阿肯色州空压车间上方结构异常

【压缩机网】“我认为我的空压机生产的空气质量达不到我预期，尤其是3号空压机。”

这是阿肯色州一家工厂的维护经理在他的办公室里告诉我们的。 我们花了一上午的时间在他的压缩空气系统上安装数据记录设备。

时值初夏，空压机位于生产车间的夹层，室外和室内的温度都在升高。 压缩空气系统由三台500马力离心式空压机和一台350马力无油变频单螺杆空压机组成。

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所有空气压缩机进气口均位于内部，因此夹层中的环境空气（而不是外部空气）被压缩。 理论上正常运行是两台离心压缩机基本负载，一台备用，然后单螺杆变频压缩机作为备用。 但通常所有四台空气压缩机都必须运行才能满足工厂需求，从而导致压缩空气系统没有备份。

那天早上，在安装电子监控设备和变压器/质量流量计时，我们注意到夹层非常热。 设置完设备后，我们休息了一会儿吃午饭，然后返回工厂与工厂工作人员会面讨论问题并检查我们的设备以确保一切正常后再出发。 检查测量设备时，还应读取每台空气压缩机入口处的环境温度。 今天阿肯色州的气温超过32°C，正是检查空压机入口温度的好时机。

原来入口处的温度很高啊！

正如一开始提到的，两台离心压缩机（3号、4​​号压缩机）和一台变频单螺杆压缩机（1号压缩机）一起放置在生产车间正上方夹层结构的一端。 第三台离心式空气压缩机（4号压缩机）放置在维修车间上方的一个单独房间内，与其他三台压缩机处于同一水平面，但这个房间的温度稍低。 入口环境温度记录如下：

1号压缩机：43.9℃；

2号压缩机：43.3℃；

3号压缩机：48.3℃；

4号压缩机：41.7℃。

显然，环境温度对空压机的性能影响巨大，成为审计报告的重点之一。 评估空气压缩机性能的另一个因素是工作压力。 原规格要求排气压力为758.4kPa，但设备压力维持在813.6kPa，这也对空压机的输出产生了负面影响。

理论上，两台离心式压缩机将在大多数时间提供所有所需的空气，而单螺杆压缩机将在需求最高的时期偶尔启动（顺便说一句，这是最佳使用的设计）。

然而，当外面很热时，单螺杆压缩机几乎需要一直运行，并且通常还需要第三台离心机。 因此，我们开始研究系统使用了多少空气以及空气压缩机的运行情况。

那么，由于环境温度高、排气压力增大，空压机的性能会下降多少呢？

图1中的曲线显示了空气压缩机在进口温度为35℃、排气压力为758.4kPa时的性能：

4条曲线分别代表不同叶片进口导流角下的工作曲线。 红色曲线是进水阀100%开度（0度且不节流）时的流量曲线。 在此工况下，空压机的额定最大流量为65.5m3/min。 这是用于初始确定空气压缩机尺寸并计算其负载的曲线。

图2为同一空压机在进口温度48.3℃、排气压力758.4kPa时的曲线：

请注意，曲线全部向左移动（给定压力下流量较低）。 在758.4kPa的压力下，最大流量从65.5m3/min下降到59.2m3/min，损失近10%。

但制造商正在以高于 758.4kPa 的压力运行空气压缩机。 图3是针对实际排气压力813.6kPa调整后的曲线。

如图所示，流量已降低至57.4m3/min，与设定值相比损失了近8.5m3/min。 同样糟糕的是，冲击压力增大了，工作压力与冲击压力之间的压差由原来的193kPa减小到了68.9kPa。 这使得空气压缩机几乎没有调节的空间（调节是离心式空气压缩机通过进气阀节流可以实现的部分负载操作的百分比）。 这给压缩空气系统的操作带来了进一步的困难。

驱动电机保护——影响性能的另一个因素

离心式空气压缩机具有保护驱动电机的安全功能。 随着线圈绕组温度的升高，电机消耗的电流将减少。 如果环境温度超过电机铭牌安培温度额定值beat365，控制器将限制导叶位置以获得最大进气量，以防止电机过载。 这进一步降低了最大流量，并且还允许操作压力升至喘振点。

经过收集分析数据发现，3号空压机的控制方式实际上是启停控制，从启动点到停止点的增量仅为20.7kPa。 3号空压机大部分时间处于空载状态，而2号和4号空压机满负荷运行，单螺杆压缩机作为备用。

那么为什么不在运行最短空载时间后卸载并关闭3号空压机呢？

部分问题在于保护电机的内置安全功能。 在这种情况下，安全功能使其只能运行最短的时间，大型电动机的大部分磨损发生在启动过程中。 浪涌电流产生的热量需要散发，直到电机温度达到正常工作温度水平，然后电机才会关闭。 电机关闭后，需要进一步冷却，以便下次启动时不会出现温度峰值。

此时，由于环境温度较高，3号空压机需要较长时间空载运行。 在“冷却”状态下空载运行时，压力的轻微下降就会导致其负载增加。 当系统流量突然变为56m3/min时，会立即导致压力升至20.7kPa以上。 此时3号空压机将卸载。 这将使压缩机在无负载的情况下运行更长时间。

此类事件经常发生，导致空压机几乎没有停机机会，始终空载运行。 当装置关闭时，装置压力再次小幅下降后不久就会重新启动。

提高空气压缩机性能的纠正措施

显然，在这种情况下，最有效的措施就是降低压缩机进口温度。 还必须降低电机的温度，以增加电机的可靠性并进一步提高性能。 另一个建议是将空压机排气压力降低至生产设备运行所需的最低压力。

第一个建议是在厂房外部安装一个进风口，然后将外部空气直接输送到空压机入口过滤器。 虽然阿肯色州夏季气温经常超过32℃，但这个温度远低于上述测得的43.3℃入口温度。 这样做将使空气压缩机的输出能力增加10%。

下一个建议是通过增加空气压缩机区域的通风来降低该区域的温度。 由于在压缩机区域增加空调管道不是一个可行的选择，因此建议采用强制通风措施，从厂外增加压缩机区域的通风量，以实现冷却。

适当增加压缩机区域的空气流通量，可以使电机周围的温度降低9～12℃，从而降低电机的工作温度，并使控制器的进气无法节流，以保护驱动电机。 这将使流量增加几个百分点，使空气压缩机的运行更接近理论流量曲线。 它还会产生更大的压力上升，使设备在卸载前具有更好的调节能力。

不要忽视环境温度

该案例研究说明了入口空气温度和环境温度对离心式空气压缩机性能的影响有多大。 设计压缩空气系统时，您不仅需要了解生产设备的压力和流量要求，还需要了解设备的运行条件。 用户、系统设计人员和设备供应商之间的沟通对于确保系统正常运行至关重要。

最终目标始终是设计、安装和操作压缩空气系统，满足用户的流量和压力要求，便于维护或更换，并最大限度地提高可靠性。 在设计此类系统时，环境温度常常被忽视，但却至关重要。