高效率「空气压缩机」选用

細說壓縮空氣系統節能

之「空氣壓縮機」

選用承隆ESP節能服務聯盟威鐘企業黃茂興2007年9月20日1課程大綱完整的壓縮空氣系統簡介空壓機的分類與簡介離心式空壓機介紹螺旋式空壓機介紹掀開空壓機選用的蓋頭來高效率空壓機的定義與選用要點2第一章完整的壓縮空氣系統簡介

3壓縮空氣系統的九大成員通風與冷卻系統空氣壓縮機乾燥機節能診斷監視與控制系統精密過濾器管路與佈置用氣成本精算用氣端效率4能源成本之多少?5第二章空壓機的分類與簡介

6空壓機的分類與簡介空壓機動力式正位移式無曲軸帶動曲軸帶動單動活塞式雙動活塞式膜片活塞式浮動活塞式軸流式離心式單軸式雙軸式往復式迴轉式單軸螺旋式輪葉式渦捲式雙軸螺旋式十字頭活塞式魯式78第三章離心式空壓機介紹

9離心式空壓機之空氣流程10離心式空壓機之主要結構11離心式空壓機之葉輪12離心式空壓機之IGVInletGuideVanevs.ButterflyValve

AnIGVoffersabout3.5%to4%BHPbetterpowerreductionthanabutterflyvalve,butonlyatmaximum"safe"turndown(throttle).Lowertemperaturesofferbetter,improvedsavings.

Payback:

WefoundthecurrentpaybackperiodforoneIGVtobeclosetoelevenyears.Insomesituations,whereseveralIGVarepurchasedandinstalled,thepaybackperiodwascalculatedtobeasmuchas43yearsormore.13離心式空壓機之軸承與齒輪箱主齒輪軸承（筒狀4瓣平面型水平分離式止推軸承）

（Fourlobe&taperedlandthrustbearing）副齒輪軸承（彈性片型水平分離式徑向軸承）

（Titingpadjournalbearing）新型水平分離式齒輪箱

（Horizontallysplitgearbox）舊型油楔式筒狀軸承14離心式空壓機之冷卻器組(1)兩組水冷式殼管型中間冷卻器（不鏽鋼管附鋁鰭片，水走管內），外殼與齒輪箱外殼分離（無抗腐蝕塗層）。15離心式空壓機之冷卻器組(2)兩組水冷式直管型中間冷卻器（銅管附鋁鰭片，水走管內），外殼形成為附在齒輪箱外殼（抗腐蝕塗層）上之一部份。16離心式空壓機之控制器(舉例)17SAMSUNG離心機控制器18離心式空壓機之阻牆與氣窒一般離心式空壓機的最高排氣壓力會高於設計壓力大約10~20％即會產生氣窒現象(Surge)，因此，要提升排氣壓力到超過設計壓力會有一定的限制，降低排氣壓力到設計壓力的60％左右又會碰到阻牆現象(Stonewall)，離心式空壓機的壓力變化範圍確實不若定排量式空壓機的廣泛。在選擇離心式空壓機的設計壓力時確實需要慎重的考慮。

壓力軸馬力排氣百分比19離心壓縮機二種控制方式調節流量控制、放空（Modulate）受喘振區域限制喘振控制線以上(高於喘振線7%)恆壓控制調節區內大量放空放空造成大量能耗自動雙模式控制（AutoDual）達喘振線卸載，壓力下降再載入大的壓力波動背向軸向力卸載功率消耗40%~50%FullLoadpower卸載造成瞬間軸承油膜振盪載入、卸載迴圈週期受嚴格控制以確保油膜穩定

stabilization(3minutespercycle)20離心壓縮機對基礎之要求某一離心壓縮機在其說明書上描述基礎要求是離心壓縮機正常運行的必要條件: 啟動、穿越臨界轉速時引起的振動 喘振和負載發生變化時21離心式空壓機之維護要求22第四章螺旋式空壓機介紹

23螺旋式空壓機之誕生24螺旋式空壓機之壓縮原理25單段氣冷油潤空壓機流程26雙段氣冷無油空壓機流程空壓機空氣油進氣閥,排氣閥及排氣消音器空氣過濾器及消音器油過濾器油旁通閥高壓轉子低壓轉子消音器逆止閥油幫浦預先冷卻器溫控閥預先冷卻器空壓機空氣出口後部冷卻器中間冷卻器油冷卻器水氣分離器及卻水器27雙段水冷無油空壓機流程空壓機空氣油進氣閥,排氣閥及排氣消音器油過濾器油旁通閥高壓轉子低壓轉子消音器逆止閥油幫浦空壓機空氣出口後部冷卻器中間冷卻器油冷卻器水氣分離器及卻水器冷卻水空氣過濾器及消音器冷卻水入口28螺旋式空壓機單機控制器(舉例)29螺旋式多機連鎖控制系統30多機連鎖+定/變頻的效益31第五章掀開空壓機選用的蓋頭來

32單就能源成本您會選擇?牌

空氣壓縮機性能比較表廠牌ABCD型式微油雙螺旋式無油雙螺旋式無油雙螺旋式無油離心式馬達銘牌

額定功率261.1KW261.1KW270KW253KW工作壓力8KG/CM28KG/CM28KG/CM28KG/CM2全套(Package)輸入功率299.7KW,4P1770RPM261KW,2P

3600RPM270KW,2P

3600RPM253KW,2P

3600RPM標稱風量

(CFM)

與測試標準1615CFM

20C,0%RH,atmosphericpressure1539CFM

20C,0%RH,atmosphericpressure1518CFM

30C,75%RH,atmosphericpressure1650CFM30C,75%RH,

0.97bar

inletpressure耗能比值

(KW/CFM)0.16170.16970.17790.1534這樣的評估或排名對不對?234133壓縮空氣流量定義SCFM(StandCubicFeetperMinute):14.7psiA60℉0%RHICFM(InletCubicFeetperMinute):進氣口進氣狀態的壓力與溫度ACFM(ActualCubicFeetperMinute):排氣狀態的壓力與溫度OCFM(OperatingCubicFeetperMinute):操作狀態的壓力與溫度NM3/Min(NormalcubicMetersperMinute):1atm0℃0%RHFAD(FreeAirvolumeDelivered):排氣口進氣狀態的壓力與溫度Lb/Min(Poundsperminute):進氣溫度下的乾(0%RH)空氣磅重Kg/Min(Kilogramsperminute):進氣溫度下的乾(0%RH)空氣公斤重Mole/Min(Molesperminute):進氣溫度下的乾(0%RH)空氣莫耳重34排氣量的計算螺旋式是以FAD計算，即由空氣輸出量，它是以空氣濾清器進口端算起，直至後冷卻器出口端，進氣是在標準情況下計算，即空氣進口溫度為20℃，冷卻水溫度為20℃，空氣進口壓力為1bar(a)，已扣除了壓縮機及冷卻器的洩漏。而離心式壓縮機的排氣量則以ICFM計算，是指在空氣進口溫度為35℃，冷卻水進口溫度為25℃，空氣進口壓力為0.975bar(a)，實際輸出量還要扣除壓縮機及冷卻器的洩漏。螺旋式壓縮機排氣不受氣候的影響，在天冷天熱時都一樣，因為它是容積變化，由大到小，天冷天熱容積都一樣。而離心式壓縮機是同空氣分子的品質有關，當天冷時就重些，天熱時就輕一些，因離心式很多是以進口溫度35℃，冷卻水進口溫度為25℃的ICFM來報價，當天冷時效率降低，偏離特性曲線，效率相差將達15%左右35壓縮空氣流量換算

(ICFM→ACFM→FAD→SCFM)1.01325Psite–(RH%/100×Ps)

FAD(m3/min)=Nm3/min×Tsite273×1.01325Psite–(RH%/100×Ps)

FAD(CFM)=SCFM×Tsite288.6×ICFM-Leakagelosses(約7.48%for離心機)=ACFM入口流量-洩漏=實際流量ACFM-Intakelosses(3%for1barreferenceintakevs0.97bar)=FAD實際流量-吸入損失=FAD流量FAD流量ICFM流量x(100%-10.48%)

36溫濕度綜合因素對氣量的影響

1bar，35℃，90%相對濕度時的流量100m³/min，

換算為Normal標準狀態之流量：

｛PI-(RHI×PVI)｝TN

Nm3/min=Im3/min×---------------------------------×--------

｛PN-(RHN×PVN)｝TI

｛0.1013-(0.9×0.00562)｝(273+0)

=100×----------------------------------------×---------------

｛0.1013-(0×0.00051)｝(273+35)

=84Nm3/min（1.013bar，0℃，0%相對溼度）

37溫濕度綜合因素對氣量的影響

1bar，35℃，90%相對濕度時的流量100m³/min，換算為Standard標準狀態流量：｛PI-(RHI×PVI)｝TN

Nm3/min=Im3/min×----------------------------------×-------

｛PN-(RHN×PVN)｝TI

｛0.1013-(0.9×0.00562)｝(273+20)

=100×----------------------------------------×---------------

｛0.1013-(0×0.00051)｝(273+35)

=90.5Nm3/min（1.013bar，20℃，0%相對溼度）38空壓機之流量測試法入口流量測定密封洩漏ICFM實際流量測定密封洩漏ACFM測量點在入口法蘭密封用氣沒有計算在內吸入壓力按0,97bar計算離心壓縮機常用測量點位於排氣口密封用氣損失已扣除吸氣壓力為1,00bar部分螺旋壓縮機用ASMEPTC10ASMEPTC9測量點折算點測量點39由離心空壓機原廠資料證實ICFM(3518)→SCFM(3051)流量足足少了15.3%，最低節流量(2919，83%)耗功率BHP605kw(FullLoad之87.2%)40由離心空壓機原廠資料證實型錄標稱的流量是在入氣壓力0.972Bar入氣溫度35℃入氣溼度60%RH冷卻入水溫度TCWI26.7℃之條件下在進氣口端量測的ICFM(根據ASME-PTC10標準)41由螺旋空壓機原廠資料證實型錄標稱的流量是在1.0Bar20℃0%RHTCWI20℃條件下量測的FAD(根據ISO1217標準)42由螺旋空壓機原廠資料證實標稱功率200kw，實際軸功214kw，總PackageInputPower需要232.07kw（標稱功率+16%）43離心式空壓機之選用重點1環境因素的改變，例如進氣溫度、進氣壓力、溼度、水溫對離心式空壓機效率的衝擊較大，甚至會影響離心式空壓機到完全不能使用的地步，選購離心式空壓機需要更週詳的規劃來彌補此項缺陷。以目前的市場區隔，離心式空壓機仍然比較不適合低風量(300HP以下)、高壓力(50kg/cm2以上)的用途。構造雖然簡單但是非常精密，維修人員的技術層次要遠高於往復式空壓機，因此維修人員必須經過相當的養成訓練才能承擔精密部份的維修工作（並非指例行的保養工作）。用於高轉速的軸封氣密性無法達到100％，因此不適合空氣或氮氣以外的任何氣體壓縮。在靜止中（備用）的離心式空壓機一旦遭受壓縮空氣系統的逆流將會反轉，如果油泵也在靜止中，離心式空壓機會有因為共油而嚴重損壞的風險，因此，操作人員要養成良好的習慣，必須將靜止中的空壓機的出口閥關閉以根絕僅靠逆止閥來保護空壓機的風險。44離心式空壓機之選用重點2離心式空壓機與定排量式空壓機有截然不同的壓縮特性，操作人員最好要有離心式空壓機的基本概念，以防止離心式空機獨具的氣窒現象（Surge），連續性的氣窒很可能會造成離心式空壓機嚴重的損壞，修復的費用相當可觀。目前不能使用變速控制。電力系統頻率不同的地區，離心式空壓機完全不可以移地使用（即使可以更換齒輪箱內部的機件，所花費的成本也相當高，很可能不如購買新機）。同理，在電力系統頻率不穩定的地區選購離心式空壓機要特別的慎重。電力系統的限制，首先必須考慮的是應用電壓，低電壓系統（常見的380~460伏特）就不太適合使用超過600HP以上的空壓機。其次必須考慮大型空壓機在起動時對電網的衝擊承受能力是否足夠。45離心式與無油螺旋式基本比較之1

項

目無油螺旋壓縮機離心壓縮機結構轉速線速度為60-120m/s

一般最高轉速在10,000rpm線速度為400m/s

一般轉速在40,000rpm左右流量範圍流量在2-800m3/min

(在400m3/min以下綜合性能較佳)流量在100m3/min以上綜合性能較佳軸承剛性軸合滾動軸承(設計壽命10萬小時)

無需預潤滑，結構簡單柔性軸配合滑動軸承，需預熱預潤滑，結構複雜，穩定工況下壽命長(設計壽命長達15年)運動部件一至兩對螺旋轉子8.6bar出口壓力必需三個葉輪(三段)變工況壓力變化不影響氣量(強制輸氣特性)，不會發生壓力變化對氣量影響大，要防治喘振；(壓力)喘振現象；且排氣壓力降低，功耗也會下降當排氣壓力增加或減少時，功耗略增加46離心式與無油螺旋式基本比較之2

項

目無油螺旋壓縮機離心壓縮機變工況(溫度)溫度變化不影響其容積流量溫度上升其容積流量大大降低氣量調節空/滿載調節方便、安全、可靠，排氣量調節範圍在0-100%一般在75-100%採用進口節流，75%以下採用放空卸載啟動可不經預熱、預潤滑直接啟動對潤滑系統油一些特殊要求(需預熱、預潤滑)經

流量特性容積流量常用自由排氣量FAD表示。氣量穩定，不受環境影響及運行時間的影響容積流量用吸入流量Im3/min(需去除空濾損失及外洩漏)表示。

FAD＝吸入流量/1.04

氣量變化受環境變化影響很大功耗中小流量時功耗比離心壓縮機低中小流量時功耗比螺旋壓縮機高安裝

基礎無需專門基礎，無需地角螺栓需基礎，需地角螺栓*附加設備除水電之外，無其他安裝工作除水電外，需另接空濾、後冷、放空消音器等47離心式與無油螺旋式選用綜合比較48第六章高效率空壓機的定義與選用要點

49空壓機的能源效率定義空壓機能源效率=PowerConsumptionFreeAirDelivery即每產生1立方米壓縮空氣需要多少千瓦的電力(KW/NM3)乘上基本電費=(NTD/NM3)50空壓機的主要選用要點使用壓力

(高、中、低)壓縮空氣用途+壓力降=額定壓力基載風量變動風量基載空壓機變動空壓機無油空壓機有油空壓機需求風量

(尖、離峰)品質要求

(粒、水、油)淨化系統

(ISO8573.1)51空壓機的輔助選用要點5.空壓機之多機控制與監控系統3.空壓機之安裝與佈置2.空壓機之維護保養與備用計劃4.空壓機房之通風與導熱1.空壓機之電源規格與冷卻方式52第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实