壓縮空氣供氣系統(tǒng)節(jié)能手冊(cè)_圖文

1、壓縮空氣供氣系統(tǒng)節(jié)能手冊(cè)撰寫(xiě)人:莊朝焮財(cái)團(tuán)法人中技社節(jié)能技術(shù)發(fā)展中心目錄一、前言 (1二、壓縮空氣供給系統(tǒng)概論 (2三、壓縮空氣系統(tǒng)檢測(cè) (13四、空氣壓縮機(jī)節(jié)能措施 (18五、空氣調(diào)質(zhì)設(shè)備節(jié)能措施 (33六、壓縮空氣管線(xiàn)節(jié)能措施 (40七、編后語(yǔ) (50八、參與文獻(xiàn) (51一、前言近年來(lái),由于自動(dòng)化設(shè)備在各行各業(yè)的普及,而氣動(dòng)設(shè)備的安全、潔凈、易于控制、取得容易等有利因素,因此被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化設(shè)備上。但為提供壓力、潔凈程度適合之壓縮空氣,各工廠(chǎng)必須安裝、配置一壓縮空氣供給系統(tǒng);然而對(duì)此系統(tǒng)的管理上,由于大部份供氣系統(tǒng)除安裝壓力表外,并無(wú)安裝其它合適的計(jì)量?jī)x表,如流量計(jì)、電力瓦時(shí)表、溫度計(jì)等

2、,對(duì)于所使用系統(tǒng)之運(yùn)轉(zhuǎn)狀況,如現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求量、實(shí)際供氣量、壓縮機(jī)供氣效率、現(xiàn)場(chǎng)泄漏量等,無(wú)法充份掌握,進(jìn)而適時(shí)的提出各項(xiàng)改善方案,降低壓縮空氣系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)成本。財(cái)團(tuán)法人中技社節(jié)能技術(shù)發(fā)展中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)本中心多年來(lái)協(xié)助政府及產(chǎn)業(yè)界推動(dòng)能源節(jié)約工作,有鑒于業(yè)者對(duì)于壓縮空氣系統(tǒng)的倚重,但又無(wú)法由既有儀表之?dāng)?shù)據(jù)上,得知空氣壓縮機(jī)的日耗電量、產(chǎn)氣量、日負(fù)載、能源效率、空氣管線(xiàn)的泄漏量等更進(jìn)一步信息,進(jìn)而分析出系統(tǒng)上的各種問(wèn)題,并尋求解決之道;為此本中心于多年前,自加拿大引進(jìn)較為簡(jiǎn)易之檢測(cè)技術(shù),經(jīng)多年來(lái)協(xié)助業(yè)者分析、診斷各種壓縮空氣系統(tǒng),前后共檢測(cè)過(guò)數(shù)十個(gè)工廠(chǎng)上百部各式空氣壓縮機(jī),協(xié)助業(yè)者發(fā)掘出壓縮空氣系統(tǒng)

3、使用上的各種問(wèn)題,并提出各項(xiàng)對(duì)策,以供其參考改善。本手冊(cè)即將過(guò)去幾年服務(wù)所得之經(jīng)驗(yàn)加以整理,期望能對(duì)業(yè)界在壓縮空氣系統(tǒng)的使用上,有進(jìn)一步的幫助。1二、壓縮空氣供給系統(tǒng)概論壓縮空氣供給系統(tǒng)所包括之設(shè)備有空氣壓縮機(jī)、干燥設(shè)備、過(guò)濾設(shè)備、輸送管線(xiàn)等主要組件。而其中更以空氣壓縮機(jī)為最大能源耗用者,也因此在壓縮空氣系統(tǒng)的能源節(jié)約上,必須要求空氣壓縮機(jī)的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。為達(dá)此一目的,除對(duì)空氣壓縮機(jī)制造銷(xiāo)售商所提供之各項(xiàng)描述機(jī)臺(tái)特性之?dāng)?shù)值有所認(rèn)識(shí)外,另對(duì)可供選用之各類(lèi)型空氣壓縮機(jī)及其特性亦必須有基本的認(rèn)識(shí)。本章節(jié)之內(nèi)容即在說(shuō)明這些壓縮空氣系統(tǒng)上常見(jiàn)之?dāng)?shù)值,另也對(duì)常見(jiàn)之空氣壓縮機(jī)類(lèi)型做簡(jiǎn)要說(shuō)明。2.1、壓縮空氣系

4、統(tǒng)中各種使用單位壓縮空氣系統(tǒng)中之空氣為一可壓縮流體,依其所處溫度、壓力、濕度等條件下,為方便理論分析與比較將其區(qū)分為三類(lèi),自由空氣(free air、正常狀態(tài)空氣(normal air及標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)空氣(standard air,自由空氣即吾人生活于地球上之空氣狀態(tài)而言,隨標(biāo)高、氣壓、溫度、位置、時(shí)間而會(huì)變化,因此以自由空氣做為壓縮空氣系統(tǒng)之基準(zhǔn)值描述較為不適當(dāng)。而正常狀態(tài)空氣及標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)空氣則不會(huì)隨以上各環(huán)境因素而有不同,因此較適合做為壓縮空氣系統(tǒng)之基準(zhǔn)值描述。對(duì)此二狀態(tài)之定義說(shuō)明如下:1.正常狀態(tài)(代表附號(hào)N:指溫度在0,絕對(duì)壓力760mm-Hg狀況下之干燥空氣,此時(shí)之空氣密度為1.3kg/m3

5、。2.標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(代表附號(hào)S:指溫度在20,絕對(duì)壓力760mm-Hg,相對(duì)濕度75%之空氣,此時(shí)之空氣密度為1.2kg/m3。壓縮空氣系統(tǒng)在體積的描述上,常用之單位有ft3及m3,對(duì)于壓2縮空氣此二數(shù)值會(huì)隨其狀態(tài)而有異,因此在使用此二數(shù)值時(shí),必須標(biāo)明其狀態(tài),即其為正常狀態(tài)下之體積(Nft3及Nm3或標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下之體積(Sft3及Sm3。當(dāng)其在相同狀態(tài)下,即可使用以下二換算式進(jìn)行換算:1 ft3 = 0.0283 m31 m3 = 35.31 ft3壓縮空氣系統(tǒng)中對(duì)于壓力數(shù)值的描述,常見(jiàn)之使用單位有公制之kg/cm2,英制之psi (lb/in2,另一常用者為bar,以上各單位間之換算參見(jiàn)表2.1。

6、表2.1、常用壓力單位之換算表Bar kg/cm2psi Atm10.9806650.06894761.013251.0197210.07030691.0332314.503814.2233114.69590.9869230.9678390.0680461在壓力表示上另有表壓力及絕對(duì)壓力之分,其中代表表壓力之附加符號(hào)為g或G,絕對(duì)壓力之附加符號(hào)為a或A。舉例來(lái)說(shuō),10kg/cm2G 之壓力等于11.03323 kg/cm2A,即10kg/cm2G = 1.03323 kg/cm2(=1atm + 10 kg/cm2溫度常見(jiàn)之單位有及,兩者間之關(guān)系如下兩式所示:=(-32 ×5 / 9

7、=×9 / 5 + 323一般濕度之表示有兩種,相對(duì)濕度與絕對(duì)濕度,其中又以相對(duì)濕度最為常見(jiàn),其定義如下:相對(duì)濕度=實(shí)際水蒸汽量/該溫度下之飽和水蒸汽量×100% 而絕對(duì)濕度之定義則為一單位體積之空氣中,水蒸汽重量與干燥空氣重量之比例,其如下所示:絕對(duì)濕度=水蒸汽重量/干燥空氣重量×100%在一以馬達(dá)趨動(dòng)之空氣壓縮機(jī),其所用能源為電能,常用之功率單位為馬力(hp及千瓦(kw,每1hp=0.746kw。至于空氣壓縮機(jī)(使用三相馬達(dá)的實(shí)際電能耗用功率可以下式計(jì)算出。功率(kw = 1.732 ×電流(I ×電壓(V ×功率因子/1000注

8、:電流(I之單位為安培電壓(V之單位為伏特2.2、空氣壓縮機(jī)類(lèi)型空氣壓縮機(jī)依其作動(dòng)原理可區(qū)分為兩大類(lèi),分別為定排量式壓縮機(jī)及動(dòng)力式壓縮機(jī)。定排量式機(jī)臺(tái)之基本原理是將空氣引導(dǎo)到一封閉空間中,再利用機(jī)件的移動(dòng),使封閉空間由大變小,直接使得其中之空氣的壓力上升。動(dòng)力式機(jī)臺(tái)則是藉由輪葉的高速運(yùn)動(dòng)使空氣快速流動(dòng),再使其通過(guò)升壓環(huán)(diffuser,使空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫ΑD2.1、空氣壓縮機(jī)分類(lèi)圖活塞式空氣壓縮機(jī)的組件基本構(gòu)造如圖2.2所示,其包括之零組件有活塞、氣缸、進(jìn)氣閥、排氣閥、各種連桿等。機(jī)臺(tái)的運(yùn)作可區(qū)分為進(jìn)氣行程與排氣行程。在進(jìn)氣行程時(shí),進(jìn)氣閥開(kāi)啟,排氣閥關(guān)閉,閥門(mén)的啟閉利用壓差致動(dòng)而非機(jī)械致

9、動(dòng),此時(shí)活塞下移引入外界空氣。在排氣行程時(shí),進(jìn)氣閥關(guān)閉,排氣閥隨后開(kāi)啟,閥門(mén)開(kāi)啟的時(shí)機(jī)隨設(shè)計(jì)方式而有些許不同,但在開(kāi)啟后,受到壓縮而壓力提升之空氣隨即排出。圖2.2、單段往復(fù)式活塞空氣壓縮機(jī)空氣壓縮機(jī)定排量式動(dòng)力式往復(fù)式迴轉(zhuǎn)式軸流式徑流式(離心式活塞式鼓膜式魯式滑動(dòng)葉片式螺旋式 圖2.3、雙段往復(fù)式活塞空氣壓縮機(jī)(一 圖2.4、雙段往復(fù)式活塞空氣壓縮機(jī)(二 此類(lèi)空氣壓縮機(jī)的工作原理和往復(fù)活塞式相同,但此類(lèi)機(jī)臺(tái)是靠鼓膜而達(dá)到密封作用,但也由于鼓膜的存在而使活塞的行程較短,因此壓縮比也較小,其結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。鼓膜式空氣壓縮機(jī)其壓縮空氣輸出量通常小于1Nm3/min,但由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,且不與潤(rùn)滑油

10、接觸,故可得到不含油份之壓縮空氣,極適合于需小量無(wú)油之制程,較常為食品、制藥等工業(yè)采用。圖2.5、鼓膜活塞式空氣壓縮機(jī) 此類(lèi)空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2.6所示,在壓縮機(jī)的外殼內(nèi),有一馬達(dá)帶動(dòng)的轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子的中心與外殼內(nèi)部的中心有一偏心量,此偏心量決定機(jī)臺(tái)的輸出量及壓力。而在轉(zhuǎn)子上嵌有滑動(dòng)的葉片,當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時(shí),由于離心力的作用使其與機(jī)殼內(nèi)側(cè)緊密接觸,造成一密閉空間。轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時(shí),空氣由吸入口處之密閉空間逐漸由大變小,而產(chǎn)生吸入作用;而在排出口處,密閉空間由大變小,而排出壓縮空氣。滑動(dòng)葉片式空氣壓縮機(jī)的每一機(jī)臺(tái)的輸出量可高達(dá)1000 Nm 3/min 以上,輸出壓力亦可高達(dá)8kg/cm 2G ,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)

11、也小,因此不需安裝于堅(jiān)固的基礎(chǔ)上;但一般而言能源效率較低,因此較少為國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商采用。圖2.6、滑動(dòng)葉片式空氣壓縮機(jī) 螺旋式空氣壓縮機(jī)之結(jié)構(gòu)如圖2.7所示,主要是藉由一對(duì)雌雄轉(zhuǎn)子間的密封間隙縮小而達(dá)壓縮的效果,機(jī)臺(tái)由于高速運(yùn)轉(zhuǎn),且無(wú)沖程,因此噪音小,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),一般不需堅(jiān)固的基礎(chǔ)。此類(lèi)空氣壓縮機(jī)又可分為有油及無(wú)油兩種;其中無(wú)油式的干式壓縮,為避免其轉(zhuǎn)子直接接觸,因此兩轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng),藉由同步齒輪來(lái)達(dá)成,而其單段壓縮比也無(wú)法太高,輸出壓力約只達(dá)數(shù)kg/cm 2,為此在較高壓力需求的場(chǎng)合中,此類(lèi)機(jī)臺(tái)必須藉由兩組壓縮機(jī)的串聯(lián),方可達(dá)成所需之輸出壓力。另無(wú)油式,目前已開(kāi)發(fā)出水潤(rùn)滑方式,藉此方式不僅可簡(jiǎn)化壓縮機(jī)臺(tái)

12、的機(jī)構(gòu),亦可提高單段壓縮比值。而一般常見(jiàn)之有油螺旋空氣壓縮機(jī),由于有潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑及密7封,因此不需安裝精密同步齒輪,且單段壓縮比也可高達(dá)12以上,已可滿(mǎn)足大多數(shù)場(chǎng)合的需求;除此之外,目前轉(zhuǎn)子多采用高能源效率的不對(duì)稱(chēng)形,其能源效率已比往復(fù)式高出許多。因此近年來(lái)此類(lèi)機(jī)型受到國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商的大量采用。圖2.7、螺旋式空氣壓縮機(jī) 魯式鼓風(fēng)機(jī)之運(yùn)作方式如圖2.8所示。其機(jī)殼內(nèi)有俗稱(chēng)花生的兩轉(zhuǎn)子,以相反方向進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn);此機(jī)臺(tái)由于構(gòu)造簡(jiǎn)單,且轉(zhuǎn)子無(wú)直接接觸之磨耗,除保養(yǎng)容易外,設(shè)備購(gòu)置成本低,能源效率亦不錯(cuò)。但此類(lèi)機(jī)臺(tái)的單段壓縮比最高約只達(dá)1.7:1,因此之故較適合于低壓、氣量大的場(chǎng)合中使用。除單段式魯式鼓風(fēng)機(jī)外

13、,目前已有串聯(lián)兩組魯式壓縮轉(zhuǎn)子的機(jī)臺(tái),藉由此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),可使機(jī)臺(tái)之輸出壓力高達(dá)2.0 kg/cm2G以上,大幅擴(kuò)大其適用范圍。9圖2.8、魯式鼓風(fēng)機(jī) 徑流式亦俗稱(chēng)離心式,其作動(dòng)原理如圖2.9所示,其機(jī)體內(nèi)有一高速旋轉(zhuǎn)的葉輪,空氣由其葉片帶動(dòng),高速拋離葉片而進(jìn)入升壓環(huán)。升壓環(huán)由于斷面積的逐漸擴(kuò)大,導(dǎo)致壓縮空氣流速降低,而壓力得以升高。在葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由于其中心附近將形成真空,因此而產(chǎn)生吸氣的功能。圖2.9、徑流式空氣壓縮機(jī) 一般徑流式空氣壓縮機(jī)單段所能產(chǎn)生的壓力上升較之往復(fù)式及螺旋式機(jī)種為小,因此為得到較高的壓力輸出,必須加以多段串聯(lián),其如圖2.10所示。徑流式空氣壓縮機(jī),由于輪葉與輪殼無(wú)接觸,無(wú)直

14、接之機(jī)械磨耗損失,能源使用效率一般而言較之往復(fù)式為高。除此之外,常用之徑流式目前只有較大馬力機(jī)臺(tái),約300HP 以上,排氣量1200CFM 以上者;另徑流式由于機(jī)構(gòu)上之限制,對(duì)于使用端需求變化較大時(shí),無(wú)法利用較有效率之方式進(jìn)行降載運(yùn)轉(zhuǎn),這在選用此類(lèi)機(jī)臺(tái)時(shí)不得不加以注意。徑流式空氣壓縮機(jī)臺(tái)的另一特性為無(wú)油,即其產(chǎn)生出之壓縮空氣可適用于需無(wú)油之制程中。圖2.10、四段徑流式空氣壓縮機(jī)10 此類(lèi)型空氣壓縮機(jī),結(jié)構(gòu)如圖2.11所示,其作動(dòng)原理與徑流式相類(lèi)似,同樣是利用升壓器將高速流動(dòng)空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成靜壓力。其與徑流式之差異在于徑流式空氣流動(dòng)方向是沿者輪葉流動(dòng),而軸流式則是沿者輪軸流動(dòng)。無(wú)論是軸流式或徑

15、流式由于其運(yùn)轉(zhuǎn)速度極高,可高達(dá)10,000RPM 以上,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有極高頻的噪音產(chǎn)生,為進(jìn)行隔離一般可加上隔音設(shè)備,即可達(dá)到效果。圖2.11、軸流式空氣壓縮機(jī)1112三、壓縮空氣系統(tǒng)檢測(cè)為了解壓縮空氣系統(tǒng)的現(xiàn)況,包括能源使用效率、泄漏量、壓力降等,因此對(duì)于此系統(tǒng)必須定期進(jìn)行檢測(cè)作業(yè)及檢討,方可使此一系統(tǒng)在最佳能源效率下運(yùn)轉(zhuǎn)。在空氣壓縮機(jī)的能源使用效率檢測(cè)上,主要之測(cè)試項(xiàng)目為空氣壓縮機(jī)產(chǎn)氣量及耗電量,常用之表示單位為CFM/HP或CMM/HP等;例如一30HP之空氣壓縮機(jī)額定產(chǎn)氣量為 3.6CMM,其額定效率為0.12CMM/HP或4.24CFM/HP;但在實(shí)際情況下,一般并無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)于此效率下,特別

16、是一經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)或維修后之空氣壓縮機(jī),其能源效率極有可能比額定數(shù)值小相當(dāng)可觀(guān)之量,如其降低至新機(jī)效率值(假設(shè)新機(jī)時(shí)之效率值為3.8CFM/HP的一半時(shí),對(duì)一30HP之空氣壓縮機(jī)而言,全年產(chǎn)出相同量壓縮空氣之成本即高出一倍,對(duì)于一30HP 空氣壓縮機(jī),全年全載運(yùn)轉(zhuǎn)之時(shí)間為8000小時(shí),假設(shè)平均電費(fèi)為2元/KWH,則此機(jī)臺(tái)全年之用電成本為35.8萬(wàn)元;30HP ×0.746KW/HP ×8000HR/年×2元/KWH=358080元/年當(dāng)以上述一半效率之機(jī)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),則需兩臺(tái)方可滿(mǎn)足所需,其用電成本將大幅上升至71.6萬(wàn)元/年,此運(yùn)轉(zhuǎn)成本差距已足夠新購(gòu)一臺(tái)常用之有油30

17、HP機(jī)臺(tái)。藉由以上之說(shuō)明,顯示出空氣壓縮機(jī)使用者了解運(yùn)轉(zhuǎn)能源效率的重要性,但對(duì)于此效率數(shù)值的取得,一般并無(wú)法從既存之各項(xiàng)保養(yǎng)記錄數(shù)據(jù)上直接得到,而必須加裝額外的檢測(cè)儀表方可得之。對(duì)于此效率檢測(cè),一般而言應(yīng)每一年或兩年對(duì)所使用之空氣壓縮機(jī)作一次效率測(cè)試;另在空氣壓縮機(jī)維修后,特別是壓縮機(jī)體的維修后,也應(yīng)要求維修廠(chǎng)商提供效率數(shù)據(jù)。133.1、空氣壓縮機(jī)效率測(cè)試方法為得到以上表示空氣壓縮機(jī)效率之各項(xiàng)數(shù)據(jù),在進(jìn)行檢測(cè)時(shí),必須同步取得空氣壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)之產(chǎn)氣量(進(jìn)氣量,以CFM或CMM表示,及空氣壓縮機(jī)用電資料,以KW或HP表示。在空氣壓縮機(jī)產(chǎn)氣量的量測(cè)方面,本中心采用孔口組流量計(jì),其量測(cè)時(shí)安裝于壓縮空氣

18、出口上,藉由其檢測(cè)所得數(shù)據(jù),按本中心多年來(lái)之量測(cè)經(jīng)驗(yàn),其誤差值在5%以?xún)?nèi)。除以上之產(chǎn)氣量(進(jìn)氣量量測(cè)外,對(duì)于用電量的量測(cè),可使用電力分析儀,進(jìn)而計(jì)算出空氣壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)功率,在此必須特別強(qiáng)調(diào)的是電力量測(cè)工具最好具有功率因數(shù)量測(cè)者,如此方可計(jì)算出正確之實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)功率。以一220V,三相電流平均為300A,功率因子95%為例,其輸入功率為108.6KW(145.6HP。1.732 ×220V ×300A ×0.95 / 1000=108.6KW對(duì)于空氣壓縮機(jī)的效率測(cè)試,以下為本中心采用之孔口組流量計(jì)量測(cè)一部空氣壓縮機(jī)效率之作業(yè)步驟:1.仔細(xì)檢視及填寫(xiě)欲進(jìn)行檢測(cè)之空氣壓縮機(jī)

19、規(guī)范(參見(jiàn)表3.1,現(xiàn)場(chǎng)使用壓縮空氣壓力等級(jí)、冷卻水出入水溫、水壓等資料。2.藉以上的數(shù)據(jù)決定出孔口組流量計(jì)之大小,并給廠(chǎng)方需要安裝之配管數(shù)據(jù)(參見(jiàn)圖3.1。3.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)先行關(guān)閉空氣壓縮機(jī)電源。4.關(guān)閉流通至現(xiàn)場(chǎng)之壓縮空氣管線(xiàn)閥門(mén)。5.打開(kāi)空氣桶下方泄氣閥,排出壓縮空氣,至空氣桶壓力表降低至0kg/cm2G,再關(guān)閉空氣桶下方泄氣閥。6.安裝孔口組流量計(jì)至配管位置并確實(shí)鎖緊消音器以確保人員安14全。7.安裝鉤表及精密電力分析儀。8.孔口組流量計(jì)安裝壓力表并將所有孔口閥全開(kāi)。9.啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)并改為手動(dòng)操作至與設(shè)備規(guī)范壓力相同,壓力穩(wěn)定持續(xù)58分鐘以上不變,以利精確測(cè)量效率。10.調(diào)整孔口組流量

20、計(jì)閥門(mén)于一流量值。11.記錄壓縮空氣出口前溫度、壓力、馬達(dá)功率及孔口組CFM值于檢測(cè)記錄表中(參見(jiàn)表3.2。12.重復(fù)10至11步驟多次,其中必須將常用之壓力涵蓋在內(nèi)。13.關(guān)閉空氣壓縮機(jī)之電源并拆除精密電力分析儀。14.空氣桶壓力表降低至0kg/cm2G,再行拆除孔口組流量計(jì)。表3.1、空氣壓縮機(jī)規(guī)格表空氣壓縮機(jī)設(shè)備編號(hào)廠(chǎng)牌型式型號(hào)壓縮段數(shù)年份排氣量控制方式操作壓力(PSIG 最大操作壓力(PSIG 額定排氣量(SCFM 起動(dòng)方式傳動(dòng)方式冷卻方式空氣干燥方式空氣桶容量(M3壓縮空氣用途馬達(dá)廠(chǎng) 牌 型 式 電 壓 (V額定電流 (A 轉(zhuǎn) 速 (RPM功 率 (HP 馬達(dá)效率 (% 馬達(dá)安全系數(shù)

21、圖3.1、孔口組流量計(jì)安裝位置示意圖表3.2、孔口組流量計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表測(cè) 試 數(shù) 據(jù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)CFM 效率標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)CFMHP孔口組 CFM 溫度 壓力PSIG 功率KW 功率 HP注:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)CFM =孔口組CFM ×0.20076 ×(PSIG +14.7空氣壓縮機(jī)空氣桶冷凍乾燥機(jī)現(xiàn)場(chǎng)壓力錶孔口組流量計(jì)測(cè)試孔A測(cè)試孔B (備用測(cè)試位置後冷卻器15÷(孔口組溫度×9/5 + 32 + 4600.53.2、管線(xiàn)泄漏測(cè)試方法壓縮空氣的產(chǎn)生需要相當(dāng)多的能源投入,然而由于其無(wú)色無(wú)味,使得使用者對(duì)于其泄漏常常較不重視,因此而造成能源浪費(fèi),此一現(xiàn)象在本中心服務(wù)廠(chǎng)商時(shí)

22、隨處可見(jiàn)。對(duì)于壓縮空氣系統(tǒng)的泄漏量,當(dāng)然是愈小愈好,按本中心多年來(lái)所提供之檢測(cè)服務(wù),泄漏量占總用氣量之比率能低于10%者為一相當(dāng)優(yōu)良之系統(tǒng),一般之系統(tǒng)多高于此比率,更有甚者高達(dá)30%以上。以30%的系統(tǒng)泄漏為例,一30HP之空氣壓縮機(jī)臺(tái),年全載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)數(shù)為168000小時(shí),平均電費(fèi)為2元/KWH,全年因泄漏而造成的損失即為10.7萬(wàn)元。30HP ×0.746KW/HP ×0.3 ×8000HR/年×2元/KWH= 107424元/年對(duì)于壓縮空氣輸送管線(xiàn)泄漏量的測(cè)試,以下為本中心所采用方式之作業(yè)步驟:1.選定壹臺(tái)已完成效率測(cè)試之空氣壓縮機(jī)。2.打開(kāi)流通至現(xiàn)場(chǎng)

23、之壓縮空氣管線(xiàn)閥門(mén),并確定現(xiàn)場(chǎng)無(wú)壓縮空氣使用且應(yīng)關(guān)閉之關(guān)斷閥已正常關(guān)閉。3.打開(kāi)空氣筒下方泄氣閥,排出壓縮空氣,至空氣桶壓力表降低至0kg/cm2G,再關(guān)閉空氣桶下方泄氣閥。4.安裝孔口組流量計(jì)至配管位置。5.孔口組流量計(jì)安裝壓力表并將所有孔口閥全開(kāi)。6.啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)電源。7.逐步關(guān)閉部份孔口組流量計(jì)排氣閥,使孔口組流量計(jì)實(shí)測(cè)壓力提升至100 PSIG。8.將此空氣壓縮機(jī)于效率測(cè)試時(shí)所量測(cè)出之100 PSIG排氣量減以上測(cè)出之排氣量,即為壓縮空氣管線(xiàn)泄漏量(CFM。9.關(guān)閉空氣壓縮機(jī)之電源。10.空氣桶壓力表降低至0kg/cm2G,再行拆除孔口組流量計(jì)。17四 、空氣壓縮機(jī)節(jié)能措施空氣壓縮機(jī)

24、 依 其作 動(dòng) 原 理 可區(qū)分 為 兩 大 類(lèi) , 分 別 為 排 量 式 及動(dòng) 力 式 , 在 排 量 式 中 較 為 常見(jiàn) 者 有 活塞 式 壓縮機(jī)與 螺旋 式 壓縮機(jī), 而在動(dòng) 力 式 中 較 為 常見(jiàn) 者 有 徑 流 式 (離 心 式 壓縮機(jī)。 由于 其作 動(dòng) 原 理之 不同 , 因此在 高 能 源使 用 效率 的 基 本 原則 下 ,各 類(lèi)型 機(jī) 臺(tái) 的 采 用 便 有 其 限 制。4.1、空氣壓縮機(jī)的選擇為 能 合理 及 高 效率 的 運(yùn)轉(zhuǎn) 空氣壓縮機(jī), 首先 面 臨 之 問(wèn)題即 在于 如 何 在各 式 各 樣 的空氣壓縮機(jī) 臺(tái) 中, 挑 選 出 符 合所需 且 能在安 裝 后 高

25、 效 率運(yùn)轉(zhuǎn)者 。在 決 定 空氣壓縮機(jī)的 型式 與 大 小 之 前, 必須 先 行 確 認(rèn) 以下 各 點(diǎn) :1. 現(xiàn)場(chǎng) 空氣 消 耗量2. 壓縮空氣質(zhì) 量3. 工作 壓 力對(duì) 于 以 上各 數(shù) 值 的 估 算 可 利用 表 4.1來(lái) 達(dá) 成 ,在 現(xiàn)場(chǎng) 空氣 消 耗量 上的 計(jì) 算 上, 除表 上 所使 用 之 Nm 3/hr外 , 另也可 使 用 Nm 3/min, 或 歐美 使 用 之 Nft 3/min及 Nft 3/hr表 示 。表 4.1、 現(xiàn)場(chǎng) 機(jī) 臺(tái) 壓縮空氣 耗 用 點(diǎn) 檢 表機(jī) 臺(tái) 編 號(hào) 機(jī) 臺(tái) 名 稱(chēng) 空氣 耗 用 量(Nm3/hr空氣壓 力(kg/cm2最 低 質(zhì) 量

26、需求 水 份 油 份 雜 質(zhì) 備 注另 對(duì) 于 工作時(shí) 的空氣壓 力 , 則 為 操 作 機(jī) 臺(tái)正常 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 的 最 低 空氣 壓 力需求 , 除以 kg/cm2G 表 示 外 , 亦可 使 用 bar 或 psig 表 示 。 另 對(duì) 于壓縮空氣質(zhì) 量需求 , 主要 有 水 份 含 量 、 油 份 含 量 、 雜 質(zhì) 含 量 等 ; 水 份 含 量之量 化 表 示 可 以 壓 力 露 點(diǎn) 溫度表 示 , 油 份 含 量 及 雜 質(zhì) 含 量 皆 可 以 ppm 表 示 。在 經(jīng) 調(diào) 查 完 所 有用氣設(shè)備 之 后, 再 將 按 不同 壓 力需求 統(tǒng) 計(jì)出 各壓 力下之 空氣 需求量 , 其如表

27、 4.2所 示 。表 4.2、壓縮空氣 需求量 統(tǒng) 計(jì)表壓 力 等 級(jí) 空氣 耗 用 量 (Nm3/hr 占總 量 比 率(%最 低 質(zhì) 量需求 水 份 油 份 雜 質(zhì) 備 注5kg/cmG 以下58kg/cmG812kg/cmG12kg/cmG 以 上在有 了 以 上各壓 力 等 級(jí) 之需求數(shù)據(jù) 后, 再 加 上 以下 三 項(xiàng) 考 慮 因 素:1. 目前壓縮空氣 之實(shí)際需求2. 未 來(lái) 擴(kuò) 充時(shí) 增 加 之需求量3.10%20%的 裕 度即可決 定 出 各壓 力 等 級(jí) 之 安全 需求量 , 當(dāng) 某 一壓 力 等 級(jí) 存 在有 瞬 間 用 氣 量 極 大之 機(jī) 臺(tái) 時(shí) , 可 藉 由 提 高

28、 此壓 力 等 級(jí) 的 裕 度 來(lái)因應(yīng)。 在 完 成以 上的 評(píng) 估 之 后, 再 將 以 上各壓 力 等 級(jí) 依 以下之 原則 做 合并 , 再 參 照 空 氣壓縮機(jī) 廠(chǎng) 商 所提 供 之 機(jī) 臺(tái) 規(guī) 范 , 即可 大 致 決 定 出所需之 空氣壓縮機(jī) 馬 力 。1. 當(dāng) 大多數(shù) 機(jī) 臺(tái) 的用氣壓 力 等 級(jí) 皆 為低 壓 時(shí) , 5kg/cm2G 以下 , 對(duì) 于 少 數(shù) 高 壓機(jī) 臺(tái) 用氣 量 亦可 同 時(shí)并 入 低 壓系統(tǒng)中,但 必須 另 購(gòu)增 壓機(jī), 提 高 壓縮供氣壓 力 供 高 壓設(shè)備 使 用。 另也可 不 并 入 低 壓系統(tǒng)中,但 使 用 獨(dú)立 之 高 壓空氣壓縮機(jī)供氣。2.

29、當(dāng) 大多數(shù) 機(jī) 臺(tái) 的用氣壓 力 等 級(jí) 需求 皆 為 高 壓 時(shí) , 如 皆 在 58 kg/cm2G , 約 占總 量 的 80%以 上 時(shí) , 對(duì) 于 少 數(shù)低 壓的 需求 可 從 其 管在線(xiàn) 直接接 管, 再 安 裝 減 壓 閥 支 應(yīng) 需求量 。3. 當(dāng)兩 壓 力 等 級(jí) 之 用氣 需求 相當(dāng) 時(shí) 且 皆超 過(guò) 總 用氣 量 的 30%時(shí) , 且 單 一壓 力 等 級(jí) 的空氣壓縮機(jī) 馬 力 達(dá) 100HP 以 上 時(shí) , 可考 慮針 對(duì) 每 一壓 力 等 級(jí) , 建 置 獨(dú)立 的供氣系統(tǒng)。除以 上 對(duì) 于氣 量 及壓 力 的 考 慮 外 , 另 由于空氣壓縮機(jī) 型式 的 不 同 ,

30、在 操 作 上、 效率 上、 乃 至 于 未 來(lái)的 保養(yǎng) 上, 亦 有 相當(dāng) 程度 的 差 異 , 以下為 型式選 用 時(shí)必須 注 意 之 事 項(xiàng) :1. 以 全 負(fù)載狀 態(tài) 下 而言, 離 心 式 空氣壓縮機(jī) 效率 較高 ,因此 極 適 于 做 為 基 載 機(jī) 臺(tái) 或 負(fù)載 變 化 不 大之場(chǎng)合 。2. 在 負(fù)載 變 化 大 的 使 用 場(chǎng)合 , 為 達(dá)高 效率運(yùn)轉(zhuǎn) , 可 利用 多部 機(jī) 臺(tái) 調(diào) 度運(yùn)轉(zhuǎn) , 避免 空氣壓縮機(jī) 處 于 低效率之低負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn) 。3. 空氣壓縮機(jī)的 運(yùn)轉(zhuǎn)成本 極 高 , 一全年 運(yùn)轉(zhuǎn) 4000小 時(shí)以 上 之 空氣 壓縮機(jī), 所耗 用 之電力 費(fèi) 用, 可 能 已

31、足 夠新 購(gòu) 一機(jī) 臺(tái) , 為 此 購(gòu) 買(mǎi) 空氣壓縮機(jī) 時(shí) , 必須 特 別注 意 其運(yùn)轉(zhuǎn)效率 。4. 有 油 式 空氣壓縮機(jī) 不 但 購(gòu) 買(mǎi) 成本低 , 保養(yǎng) 費(fèi) 用一 般 也較 低 。5. 具 進(jìn) 氣 閥門(mén) 容 量 調(diào)節(jié)控制 之 機(jī) 臺(tái) , 雖 能 提 供 較 為 穩(wěn) 定 壓 力 的壓 縮空氣 輸 出 ,但 使 用此 類(lèi) 機(jī) 臺(tái) 時(shí) 應(yīng) 使其 能在 高 負(fù)載下運(yùn)轉(zhuǎn) , 即 使其實(shí)際 供氣 量 盡 量 接 近 額 定 供氣 量 。除以 上的各 項(xiàng) 考 慮 因素 外 ,空氣壓縮機(jī)在 加 載時(shí) , 馬 達(dá) 之負(fù)載 高 達(dá) 100%或 以 上,因此 馬 達(dá) 效率 的 良 否 , 亦 直接 影響 到

32、 空氣壓縮機(jī)的 效率 , 就 一 般 常見(jiàn) 之 馬 達(dá) 為 例 , 表 4.3所 示 為 高 效率 馬 達(dá) 與普 通馬 達(dá)之效率 比較 。表 4.3、 馬 達(dá) 效率 值比較 表馬 力數(shù)東 元 馬 達(dá)型 錄 值220V , 60HZ, 1800RPMGPSA*測(cè) 試 值 460V , 60HZ, 1800RPM 一 般 型(%高 效率(%差 值 一 般 型(%高 效率(%差 值20 HP 90.5 93.0 2.5 86.5 91.0 4.5 30 HP 91.5 94.0 2.5 88.5 93.0 4.5 50 HP 92.0 95.0 3.0 90.2 93.6 3.4 75 HP 92.

33、5 95.5 3.0 90.2 93.6 3.4 100 HP 93.5 95.5 2.0 91.7 94.5 2.8 *:GPSA 為 Gas Processors Suppliers Association之 縮寫(xiě)。按 以 上 之?dāng)?shù)據(jù) , 當(dāng) 在一 20HP 壓縮機(jī)上安 裝 上 高 效率 馬 達(dá) 時(shí) , 就 整體 壓縮機(jī) 效率 而言, 即可 提 高 2.54.5%之效率; 而在 100HP 壓縮 機(jī)上, 也可 提 高 2.04.5%之 整體 效率 。 以 100HP 之 馬 達(dá) 為 例 ,全年 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)數(shù) 8000小 時(shí) , 平 均 電 費(fèi) 以 1.7元 /KWH計(jì) , 全年 可 節(jié) 約之

34、用 電 從 2萬(wàn)元 至 4.5萬(wàn)元 。100HP ×0.746KW/HP ×8000HR/年 ×1.7元 /KWH ×2.0% =20,291元 /年100HP ×0.746KW/HP ×8000HR/年 ×1.7元 /KWH ×4.5% =45,655元 /年因此, 對(duì) 于 高 負(fù)載率運(yùn)轉(zhuǎn)之 空氣壓縮機(jī)而言, 選 用 高 效率 馬 達(dá) , 在 經(jīng) 濟(jì) 性 上,有 其實(shí) 質(zhì)的 效 益 。4.2、空氣壓縮機(jī)效率提升為 能有 效提 升 空氣壓縮機(jī) 本 體 的 運(yùn)轉(zhuǎn)效率 起 見(jiàn) , 除以 上 極 為重 要 的空氣壓縮機(jī)的

35、 選 擇 外 , 以下 將 從 理 論及 實(shí)際 上 進(jìn) 行 既 設(shè)空氣壓縮機(jī) 臺(tái) 的 效率提 升 探 討 。21理 論上空氣壓縮機(jī) 運(yùn)轉(zhuǎn)所需 動(dòng) 力 可 由 下 式 計(jì) 算 得 知 。L=K(a+1/(K-1 ×P s Q s /229 ×(Po /Ps K-1/K(a+1-1 ×d/c t上 式 中 L :所需 動(dòng) 力 (HPP s :吸入 空氣 絕 對(duì) 壓 力 (kg/cm2P o :排 出 空氣 絕 對(duì) 壓 力 (kg/cm2Qs :單位 時(shí) 間 吸入 空氣 量 (Nft3/mina :中 間 冷卻器 數(shù)K :空氣 斷 熱 系 數(shù)c:壓縮機(jī)的全 斷 熱 效率

36、t:傳 達(dá) 效率d :裕 度 , 往復(fù) 動(dòng) 作 型 壓縮機(jī) 1.10給 油 式 螺旋 型 壓縮機(jī) 1.10無(wú) 給 油螺旋 型 壓縮機(jī) 1.15離 心 式 壓縮機(jī) 1.20將 上 式 移 項(xiàng) , 以 能 源效率表 示 , 可 得 出下 式 。Q s /L= 229(K-1c t / (Po /Ps K-1/K(a+1-1K(a+1Ps d在 假 設(shè)被壓縮氣 體 為理 想 氣 體 時(shí) , 斷 熱 系 數(shù) 取 1.4, 另斷 熱 效率 及 傳 達(dá) 效率 值 皆 為 1時(shí) , 而 裕 度 也 為 1時(shí) , 此 時(shí) 可 得 出 壓縮機(jī)的 理 論 最高 效率 , 其如 圖 4.1所 示 。圖 4.1、各

37、種 段 數(shù) 空氣壓縮機(jī) 輸 出 壓 力 與 理 論 效率 關(guān) 系 圖 由 以 上 理 論 計(jì) 算 可 得 知 , 以 一 般 空氣壓縮機(jī) 之 輸 出 壓 力 而言, 7kg/cm2G 時(shí) ,一 段 壓縮 之理 論 最高 效率約 在 5.485CFM/HP, 二 段 壓 縮 約 在 6.434 CFM/HP, 三 段 壓縮 約 在 6.774CFM/HP。但在 實(shí)際 上, 空氣壓縮機(jī)的 效率 應(yīng) 以 圖 4.2所 示 之 各 式 空氣壓縮機(jī) 單位馬 力 壓縮空 氣 排 放 量為 一 較 為 可 行 之效率 判 斷基 準(zhǔn) , 在 其 上 針 對(duì) 不同 類(lèi)型 之 空氣 壓縮機(jī)有 不同 之效率; 以

38、最 為 常見(jiàn) 之 單 段 式 有 油螺旋 式 空氣壓縮機(jī) 為 例 , 其 在 100PSIG(約 7kg/cm2G 之合理效率 應(yīng)在 3.7CFM/HP至 4.0CFM/HP之 間 。圖 4.2、各 種類(lèi)型 空氣壓縮機(jī) 效率 基 準(zhǔn) 3.50在 100P S I G 排 放 壓 力 下 之 單 位 馬 力 壓 縮 空 氣 排 放 量 (C F M /H P 23另 對(duì) 于 輸 出 壓 力降低所 造 成之效率提 升 而言, 以表 4.4所 示 之理 論上 計(jì) 算 出之?dāng)?shù)據(jù) 而言。在 常見(jiàn) 之 7kg/cm2G 輸 出 壓 力下 , 降低 輸 出 壓 力 至 6kg/cm2G , 效率約 可 提

39、升 7.69.1%,此一 數(shù)據(jù) 較經(jīng)驗(yàn) 上 每 降 低 1kg/cm2之 輸 出 壓 力 可 提 升 效率 48%相當(dāng) 。由此 可 知 空氣壓縮機(jī) 輸 出 壓 力 的 降低 的 確 有 助 于 效率 上的 提 升 與能 源 上的節(jié) 約 。表 4.4、各 種輸 出 壓 力 調(diào) 降 1kg/cm2G 對(duì) 于壓縮機(jī) 效率之提 升 比 率 壓 力降 效率提 升 比 率 (%一 段 壓縮 二 段 壓縮 三 段 壓縮4->3 20.1 18.0 17.45->4 14.5 12.8 12.36->5 11.2 9.9 9.47->6 9.1 7.9 7.68->7 7.6 6

40、.6 6.39->8 6.6 5.6 5.310->9 5.7 4.9 4.611->10 5.1 4.3 4.112->11 4.5 3.8 3.6舉例 來(lái) 說(shuō) , 當(dāng) 壓縮空氣 使 用 場(chǎng)合 中 所需之 壓 力 只 有 3kg/cm2G 時(shí) , 以 7kg/cm2G 減 壓 至 3kg/cm2G 所需之電力 消 耗 比 4kg/cm2G 減 壓 至 3kg/cm2G , 以 常見(jiàn) 之 一 段 壓縮機(jī)而言, 理 論上 效率 可 提 高 約 38.9%, 不 可 不注 意 。(1+0.091(1+0.112(1+1.145-1 ×100% = 38.9%但 實(shí)

41、際 上 對(duì) 于 以 上 之?dāng)?shù)據(jù) , 本 中心 經(jīng)過(guò) 多 次 驗(yàn) 證 , 以下為 兩 部 單 段 式 有 油螺旋 30HP 機(jī) 臺(tái) , 參 見(jiàn) 表 4.5及 圖 4.3, 在 進(jìn) 氣 閥 全 開(kāi) 狀 態(tài) 下 , 壓 力下降時(shí)之效率提 升 比 率 。 因此壓縮空氣的供氣壓 力 , 必須配合現(xiàn) 場(chǎng) 用氣設(shè)備的壓 力 而有 所 變 更 。 另 例 如 壓縮空氣 僅 使 用于 冷卻 或排 塵時(shí) , 其所需 壓 力 可 能 只 有 0.5kg/cm2G ,但 如使 用 7kg/cm2G 之 壓縮空 氣 則每 Nm 3/min所需之電力 消 耗 高達(dá) 78KW ; 而 當(dāng) 其改 用 鼓風(fēng) 機(jī) 時(shí) , 產(chǎn) 生

42、相同 氣 量所耗 用 之電力 只 有 0.4KW 左右 , 其 差 距 高達(dá) 20倍 , 不 可 不注 意 。表 4.5、 兩 部 有 油螺旋 30HP 空氣壓縮機(jī)由于壓 力降所 造 成之效率提 升壓 力降 效率提 升 比 率 (%機(jī) 臺(tái) 1機(jī) 臺(tái) 27->6 5.3 5.6 6->56.1 -另 對(duì) 只 需低 壓壓縮空氣的 場(chǎng)合 ,但 使 用一 般 之 鼓風(fēng) 機(jī) 又無(wú) 法 達(dá) 到之 壓 力 等 級(jí) , 13 kg/cm2G 的壓 力 范圍 內(nèi) , 為 滿(mǎn)足 此一 需求 ,在空氣 壓縮機(jī)的 購(gòu) 買(mǎi) 上, 必須 事 先 告 知 供 貨 商 , 進(jìn) 行空氣壓縮機(jī) 輸 出 壓 力 調(diào) 降

43、 , 而 不是 在 事 后于 出 氣管上安 裝 減 壓 閥 進(jìn) 行 降低 壓 力; 另也可 在各 類(lèi)型 空氣壓縮機(jī)中 選 擇 適合 于此壓 力 范圍 運(yùn)轉(zhuǎn)者 , 如 魯 氏 鼓風(fēng) 機(jī), 圖 4.4所 示 為本 中心檢測(cè) 過(guò) 之 某 國(guó) 內(nèi) 廠(chǎng) 商 制 造 的 兩 段魯 氏 鼓風(fēng) 機(jī) 性 能 曲線(xiàn) 圖 ; 由此 圖 上 可明 顯 得 知 ,在 2kg/cm2G(28.4PSIG時(shí)之效率約為 6CFM/HP, 此 效率 值比 起 常見(jiàn) 空氣壓縮機(jī) (輸 出 壓 力 7kg/cm2G 之 可 接 受 效率 值 , 3.54.0CFM/HP之 間 , 高 出約 50%以 上, 即 使 用前 者之 設(shè)備

44、 會(huì) 比 后 者 節(jié) 約 1/3的 電 能 消 耗 。(1/4 -1/6 / (1/4 = 1/3圖 4.4、 某 兩 段魯 式 鼓風(fēng) 機(jī) 性 能 曲 線(xiàn) 圖 此 時(shí) 用 電量 仍呈微 幅 上 升 ; 因此 之 故 , 此空氣壓縮機(jī) 臺(tái) 的 產(chǎn) 氣能 源效 率 也 開(kāi) 始急 速 下降 。 這也說(shuō)明 了操 作 此 類(lèi) 穩(wěn) 壓機(jī) 臺(tái) 時(shí) , 為 何 必須 盡 可 能 操 作 在 高 負(fù)載之下 , 即 進(jìn) 氣 閥門(mén) 全 開(kāi) 之狀 態(tài) 。圖 4.5、 某 30HP 容 量 調(diào) 整 空氣壓縮機(jī) 性 能 曲 線(xiàn) 圖 除以 上 藉 由 進(jìn) 氣 閥門(mén) 節(jié) 流方 式 進(jìn) 行 穩(wěn) 壓控制 之 空氣壓縮機(jī) 臺(tái) 外

45、, 目前 已 有制 造 廠(chǎng) 商 利用 變 頻 器 開(kāi) 發(fā) 出 壓 力 更加 穩(wěn) 定 , 且 不 犧牲 空氣壓 縮機(jī) 運(yùn)轉(zhuǎn)效率之 機(jī) 臺(tái) , 以下為本 中心檢測(cè) 過(guò) 之 兩變 頻 機(jī) 臺(tái) , 圖 4.6所 示 為 一在 傳 統(tǒng) 20HP 有 油螺旋 式 機(jī) 臺(tái) 上 直接 加 上 變 頻 器 (壓縮機(jī) 額 定 轉(zhuǎn) 速 為 3000RPM 以 控制 馬 達(dá) 轉(zhuǎn) 速 ,在各 個(gè) 不同 轉(zhuǎn) 速 下所計(jì) 算 出之產(chǎn) 氣能 源效率 ,由 其 上 明 顯 得 知 當(dāng) 轉(zhuǎn) 速 低 至 額 定 轉(zhuǎn) 速 的 70% (即 2100RPM 以下時(shí) ,能 源效率 急 速 下降 , 此 現(xiàn) 象 主要 由于空氣壓縮機(jī)的產(chǎn)氣

46、量急速減少所致。由此試驗(yàn)機(jī)臺(tái)之效率數(shù)據(jù),說(shuō)明了變頻器在空氣壓縮機(jī)的應(yīng)用上并不單純,可能需在空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)上(如:低轉(zhuǎn)速高效率轉(zhuǎn)子的采用或潤(rùn)滑系統(tǒng)上做改變,方可使變頻器發(fā)揮出功效。圖4.6、加裝變頻器空氣壓縮機(jī)性能曲線(xiàn)圖(輸出壓力: 69.2PSIG而圖4.7所示之變頻空氣壓縮機(jī)則為一進(jìn)口機(jī)臺(tái),其原機(jī)臺(tái)即設(shè)計(jì)采用變頻器,而其變頻則采用增頻之方式,即將3600RPM 提高至7200RPM ,由其檢測(cè)所得之?dāng)?shù)據(jù)中顯示出,此機(jī)臺(tái)于3600RPM 處,約50%負(fù)載處可得最高供氣能源效率3.8CFM/HP 以上,而其產(chǎn)氣能源效率在2000RPM 至7200RPM 之間皆能維持在3.6CFM/HP 以上的

47、水平。1,5002,0002,5003,000轉(zhuǎn)速(R P M 排氣量(C F M 或耗電量(H P 3.504.00效率(C F M /H P 排氣量耗電量效率圖4.7、原機(jī)內(nèi)裝變頻器空氣壓縮機(jī)性能曲線(xiàn)圖(輸出壓力: 85.2PSIG4.3、進(jìn)氣溫度及濕度降低除以上關(guān)于空氣壓縮機(jī)的選用與如何提升既設(shè)空氣壓縮機(jī)的效率外,由于空氣中主要之成份除氮?dú)狻⒀鯕饧捌渌∮袣怏w外,并含有塵埃及水蒸汽。而空氣中所能吸收水份之能力,也隨壓力的上升有所增加,但不呈線(xiàn)性;實(shí)際上,當(dāng)壓力上升至100 kg/cm 2時(shí),飽和水蒸汽量只增加約10%,而在20 kg/cm 2以?xún)?nèi)時(shí),則只增加數(shù)%,何況一般最為常使用之壓縮

48、空氣壓力為4 kg/cm 28 kg/cm 2,此時(shí)我們可以說(shuō)空氣中飽和蒸汽量并不受壓力之影響,而只受溫度之影響。而溫度與飽和蒸汽間之關(guān)系見(jiàn)圖4.8,此圖為大氣壓力下之飽和蒸汽含量,但亦可適用常見(jiàn)之各種壓力?；谝陨现?也說(shuō)明了空氣在經(jīng)過(guò)壓縮后為何會(huì)析出大量的凝結(jié)水;另外進(jìn)氣之溫度愈高,不僅空氣密度低,也會(huì)使飽和蒸汽量3,0004,0005,0006,0007,0008,000轉(zhuǎn)速(RPM排氣量(C F M 或耗電量(H P 排氣量耗電量效率2829上升。因此,空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度及濕度必須愈低愈好。圖4.8、1立方米空氣之飽和蒸汽量4.4、進(jìn)氣阻抗降低為保護(hù)壓縮機(jī)起見(jiàn),在空氣壓縮機(jī)的空氣入

49、口處皆裝有過(guò)濾器或過(guò)濾網(wǎng),而這些裝置會(huì)隨著使用時(shí)間,阻抗逐漸增加,使進(jìn)入壓縮機(jī)之空氣量減少,相對(duì)的使空氣壓縮機(jī)的產(chǎn)氣量下降,效率也因而下降。因此定期的更換或清理濾網(wǎng)或過(guò)濾器為改善進(jìn)氣阻抗的唯一方式。4.5、多臺(tái)空氣壓縮機(jī)連鎖控制節(jié)能系統(tǒng)壓縮空氣系統(tǒng)使用多臺(tái)空氣壓縮機(jī)并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)為一相當(dāng)普遍之配置,但在此種配置下,系統(tǒng)可能會(huì)有以下種種能源浪費(fèi)之問(wèn)題:1.機(jī)臺(tái)不作功之卸載時(shí)間增加。2.容調(diào)控制機(jī)臺(tái),在低負(fù)載(低效率運(yùn)轉(zhuǎn)。3.機(jī)臺(tái)啟停頻繁,故障率增加。一般工廠(chǎng)中常見(jiàn)之空氣壓縮機(jī)為避免馬達(dá)啟停過(guò)于頻繁,因此多設(shè)有卸載運(yùn)轉(zhuǎn)模式,而空氣壓縮機(jī)的卸載運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)耗用電力,一般而言約為全載時(shí)的2050%,視空氣壓縮機(jī)

50、的機(jī)型及控制設(shè)計(jì)有所不4.99.417.330.451.2831311992934245981101001000020406080100溫度(飽和蒸汽量(g 30同,但無(wú)論如何,卸載時(shí)間愈長(zhǎng),所浪費(fèi)之電力也愈大,是一不爭(zhēng)的事實(shí),為此如何調(diào)度多部空氣壓縮機(jī)進(jìn)行高效率運(yùn)轉(zhuǎn)為目前空氣壓縮機(jī)管理之主要課題。針對(duì)多臺(tái)空氣壓縮機(jī)的并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn),可在既有系統(tǒng)上做各項(xiàng)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)搜集,其如圖4.9所示,并按所搜集之?dāng)?shù)據(jù)透過(guò)外加之控制系統(tǒng),做機(jī)臺(tái)的啟停運(yùn)轉(zhuǎn),如此不僅可降低壓縮空氣系統(tǒng)的能源耗用量,并由于監(jiān)控系統(tǒng)提供更進(jìn)一步之?dāng)?shù)據(jù),如:供氣量、供氣溫度、供氣壓力等,極有利于發(fā)掘出壓縮空氣系統(tǒng),乃至于空氣壓縮機(jī)、干燥機(jī)等之

51、問(wèn)題。31圖4.9、壓縮空氣監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)圖供給側(cè)需求側(cè)P T FKWD壓力溫度流量功率壓力露點(diǎn)P T FD KWKWKW乾燥機(jī)空氣壓縮機(jī)空氣壓縮機(jī)空氣桶32五、空氣調(diào)質(zhì)設(shè)備節(jié)能措施一般說(shuō)來(lái),壓縮空氣在使用時(shí),隨著場(chǎng)合的不同,必須進(jìn)行不同程度的調(diào)質(zhì),常見(jiàn)的調(diào)質(zhì)設(shè)備有位于供給側(cè)的各種濾網(wǎng)、過(guò)濾器、冷卻器、干燥機(jī)等。而在使用側(cè)則也有三點(diǎn)組合、干燥機(jī)等。過(guò)濾器的使用主要在于分離空氣中的顆粒塵埃。而壓縮空氣中的冷凝水主要是藉由冷卻器、空氣桶及干燥機(jī)等設(shè)備加以分離,常見(jiàn)的壓縮空氣干燥設(shè)備有冷凍干燥、吸附式干燥、吸收式干燥等多種。5.1、空氣清凈系統(tǒng)的選擇空氣在經(jīng)過(guò)壓縮過(guò)后,將會(huì)含有大量的水份,些許油份及雜質(zhì)

52、,其將對(duì)精密儀器、氣動(dòng)工具、氣動(dòng)設(shè)備、儀表、管路等造成莫大的傷害,因此在空氣壓縮機(jī)后多加裝空氣清凈設(shè)備,對(duì)于各項(xiàng)清凈裝置的選用參見(jiàn)圖5.1。但在此必須特別強(qiáng)調(diào),空氣清凈設(shè)備中之冷凍干燥機(jī)及吸附式干燥機(jī)也需耗用大量的能源;各種過(guò)濾器也會(huì)產(chǎn)生壓降,使得壓縮空氣供應(yīng)端的壓力必須提高,間接的提高能源耗用;因此,在進(jìn)行各項(xiàng)空氣清凈設(shè)備選用時(shí)必須特別注意。33圖5.1、空氣清凈設(shè)備選用 5.2、空氣桶的除水功能大多數(shù)的壓縮空氣系統(tǒng)中,在空氣壓縮機(jī)的出口端皆裝設(shè)有空氣桶,空氣桶的用途主要有三:1.降低壓縮空氣供氣設(shè)備所產(chǎn)生脈沖傳遞至管線(xiàn)。2.提供瞬間空氣需求的儲(chǔ)存。3.利用其大面積散熱,使空氣中的水份凝結(jié)排

53、出。 水份油份脫臭-壓力露點(diǎn)1000ppm -20.1ppm -0.1ppm 99.5%壓力露點(diǎn)- 40壓縮空氣不純物0.1ppm 99.5%34對(duì)于以上前二者,一般之使用者能了解其重要性,但對(duì)于第三者卻常被忽略;在本中心多年訪(fǎng)測(cè)過(guò)的廠(chǎng)商中,有許多案例將空氣桶不直接設(shè)置空氣壓縮機(jī)后冷卻器(after cooler之后,而是設(shè)置于冷凍式干燥機(jī)之后,以此配置方式不僅無(wú)法發(fā)揮空氣桶的冷卻排水功能,亦會(huì)增加其它干燥設(shè)備(如冷凍干燥機(jī)、吸附式干燥機(jī)等之負(fù)載,增加其能源消耗。合理之配置順序依次為1.空氣壓縮機(jī)2.空氣桶3.干燥機(jī)利用空氣桶進(jìn)行降溫除水,一般并無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的用氣需求,因此壓縮空氣必須透過(guò)

54、其它干燥設(shè)備的處理,方可符合需求。以下各節(jié)即在說(shuō)明較常為業(yè)者采用的干燥設(shè)備。5.3、吸收式干燥吸收式干燥由于是利用壓縮空氣中的水份與干燥室中的化學(xué)物質(zhì)起反應(yīng),而變?yōu)橐簯B(tài)化合物排出的方式,因此這方式亦稱(chēng)之為潮解式干燥或化學(xué)干燥,干燥室中的化學(xué)物質(zhì)通常為氯化鈉(鹽、氯化鈣和尿素,或?yàn)槠浠旌衔?因?yàn)檫@些化學(xué)物質(zhì)會(huì)慢慢耗盡,故必須定期更換。吸收式干燥的優(yōu)點(diǎn)為構(gòu)造簡(jiǎn)單、安裝容易、不需外加能源、機(jī)械磨耗低等。但其缺點(diǎn)為最多只能使潮濕之壓縮空氣露點(diǎn)降低11,因此適用場(chǎng)合受到限制。35圖5.2、吸收式干燥機(jī)組件示意圖 5.4、吸附式干燥此干燥方式為一種根據(jù)物理作用的干燥過(guò)程,因此有時(shí)亦稱(chēng)之為再生干燥。其干燥方

55、式如圖5.3所示。圖5.3、吸附式干燥機(jī)組件示意圖 通常吸附式干燥機(jī)有兩個(gè)并聯(lián)的干燥器,當(dāng)其中一個(gè)有濕空氣通過(guò)時(shí),另一個(gè)即進(jìn)行再生程序,如此交替循環(huán)使用。此方法所使用之干燥劑有硅化膠、活性氧化鋁、活性碳等,目前已可使用分子篩使用壓力露點(diǎn)溫度降低至-70以下。故使用此方式可得到干燥度極高的壓縮空氣。而此一干燥方式,由于能源耗用極大,因此有多種改良型式,上圖中所示已為一改良方式;而其最原始之方式并無(wú)加熱組件及風(fēng)扇,而是引入已干燥后之高壓空氣直接進(jìn)行吸附材的再生,以如此之方式運(yùn)作,約會(huì)消耗總處理氣量中1520%的壓縮空氣,故其操作費(fèi)用極為昂貴。為此而有上圖所示之方式,加上加熱組件(一般消耗之能源為電

56、能及風(fēng)扇,以此方式運(yùn)作之干燥設(shè)備,只需在吸附材冷卻時(shí)消耗壓縮空氣,其再生所使用之壓縮空氣量可大幅降至約5%的總處理量。而一最為先進(jìn)之方式則采用回收壓縮空氣產(chǎn)生時(shí)之廢熱,如此將可減少加熱組件的電能耗用。除以上不同的吸附材的再生型式外,在吸附式干燥機(jī)的運(yùn)作上,控制方式的不同亦對(duì)能源消耗有不同的影響。一般最為常見(jiàn)者采固定時(shí)間再生周期控制,即以設(shè)定時(shí)間之方式進(jìn)行吸附材再生;如每一小時(shí)進(jìn)行吸附材再生一次等等。另一較為節(jié)能之方式為壓力露點(diǎn)溫度控制,其再生周期并不為定值,而是視被處理之壓縮空氣的壓力露點(diǎn)溫度而決定是否進(jìn)行吸附材的再生作業(yè),當(dāng)然以此方式操作之吸附式干燥機(jī)較之前者較為節(jié)能,但其缺點(diǎn)則在于需采用一

57、昂貴之在線(xiàn)壓力露點(diǎn)傳感器。5.5、冷凍式干燥圖5.4所示為典型之冷凍干燥機(jī)示意圖,此干燥方式是利用低溫冷媒冷卻并凝結(jié)出壓縮空氣中的水份,再由排水閘排出,被冷卻的壓縮空氣再藉由與流入的壓縮空氣進(jìn)行回溫,而使冷空氣變暖,提高被處理壓縮空氣的干燥度。本干燥方式最低之露點(diǎn)溫度為0.5,常用之露點(diǎn)溫度為2,此方式的優(yōu)點(diǎn)為可在經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)后,仍具有安定的除濕能力,設(shè)備處理量大,流入壓縮空氣溫度較高等。在一般的設(shè)計(jì)上,此設(shè)備的安裝馬力約為空氣壓縮機(jī)馬力的5%以下,隨排氣溫度的上升而有些許的不同,但仍不宜超出5%;即一100HP之空氣壓縮機(jī),其搭配之冷凍干燥機(jī)馬力數(shù)不宜超出5HP。然而就本中心人員多年的服務(wù)經(jīng)驗(yàn),在許多案例中由于現(xiàn)場(chǎng)機(jī)臺(tái)操作人員返映有凝結(jié)水自其使用之管線(xiàn)中流出,因此懷疑冷凍干燥機(jī)能力不足,進(jìn)而加裝超過(guò)5%空