來(lái)給大家介紹一下壓縮空氣使用現(xiàn)狀：當(dāng)前，我國(guó)在氣動(dòng)系統(tǒng)上每年耗電量高達(dá)2000億度以上。我國(guó)企業(yè)在氣動(dòng)技術(shù)使用中存在效率偏低、浪費(fèi)嚴(yán)重、節(jié)能意識(shí)淡薄等問(wèn)題。超過(guò)90%的氣動(dòng)系統(tǒng)都有20%以上節(jié)能的空間。
　　那么我們?yōu)槭裁匆?jié)能呢？1）運(yùn)營(yíng)成本降低——省錢！直接裝入口袋的凈利潤(rùn)；2）國(guó)家法律法規(guī)的執(zhí)行——守法！3）環(huán)境保護(hù)的責(zé)任——保衛(wèi)地球！降低能耗，減少二氧化碳排放量。
　　二、壓縮空氣的成本計(jì)算
　　壓縮空氣的成本主要是電費(fèi)成本，下面有個(gè)大體的估算公式：

　　以英格索蘭250kW，額定輸出40m3的空壓機(jī)為例：

　　一般工廠壓縮空氣的綜合成本在0.1元/m³(ANR)以上。空壓機(jī)輸出壓力與運(yùn)行電費(fèi)是有一定關(guān)系的，對(duì)于螺桿式、活塞式空壓機(jī)而言，通常降低0.1MPa輸出壓力，可以使空壓機(jī)的用電量節(jié)省7～10%。如下圖表1所示：

 

　　例：功率250kW的螺桿式空壓機(jī)為例，輸出壓力降低0.2MPa，年工作300天，每天24小時(shí)，節(jié)省按照8%計(jì)算，電費(fèi)0.7元/kWh?？晒?jié)約250kW×24小時(shí)×300天×0.7元/kWh×8%×2=20.16萬(wàn)元/年。
　　氣動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能，要從壓縮氣體的產(chǎn)生，傳輸和使用三個(gè)環(huán)節(jié)入手。如下圖表2所示。

　　按照用最少投資，獲取最大效果的原則，排序?yàn)椋孩佻F(xiàn)場(chǎng)用氣的合理性②壓縮空氣管理③空壓機(jī)優(yōu)化。那么我們就按照這個(gè)順序，來(lái)逐一學(xué)習(xí)一下。
　　三、現(xiàn)場(chǎng)用氣的合理性
　　首先我們來(lái)說(shuō)一下，一般使用壓縮氣體的場(chǎng)合，普遍存在的幾種現(xiàn)象：1）泄漏 2）吹氣 3）壓力損失 4）低壓化 5）間歇控制。
　　1、泄漏：一般指工業(yè)中不應(yīng)該流出或漏出的物質(zhì)或流體，流出或漏出機(jī)械設(shè)備以外，造成損失，稱之為泄漏。

　　上圖表3展示的是泄漏處的孔徑大小與泄漏量的一個(gè)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)關(guān)系，這些數(shù)據(jù)依據(jù)的是這個(gè)公式來(lái)計(jì)算的Q=83×d2×(P+0.1013)L/min(ANR)。這個(gè)公式是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的估算，另外還有一些精確的測(cè)量泄漏量的儀器可以使用。如下圖表4所示

　　工廠漏氣案例參考:  某大型工廠發(fā)現(xiàn)276處泄漏點(diǎn)，泄漏量：18.2m³/min，年損失=18.2X60分鐘X16小時(shí)X250天X0.07元/m3=30.6萬(wàn)元。
　　造成泄漏的原因主要有兩方面：一是由于機(jī)械加工的結(jié)果，機(jī)械產(chǎn)品的表面必然存在各種缺陷和形狀及尺寸偏差，因此，在機(jī)械零件連接處不可避免的會(huì)產(chǎn)生間隙；二是密封兩側(cè)存在壓力差，工作介質(zhì)就會(huì)通過(guò)間隙而泄漏。消除或減少任一因素都可以阻止或減少泄漏。就一般設(shè)備而言，減小或消除間隙是阻止泄漏的主要途徑。
　　2、吹氣：是指的一種動(dòng)作，泛指將管路內(nèi)的氣體排放到外接。吹氣的主要功能有：1）除塵、除水、干燥、降溫；2）分離；3）吹出；4）貼附，噴涂。
　　吹氣存在問(wèn)題1：噴嘴末端的壓力損失高。壓力損失大導(dǎo)致供氣壓力高，供氣壓力高導(dǎo)致耗氣量大，耗氣量大導(dǎo)致耗能多。

　　吹氣問(wèn)題1改善對(duì)策：
　　1）通過(guò)加裝噴嘴，減小下游有效截面積，降低流量，提高噴出的氣體壓力。其原理類似于我們用嘴去吹氣，張大嘴去吹氣和收攏嘴去吹氣的差異。一般常見(jiàn)的噴嘴接頭如圖表6所示。

　　圖表6所示的數(shù)據(jù)是，在工件距離不變，噴出壓力不變的前提下，通過(guò)更改終端噴嘴的口徑，對(duì)應(yīng)出來(lái)的氣體流量需求。
　　2）通過(guò)用低壓損元件，增大上游有效截面積。圖表7所示是SMC新老兩款閥的對(duì)比。
　　圖表8是某集團(tuán)生產(chǎn)用氣槍，節(jié)能改善的一個(gè)案例，通過(guò)表中的數(shù)據(jù)可以直觀的看出耗氣量明顯降低，間接的表征出來(lái)供給壓力有所降低。下表數(shù)據(jù)的計(jì)算，按照吹氣時(shí)間1分鐘吹一次，每次20秒，工作時(shí)間按8小時(shí)/天×300天/年得出。
　　吹氣存在問(wèn)題2：吹氣供給壓力選擇不當(dāng)。不是說(shuō)供給的氣壓越高越好，吹擊力和噴嘴的直徑和距離相關(guān)的，如圖表9所示。
　　問(wèn)題2改善建議：按照功能需求合理供壓。

　　吹氣存在問(wèn)題3：無(wú)工件時(shí)仍然吹氣。大多工廠都不太在意吹氣的休息問(wèn)題，沒(méi)有工件時(shí)是需要休息的，哪怕是僅僅1秒兩秒，但是日積月累就多了。圖表10是幾種常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)合。

　　問(wèn)題3改善建議：使用合適的機(jī)械閥、電控閥、氣控閥，使得無(wú)工件時(shí)停止耗氣。
　　上面是針對(duì)單獨(dú)問(wèn)題逐條進(jìn)行的分析，下面我們?cè)倥e一個(gè)例子，把吹氣這種應(yīng)用的合理性再明確一下。
　　日常生活中我們會(huì)經(jīng)常喝到啤酒，大家知道在啤酒的生產(chǎn)過(guò)程中，有一個(gè)環(huán)節(jié)叫做“啤酒瓶蓋吹凈”嗎？這個(gè)環(huán)節(jié)就是啤酒灌裝完并壓裝蓋子后的一個(gè)工序，一般用來(lái)吹去灰塵和液滴。比較老的啤酒廠會(huì)直接在硬鋼管子上打孔進(jìn)行氣吹清理，這樣無(wú)需要減壓閥，無(wú)需要通斷閥，直接成本投入較小。耗氣量為14.2m³/min，年運(yùn)行費(fèi)用約27萬(wàn)元。

　　結(jié)合上面提到的和吹氣相關(guān)的幾點(diǎn)改善措施，我們采取的的改善措施為1）追加噴嘴、噴嘴口徑合理化，提高沖擊壓力；2）追加減壓閥，調(diào)低供給壓力；3）追加2通閥，無(wú)工件時(shí)停止吹氣；最終配置為雙噴嘴側(cè)吹+直吹，按照正確順序加裝減壓閥、通斷控制閥。耗氣量為1.1m³/min。年運(yùn)行費(fèi)用：2.2萬(wàn)元。

　　3、壓力損失：顧名思義就是氣體壓力沒(méi)有被用于有益的工作，而是無(wú)端的損失浪費(fèi)了。導(dǎo)致壓力損失的主要兩個(gè)原因?yàn)椋?）主管路管徑小導(dǎo)致的壓力損失；2）過(guò)濾器濾芯阻塞導(dǎo)致壓力損失。
　　圖表13示意的是同樣的供氣流量，同樣的壓損，對(duì)應(yīng)的不一樣的傳輸管路直徑。所以建議大家在選用設(shè)計(jì)管路之前要先計(jì)算一下比較好。

　　壓縮空氣過(guò)濾器濾芯會(huì)隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)而慢慢堵塞，導(dǎo)致進(jìn)出口側(cè)壓力差增大。空壓機(jī)需要更多工作來(lái)彌補(bǔ)此部分壓力損失，花掉更多的電費(fèi)。 濾芯更換的投入產(chǎn)出比: 以AF30系列（流量1000L/min）為例： 壓力損失0.1MPa時(shí)導(dǎo)致的損失超千元。 AF30的濾芯標(biāo)準(zhǔn)價(jià)幾十元。 改善對(duì)策：壓損超過(guò)0.1MPa更換濾芯或大型過(guò)濾器每年更換濾芯、小型過(guò)濾器2年更換濾芯。有些老板一聽說(shuō)每年要更換配件，總感覺(jué)自己在一直的花錢，不停的投入，從內(nèi)心里就比較抵觸。那么我們來(lái)算一個(gè)賬：以AF30系列（流量1000L/min）為例： 壓力損失0.1MPa時(shí)導(dǎo)致的損失超千元，更換一個(gè)AF30的濾芯的標(biāo)準(zhǔn)價(jià)才幾十元?，F(xiàn)在SMC也推出了帶有帶濾芯堵塞指示的過(guò)濾器和帶差壓指示計(jì)的過(guò)濾器，方便我們選用。
　　4、低壓化：是指的起源的輸出端和主管路要采用低壓傳輸?shù)脑瓌t。這個(gè)概念和大家常規(guī)意識(shí)的，高壓輸出可以抵消壓降的思路是完全相反的。反過(guò)來(lái)大家細(xì)數(shù)一下，其實(shí)在我們整個(gè)氣路中需要達(dá)到高壓的位置并不是很多，大多低壓就可以滿足。所以，我們可以使用整體低壓，局部增加的策略來(lái)滿足不同位置的要求（如圖表14所示）。僅少量位置需要高壓，可以降低空壓機(jī)輸出的壓力，有效降低空壓機(jī)運(yùn)行電費(fèi)。

　　以功率250kW空壓機(jī)為例，輸出壓力降低0.2MPa，可節(jié)約：250kWx24小時(shí)x300天x0.7元/kWhx8%x2=20.16萬(wàn)元/年。
　　另外，減壓閥的穩(wěn)壓功能也同樣不可忽視。同樣流量下，穩(wěn)壓特性越好，對(duì)上游壓力的需求越低。
　　5、間歇控制的意思是指：氣路系統(tǒng)該休息的時(shí)候就得讓它休息。這個(gè)概念和吹氣的現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題2——無(wú)工件時(shí)仍然吹氣所表達(dá)的意思有些相近。另一方面間歇控制還闡述一個(gè)停止的概念，引申為截止，阻斷氣路的氣體的傳輸。例如我們的管路是有部分泄露點(diǎn)的，要么即使處理掉泄露的位置，要么設(shè)備停機(jī)時(shí)直接截止氣路，同樣也可以起到節(jié)約能源的作用。還有些時(shí)候，由于手動(dòng)氣源開關(guān)，位置偏僻，容易被忽略且操作不便。這樣我們就可以引進(jìn)一種可與電源開關(guān)聯(lián)動(dòng)的截止閥產(chǎn)品。
　　在常規(guī)的氣路中耗氣量最大的，要數(shù)真空元件了，真空發(fā)生器在工作時(shí)是持續(xù)耗氣的。下面我們就以某工廠的一套真空裝置為例，說(shuō)明一下采用間歇控制前后的差異，以及給客戶帶來(lái)的直接收益。這里主要引入的為雙級(jí)噴嘴技術(shù)，可以提高真空效率。需要真空時(shí)才給真空發(fā)生器供氣,真空壓力達(dá)到時(shí)便自動(dòng)停止。使得氣體的吸入量增加50%，空氣的消耗量削減了30%。
　　圖表15數(shù)據(jù)是按照1）每天工作24小時(shí)，每年工作300天計(jì)；2）壓縮空氣的電費(fèi)成本約合0.1元/m2來(lái)計(jì)算的。

　　綜合圖表15數(shù)據(jù)得出測(cè)試結(jié)論1）改善后每個(gè)發(fā)生器每年節(jié)省成本2.328.2，壓縮空氣運(yùn)行成本消減88%.2）由于ZK2是間歇供氣，改善后現(xiàn)場(chǎng)噪音明顯減少。3）由于ZK2自帶破壞閥，改善后吸盤釋放工作時(shí)，更容易與工作脫機(jī)。
　　四、結(jié)語(yǔ)
　　文章說(shuō)了這么多可能有些人還是比較模糊，想要知道自己的氣路實(shí)際存在怎么問(wèn)題？有什么對(duì)策？節(jié)能的空間有多大？投入規(guī)模大??？那么，我們最后再用一個(gè)圖表16來(lái)給大家說(shuō)明一下，希望對(duì)大家能夠有所幫助。
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　　作者簡(jiǎn)介
　　吳廣忠（1980.04--），男，漢族，山東省青島市人，大學(xué)本科（工學(xué)學(xué)士），畢業(yè)于青島科技大學(xué)，中級(jí)工程師，研究方向：空氣壓縮機(jī)。