一文講透：是什麼影響了空壓機的比功率？

作者：由中國壓縮機網發表于書法時間：2023-01-23

談論空壓機離不開三大效能引數：壓力、流量（排氣量）、功率的表現。

一、空壓機的比功率定義

“比功率”是我們空壓機銷售人員通常的銷售俗語，如果在正式的標書和空壓機驗收單（或機器銘牌）上應該用標準的術語：“機組輸入比功率”，簡稱：SER。（見圖1）

在客戶需要使用壓縮空氣的時候，對於壓縮空氣系統的選型有九個步驟，第九步是選擇系統節能。（見圖2）

空壓機是壓縮空氣產生的源頭且能耗最大，因此空壓機的節能效果決定了客戶使用壓縮空氣時能否實現對節能的美好願望

空壓機的“機組輸入比功率”值是國家重點工業產品質量安全監管內容，屬於國家強制標準和監督的範疇（見圖3）。在空壓機市場中，無論是標書、合同、樣本及機器銘牌，都必須標註“機組輸入比功率”值且需達到標準值。

在GB19153-2019 《容積式壓縮機能效限定值及能效等級》規範了“機組輸入比功率”這個術語。（圖4）

“機組輸入比功率”在規定工況下，空壓機組的輸入功率與空壓機實際容積流量之比值，單位為千瓦分每立方米［kW／（m3／min）］。

計算公式如下：

空氣壓縮機機組比功率（SER）：

evc（kW/（m3/min））=K14*Pcorr/qv。corr——式（1）

組比功率吸氣溫度修正係數：

K14= Tk/293。2 ——式（2）（注：等號右側帶根號）

從標準公式描述，可以看見：

①空壓機的機組吸氣溫度，功率和容積流量是決定比功率大還是小的主要因數；

②要想空壓機比功率小，那麼吸氣溫度低，輸入功率越小越好，容積流量越大越好；

③在標準中，機組輸入比功率規定值及能效等級按規定工況就是採用標準狀態為壓力P=101。325KPa，標準溫度T=20℃，相對溼度為0%時的“標準工況”下執行測量值按式（1）計算結果。

因此，在空壓機的設計、製造、銷售和使用驗收過程中，我們都以“標準工況”為依據來標定空壓機的“機組輸入比功率”。這就是我們看到的樣本宣傳、標書方案及機器銘牌的數值。

雖然說空壓機是通用裝置，但由於製造和使用過程的差異，其表現卻不一樣。即使是同一廠家，同一型號，同一天製造的產品都會有差異。到底什麼因素會影響到空壓機的“機組輸入比功率”呢？見圖5。

二、什麼因素會影響到空壓機的機組輸入比功率？

1.機組吸氣溫度的影響

雖然國家標準規定空壓機的製造和測試按照“標準工況”（標準溫度T=20℃）。但在實際使用時工況不同，空壓機在不同的客戶現場表現也會不同。首先分析空壓機的吸氣溫度差異對空壓機機組輸入比功率的影響。

圖6的橫座標為吸氣溫度，紅色曲線為SER。當吸氣溫度增加時，SER曲線也同步增加。

由式（1）和式（2）可以看出，當吸氣溫度=20℃時候（標準工況），K14=1，SER沒有影響。但吸氣溫度≠20℃，則K14≠1，SER值就會隨吸氣溫度增減而增減。圖7揭示了吸氣溫度為20℃和30℃時，空壓機機組比功率的變化率。

通常將吸氣溫度變化（相比標準工況20℃）分兩種情況：1。機房的環境溫度變化；2。主機吸氣口溫度變化。無論是哪種情況，就國內空壓機使用情況來看，特別是長江以南地區，大多數時間空壓機的吸氣溫度都會大於20℃。由圖7可以看出，如果在空壓機的製造（吸氣溫度差值=吸氣口溫度-環境溫度）和使用（吸氣溫度差值=機房溫度-環境溫度）過程中，能夠儘量減少吸氣溫度差值的上升，就可以降低SER值1～5%。

舉例1：某使用者空壓機房升級改造（見圖8上圖），空壓機裝置不變，按空壓機站規範將導風裝置和換氣系統升級，使得空壓機站房溫度降低5℃（假如改造前是40℃）：

機組比功率吸氣溫度修正係數變化：

機組容積流量變化：

qv後/qv前=313。2/308。2=101。6%

空氣壓縮機機組比功率（SER）變化：

evc後/evc前=99。2%/101。6%=97。6%

空壓機的比功率值可以下降2。4%！

舉例2：某品牌空壓機技術部在空壓機效能測試時發現，空濾吸氣口的位置不是在空壓機的冷風區（見圖8下圖）：吸氣溫度差值（吸氣口溫度-環境溫度）=5℃，在空壓機設計和零部件不變的情況下，將空濾吸口置於冷風區，可以將空壓機進氣溫度降低5℃（假如改造前是40℃）：

機組比功率吸氣溫度修正係數變化，機組容積流量變化，空氣壓縮機機組比功率（SER）變化與可參考舉例1計算方法和結果，空壓機的比功率值同樣可以下降2。4%！

2.機組容積流量的影響

在《什麼因素會影響到空壓機的容積流量？》文章中已經詳細介紹了以下三個因素對空壓機機組容積流量的影響（見圖9），在本文就不再熬述了。由式（1）可以看出，我們希望空壓機機組容積流量qv。corr值越大越好！

3.機組功率的影響

首先，我們先了解機組功率的構成：

從圖10可以看出，電機功率是影響機組功率的最大因素，在《軸功率對噴油螺桿空壓機節能影響》中會從空壓機主機（單級/兩級）及電機對軸功率的影響進行闡述，這裡不作介紹。本文主要從空壓機主機外部的空氣系統闡述對機組功率的影響。

1）排氣壓力變化的影響

同一機頭相同轉數（流量）下，排氣壓力越高，軸功率越高，機組功率越高。見圖11，橫座標為排氣壓力，縱座標為軸功率。

如何能在保障使用者使用壓力的條件下降低機頭的排氣壓力從而減少軸功率呢？我們來看看下面某螺桿空壓機的系統圖，見圖12。

舉例3：某品牌空壓機技術部在一臺45。5m3/min/0。8MPa空壓機效能測試時發現，氣路系統壓力減值為580mbar（見圖13）：

假設機組出口壓力0。8MPa，那麼主機排氣壓力則需要0。858MPa。見圖14。

按理論計算，其主機軸功率率值由於系統排氣壓力損失為580mbar而將增加4。5%（見圖15）根據式（1）可以算出，其機組比功率值同樣增加4。5%。

要想機組比功率小，其主機排氣壓力應儘量接近機組排氣壓力才能使得主機軸功率越小。因此在保障空壓機效能和安全的情況下，在製造和使用過程中，主機後的氣路系統壓降越小越好。在製造時，管路的管徑和長度、油分系統的設計和選用、最小壓力閥的壓損、冷卻系統的壓損等等都會影響到軸功率變化。在不能改變空壓機的製造條件下，機器的維護保養就顯得十分重要。如精分和潤滑油的品質、定期保養和更換等等。

2）進氣壓力變化的影響：

主機進氣壓降越大，氣量和軸功率越小，比功率越大（因為軸功率下降斜率比氣量下降小）見圖16。

舉例4：某品牌空壓機技術部在一臺45。5m3/min/0。8MPa空壓機效能測試時發現，主機進氣系統壓力損失為35mbar（見圖17）：

假設主機排氣壓力為0。8MPa，按理論計算，由於進氣系統壓力損失35mbar，其主機軸功率值將降低1。3%（見圖18上圖），其容積流量值降低3。5%（見圖18下圖），根據式（1）可以算出，其機組比功率值將增加2。3%。

要想機組比功率小，其主機進氣氣壓損失應儘量小。因此在保障空壓機效能和安全的情況下，在製造和使用時，主機的進氣系統壓降越小越好。在製造時，機箱進氣開孔、空濾位置、空濾、減荷閥及進氣管的設計選用都會影響到進氣壓損。在不能改變空壓機的製造條件下，機器的維護保養就顯得十分重要，如空濾器的品質、定期維護和更換等等。

3）風扇功率的影響：

水冷機型只有一個幾十到幾百瓦的換氣風扇，可以無需考慮。但風冷機型的風扇必須考慮其風量/靜壓/輸入功率/效率/極數，在保障風量/靜壓的情況下，輸入功率越小越好，電機效率和極數越大越好（見圖19）。如果風扇選用或使用不當，也可能會影響機組功率0。5～1%。

4）電氣箱功率的影響：

無論水冷還是風冷機型，工頻機器的電氣箱功率的差異對機組影響不大，只需要考慮設計合理，製造安全。但是對於變頻機型來說，由於變頻器自身消耗輸入功率的5%左右，對於機組功率影響就非常大。通常在空壓機站的設計和選購時，能用工頻空壓機，就不用變頻空壓機，變頻空壓機永遠是配角。在《壓縮空氣系統的節能誤區》有詳細介紹。

舉例5，圖20的綠色曲線是某工廠長期用氣量波動情況，用氣量非常穩定，此時如果選用變頻空壓機就是一種浪費。

透過以上影響因素分析，空壓機組比功率值與進氣溫度、機組容積流量及機組功率有直接關係。

①即使是同一檔主機，由於機器結構設計、零部件匹配及主機的調校不一樣，其比功率值也會有差異。比如製造一臺螺桿空壓機時，不同機箱的結構和大小，其比功率值肯定會有差異。

②同一品牌/型號的空壓機，由於使用環境和維護保養的差異，其比功率值也會有不同。比如空壓機房的規範與否（參照GB 50029-2014《壓縮空氣站設計規範》），其比功率值肯定不同。

③即使同一臺空壓機在使用過程中，由於季節變化，零部件及易耗品的品質差異，維護及維修機器的觀念也會隨時間推移使得其比功率值變化。比如維護保養時，三濾和油品的品質與匹配不一樣，其比功率值肯定不一樣。

三、空壓機的比功率值標定規定和查詢

機組輸入比功率不僅是空壓機的主要效能引數，也是空壓機入市和節能的重要指標，並且是國家強制抽檢的專案。因此空壓機的售前、售中、售後的宣傳、推薦方案、標書、合同、機器銘牌及資料資料必須與空壓機實際比功率測試值一致（自檢或送檢）。

因此，在市場上絕大多數為噴油螺桿空壓機，其製造標準JB/T 6430-2014《一般用噴油螺桿空氣壓縮機》和JB/T 10972-2010《一般用變頻噴油螺桿空氣壓縮機》中規定螺桿空壓機的能效值應符合GB19153-2019的規定：空氣壓縮機能效限定值應不大於3級（即入市標準），2級和1級為節能。（見圖21）