一文講透：是什么影響了空壓機(jī)的比功率？

談?wù)摽諌簷C(jī)離不開三大性能參數(shù)：壓力、流量（排氣量）、功率的表現(xiàn)。

“比功率”是我們空壓機(jī)銷售人員通常的銷售俗語，如果在正式的標(biāo)書和空壓機(jī)驗(yàn)收單（或機(jī)器銘牌）上應(yīng)該用標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語：“機(jī)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(shí)候，對(duì)于壓縮空氣系統(tǒng)的選型有九個(gè)步驟，第九步是選擇系統(tǒng)節(jié)能。（見圖2）

空壓機(jī)是壓縮空氣產(chǎn)生的源頭且能耗最大，因此空壓機(jī)的節(jié)能效果決定了客戶使用壓縮空氣時(shí)能否實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)能的美好愿望。

空壓機(jī)的“機(jī)組輸入比功率”值是國家重點(diǎn)工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管內(nèi)容，屬于國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)督的范疇（見圖3）。在空壓機(jī)市場(chǎng)中，無論是標(biāo)書、合同、樣本及機(jī)器銘牌，都必須標(biāo)注“機(jī)組輸入比功率”值且需達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值。

在GB19153-2019 《容積式壓縮機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》規(guī)范了“機(jī)組輸入比功率”這個(gè)術(shù)語。（圖4）

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

計(jì)算公式如下：

空氣壓縮機(jī)機(jī)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系數(shù)：

K14= Tk/293.2 ——式(2)（注：等號(hào)右側(cè)帶根號(hào)）

從標(biāo)準(zhǔn)公式描述，可以看見:

①空壓機(jī)的機(jī)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(shù)；

②要想空壓機(jī)比功率小，那么吸氣溫度低，輸入功率越小越好，容積流量越大越好；

③在標(biāo)準(zhǔn)中，機(jī)組輸入比功率規(guī)定值及能效等級(jí)按規(guī)定工況就是采用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為壓力P=101.325KPa，標(biāo)準(zhǔn)溫度T=20℃，相對(duì)濕度為0%時(shí)的“標(biāo)準(zhǔn)工況”下運(yùn)行測(cè)量值按式(1)計(jì)算結(jié)果。

因此，在空壓機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、銷售和使用驗(yàn)收過程中，我們都以“標(biāo)準(zhǔn)工況”為依據(jù)來標(biāo)定空壓機(jī)的“機(jī)組輸入比功率”。這就是我們看到的樣本宣傳、標(biāo)書方案及機(jī)器銘牌的數(shù)值。

雖然說空壓機(jī)是通用設(shè)備，但由于制造和使用過程的差異，其表現(xiàn)卻不一樣。即使是同一廠家，同一型號(hào)，同一天制造的產(chǎn)品都會(huì)有差異。到底什么因素會(huì)影響到空壓機(jī)的“機(jī)組輸入比功率”呢？見圖5。

1.機(jī)組吸氣溫度的影響

雖然國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定空壓機(jī)的制造和測(cè)試按照“標(biāo)準(zhǔn)工況”（標(biāo)準(zhǔn)溫度T=20℃）。但在實(shí)際使用時(shí)工況不同，空壓機(jī)在不同的客戶現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)也會(huì)不同。首先分析空壓機(jī)的吸氣溫度差異對(duì)空壓機(jī)機(jī)組輸入比功率的影響。

圖6的橫坐標(biāo)為吸氣溫度，紅色曲線為SER。當(dāng)吸氣溫度增加時(shí)，SER曲線也同步增加。

由式(1)和式(2)可以看出，當(dāng)吸氣溫度=20℃時(shí)候（標(biāo)準(zhǔn)工況），K14=1，SER沒有影響。但吸氣溫度≠20℃，則K14≠1，SER值就會(huì)隨吸氣溫度增減而增減。圖7揭示了吸氣溫度為20℃和30℃時(shí)，空壓機(jī)機(jī)組比功率的變化率。

通常將吸氣溫度變化（相比標(biāo)準(zhǔn)工況20℃）分兩種情況：1. 機(jī)房的環(huán)境溫度變化；2. 主機(jī)吸氣口溫度變化。無論是哪種情況，就國內(nèi)空壓機(jī)使用情況來看，特別是長江以南地區(qū)，大多數(shù)時(shí)間空壓機(jī)的吸氣溫度都會(huì)大于20℃。由圖7可以看出，如果在空壓機(jī)的制造（吸氣溫度差值=吸氣口溫度-環(huán)境溫度）和使用（吸氣溫度差值=機(jī)房溫度-環(huán)境溫度）過程中，能夠盡量減少吸氣溫度差值的上升，就可以降低SER值1～5%。

舉例1：某用戶空壓機(jī)房升級(jí)改造（見圖8上圖），空壓機(jī)設(shè)備不變，按空壓機(jī)站規(guī)范將導(dǎo)風(fēng)裝置和換氣系統(tǒng)升級(jí)，使得空壓機(jī)站房溫度降低5℃（假如改造前是40℃）：

機(jī)組比功率吸氣溫度修正系數(shù)變化：

機(jī)組容積流量變化：

qv后/qv前=313.2/308.2=101.6%

空氣壓縮機(jī)機(jī)組比功率（SER）變化：

evc后/evc前=99.2%/101.6%=97.6%

空壓機(jī)的比功率值可以下降2.4%！

舉例2：某品牌空壓機(jī)技術(shù)部在空壓機(jī)性能測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，空濾吸氣口的位置不是在空壓機(jī)的冷風(fēng)區(qū)（見圖8下圖）：吸氣溫度差值（吸氣口溫度-環(huán)境溫度）=5℃，在空壓機(jī)設(shè)計(jì)和零部件不變的情況下，將空濾吸口置于冷風(fēng)區(qū)，可以將空壓機(jī)進(jìn)氣溫度降低5℃（假如改造前是40℃）：

機(jī)組比功率吸氣溫度修正系數(shù)變化，機(jī)組容積流量變化，空氣壓縮機(jī)機(jī)組比功率（SER）變化與可參考舉例1計(jì)算方法和結(jié)果，空壓機(jī)的比功率值同樣可以下降2.4%！

2.機(jī)組容積流量的影響

在《什么因素會(huì)影響到空壓機(jī)的容積流量？》文章中已經(jīng)詳細(xì)介紹了以下三個(gè)因素對(duì)空壓機(jī)機(jī)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(jī)機(jī)組容積流量qv.corr值越大越好！

3.機(jī)組功率的影響

首先，我們先了解機(jī)組功率的構(gòu)成：

從圖10可以看出，電機(jī)功率是影響機(jī)組功率的最大因素，在《軸功率對(duì)噴油螺桿空壓機(jī)節(jié)能影響》中會(huì)從空壓機(jī)主機(jī)（單級(jí)/兩級(jí)）及電機(jī)對(duì)軸功率的影響進(jìn)行闡述，這里不作介紹。本文主要從空壓機(jī)主機(jī)外部的空氣系統(tǒng)闡述對(duì)機(jī)組功率的影響。

1)排氣壓力變化的影響：

同一機(jī)頭相同轉(zhuǎn)數(shù)（流量）下，排氣壓力越高，軸功率越高，機(jī)組功率越高。見圖11，橫坐標(biāo)為排氣壓力，縱坐標(biāo)為軸功率。

如何能在保障用戶使用壓力的條件下降低機(jī)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(jī)的系統(tǒng)圖，見圖12。

舉例3：某品牌空壓機(jī)技術(shù)部在一臺(tái)45.5m3/min/0.8MPa空壓機(jī)性能測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，氣路系統(tǒng)壓力減值為580mbar（見圖13）：

假設(shè)機(jī)組出口壓力0.8MPa，那么主機(jī)排氣壓力則需要0.858MPa。見圖14。

按理論計(jì)算，其主機(jī)軸功率率值由于系統(tǒng)排氣壓力損失為580mbar而將增加4.5%（見圖15）根據(jù)式(1)可以算出，其機(jī)組比功率值同樣增加4.5%。

要想機(jī)組比功率小，其主機(jī)排氣壓力應(yīng)盡量接近機(jī)組排氣壓力才能使得主機(jī)軸功率越小。因此在保障空壓機(jī)性能和安全的情況下，在制造和使用過程中，主機(jī)后的氣路系統(tǒng)壓降越小越好。在制造時(shí)，管路的管徑和長度、油分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選用、最小壓力閥的壓損、冷卻系統(tǒng)的壓損等等都會(huì)影響到軸功率變化。在不能改變空壓機(jī)的制造條件下，機(jī)器的維護(hù)保養(yǎng)就顯得十分重要。如精分和潤滑油的品質(zhì)、定期保養(yǎng)和更換等等。

2)進(jìn)氣壓力變化的影響：

主機(jī)進(jìn)氣壓降越大，氣量和軸功率越小，比功率越大（因?yàn)檩S功率下降斜率比氣量下降?。┮妶D16。

舉例4：某品牌空壓機(jī)技術(shù)部在一臺(tái)45.5m3/min/0.8MPa空壓機(jī)性能測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，主機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)壓力損失為35mbar（見圖17）：

假設(shè)主機(jī)排氣壓力為0.8MPa，按理論計(jì)算，由于進(jìn)氣系統(tǒng)壓力損失35mbar，其主機(jī)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(jù)式(1)可以算出，其機(jī)組比功率值將增加2.3%。

要想機(jī)組比功率小，其主機(jī)進(jìn)氣氣壓損失應(yīng)盡量小。因此在保障空壓機(jī)性能和安全的情況下，在制造和使用時(shí)，主機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)壓降越小越好。在制造時(shí)，機(jī)箱進(jìn)氣開孔、空濾位置、空濾、減荷閥及進(jìn)氣管的設(shè)計(jì)選用都會(huì)影響到進(jìn)氣壓損。在不能改變空壓機(jī)的制造條件下，機(jī)器的維護(hù)保養(yǎng)就顯得十分重要，如空濾器的品質(zhì)、定期維護(hù)和更換等等。

3)風(fēng)扇功率的影響：

水冷機(jī)型只有一個(gè)幾十到幾百瓦的換氣風(fēng)扇，可以無需考慮。但風(fēng)冷機(jī)型的風(fēng)扇必須考慮其風(fēng)量/靜壓/輸入功率/效率/極數(shù)，在保障風(fēng)量/靜壓的情況下，輸入功率越小越好，電機(jī)效率和極數(shù)越大越好（見圖19）。如果風(fēng)扇選用或使用不當(dāng)，也可能會(huì)影響機(jī)組功率0.5～1%。

4)電氣箱功率的影響：

無論水冷還是風(fēng)冷機(jī)型，工頻機(jī)器的電氣箱功率的差異對(duì)機(jī)組影響不大，只需要考慮設(shè)計(jì)合理，制造安全。但是對(duì)于變頻機(jī)型來說，由于變頻器自身消耗輸入功率的5%左右，對(duì)于機(jī)組功率影響就非常大。通常在空壓機(jī)站的設(shè)計(jì)和選購時(shí)，能用工頻空壓機(jī)，就不用變頻空壓機(jī)，變頻空壓機(jī)永遠(yuǎn)是配角。在《壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能誤區(qū)》有詳細(xì)介紹。

舉例5，圖20的綠色曲線是某工廠長期用氣量波動(dòng)情況，用氣量非常穩(wěn)定，此時(shí)如果選用變頻空壓機(jī)就是一種浪費(fèi)。

通過以上影響因素分析，空壓機(jī)組比功率值與進(jìn)氣溫度、機(jī)組容積流量及機(jī)組功率有直接關(guān)系。

①即使是同一檔主機(jī)，由于機(jī)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零部件匹配及主機(jī)的調(diào)校不一樣，其比功率值也會(huì)有差異。比如制造一臺(tái)螺桿空壓機(jī)時(shí)，不同機(jī)箱的結(jié)構(gòu)和大小，其比功率值肯定會(huì)有差異。

②同一品牌/型號(hào)的空壓機(jī)，由于使用環(huán)境和維護(hù)保養(yǎng)的差異，其比功率值也會(huì)有不同。比如空壓機(jī)房的規(guī)范與否（參照GB 50029-2014《壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》），其比功率值肯定不同。

③即使同一臺(tái)空壓機(jī)在使用過程中，由于季節(jié)變化，零部件及易耗品的品質(zhì)差異，維護(hù)及維修機(jī)器的觀念也會(huì)隨時(shí)間推移使得其比功率值變化。比如維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，三濾和油品的品質(zhì)與匹配不一樣，其比功率值肯定不一樣。

機(jī)組輸入比功率不僅是空壓機(jī)的主要性能參數(shù)，也是空壓機(jī)入市和節(jié)能的重要指標(biāo)，并且是國家強(qiáng)制抽檢的項(xiàng)目。因此空壓機(jī)的售前、售中、售后的宣傳、推薦方案、標(biāo)書、合同、機(jī)器銘牌及數(shù)據(jù)資料必須與空壓機(jī)實(shí)際比功率測(cè)試值一致（自檢或送檢）。

因此，在市場(chǎng)上絕大多數(shù)為噴油螺桿空壓機(jī)，其制造標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6430-2014《一般用噴油螺桿空氣壓縮機(jī)》和JB/T 10972-2010《一般用變頻噴油螺桿空氣壓縮機(jī)》中規(guī)定螺桿空壓機(jī)的能效值應(yīng)符合GB19153-2019的規(guī)定：空氣壓縮機(jī)能效限定值應(yīng)不大于3級(jí)（即入市標(biāo)準(zhǔn)），2級(jí)和1級(jí)為節(jié)能。（見圖21）

機(jī)組輸入比功率值得測(cè)定按GB/T 3853-2017《容積式壓縮機(jī)驗(yàn)收試驗(yàn)》規(guī)定。如果經(jīng)過第三方有資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)通過的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)認(rèn)證或機(jī)器送檢檢測(cè)認(rèn)證，可以通過中國能效標(biāo)識(shí)網(wǎng)查詢（見圖22）或證書證明。

因此深入了解“什么因素會(huì)影響空壓機(jī)的比功率”，不僅可以在空壓機(jī)制造過程中揚(yáng)長避短，盡可能將空壓機(jī)的比功率值降低，而且還可以在激烈的市場(chǎng)競爭中占得先機(jī)。