CN105090003B - 空压机功效仪及其功效计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于节能减排技术领域，涉及空压机检测，尤其是涉及一种空压机功效仪及其功效计算方法。它解决了现有技术设计不够合理等技术问题。本功效仪包括温度传感器、压力传感器和流量传感器，所述的温度传感器、压力传感器和流量传感器分别与用于计算空压机功效的中央处理器相连，所述的中央处理器上连接有用于输入参数的输入装置。本空压机功效仪及其功效计算方法的优点在于：设计合理，结构简单，能够方便、快速、直观地获得空压机的功效，以便于及时对空压机进行调整，从而有效节约能耗，使空压机处于最佳工作状态。

Description

空压机功效仪及其功效计算方法

技术领域

本发明属于节能减排技术领域，涉及空压机检测，尤其是涉及一种空压机功效仪及其功效计算方法。

背景技术

空压机的种类很多，按工作原理可分为容积式压缩机，速度式压缩机。容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力；速度式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。

理论上，空压机在标准工况下工作时其做功效率(即功效)是恒定的，即为额定功效，无需进行实时监测。然而，由于电网电压、现场工况、零部件工作时间等各种因素的存在，空压机的功效一般是无法达到额定功效而产生偏离。而一旦空压机工作在非额定功效状态时，就存在能效低下而导致能源浪费等技术问题。为此，人们进行了长期的探索，提出了各种各样的解决方案。然而。目前缺乏能够直接用于测量功效的装置。功率计是一种常见的测量功率的装置，然而功率计通常用于测量电路的功率，无法将其应用至空压机的功率检测，更不能直接检测出功效。

为了提高空压机的工作效率，降低能源损耗，人们提出了各种技术改进。中国专利文献公开了一种空压机功率补偿装置[申请号：201120464335.0]，包括与电机相连接的输出口和与电源相连接的输入口，其特征在于：所述输出口与输入口之间设置有控制装置，所述控制装置包括处理器和与该处理器相连接并受该处理器控制的可控整流电路。上述方案虽然在一定程度上降低了能源损耗，提高了空压机的工作效率，但是仍然存在着无法直观地了解功效状况，难以方便迅速地发现和排除故障等技术问题。而空压机的功效值具有重要意义,直接反映主机的能耗水平,对压缩机系统的能耗起决定作用。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，结构简单，能够方便直观地获得空压机功效的空压机功效仪。

本发明还有一目的是提供一种易于实施，计算简便的空压机功效计算方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本空压机功效仪，空压机包括压缩机主机，在压缩机主机上连接有输入管路、输出管路和主机电动机，在输入管路上设有空气滤芯，在输出管路上设有冷却器，其特征在于，本功效仪包括温度传感器、压力传感器和流量传感器，所述的温度传感器、压力传感器和流量传感器分别与用于计算空压机功效的中央处理器相连，所述的中央处理器上连接有用于输入参数的输入装置。

在上述的空压机功效仪中，所述的中央处理器上还连接有用于测量主机电动机输入电流的电流传感器和用于测量主机电动机输入电压的电压传感器。

在上述的空压机功效仪中，所述的参数包括空气比热比K、压缩机主机形式常数C、级前压力损失系数η₄、级后压力损失系数η₅、绝热效率η₁、电动机效率η₂、压缩机组的传动效率η₃中的任意一种或多种。

在上述的空压机功效仪中，所述的温度传感器、压力传感器和流量传感器设置在筒状体上，所述的筒状体可拆卸地串接在输入管路和/或输出管路上。

在上述的空压机功效仪中，所述的筒状体的侧部设有与筒状体贯通的采样通道，在采样通道上通过可拆卸结构固定有封盖，所述的温度传感器、压力传感器和流量传感器分别可拆卸地安装在封盖上。

在上述的空压机功效仪中，所述的温度传感器、压力传感器和流量传感器分别固定在套杆上，且各套杆穿设在封盖上，所述的压力传感器、温度传感器和流量传感器的套杆长度依次变长且流量传感器的套杆内端部位于筒状体的中轴线上。

在上述的空压机功效仪中，所述的筒状体的两端分别设有法兰盘，所述的法兰盘与输入管路或输出管路串联。

在上述的空压机功效仪中，所述的输入装置包括若干按键和至少一个显示屏。

一种采用上述空压机功效仪的空压机功效计算方法，其特征在于，空压机功效仪的中央处理器采用下述方式判断功效：

E_工况＝fη₁，η₂，η₃，η₄，η₅；

式中E_工况即空压机功效值,直接反映压缩机主机的能耗水平,其中级前压力损失系数η₄、级后压力损失系数η₅、绝热效率η₁、电动机效率η₂、压缩机组的传动效率η₃；E_工况空压机功效值无限接近1时，说明空压机的功效水平高，越节能；当偏离1的幅度越大，则说明空压机功效水平越低，越耗能。

在上述的空压机功效计算方法中，

N_工况＝f(Pa,k,Pd,qv) 式①；

N_输入＝f(I,U,COSφ) 式②；

E_工况＝N_输入/N_工况 式③；

式①②③中：

N_工况为在一定的排气压力下，产气量qv需要的理想工况功率，单位为Kw；

N_输入为在一定的排气压力下，产气量qv需要的输入功率，单位为Kw；

E_工况为在一定的排气工况压力、单位产气量下，空压机的功效值；

式①中：Pa为压缩机主机进气压力，单位为MPa；Pd为压缩机主机排气压力，单位为MPa；K为空气比热比且K＝1.4；qv为压缩机主机的排气量，单位为m³/min；

N_绝为绝热压缩功率式④；

其中C为压缩机主机形式常数；ε₁为压缩机主机压缩比；

${\mathrm{\ϵ}}_1=\frac{P_2}{P_1}=\frac{P_d+{\mathrm{\ΔP}}_2}{P_a-{\mathrm{\ΔP}}_1}$

其中，P1为级后压缩机主机进气压力，单位为MPa；P2为级前压缩机主机出气压力，单位为MPa，空压机在理想状态下，级前和级后都不存在压差，即Pa＝P1，Pd＝P2，ΔP₁＝0，ΔP₂＝0；其中ε₁＝P2/P1＝Pd/Pa；

由式④得出，

式⑤；

当级前和级后存在压差的时候，即Pa不等于P1，Pd不等于P2,ΔP₁和ΔP₂也都不等于0，因级前和级后都存在压力损失，则

N_工况＝f(Pa,Pd,qv) 式⑥；

由式⑤⑥得出。

N_绝＝N_工况xf(η₄，η₅)＝f(Pa,Pd,qv)xf(η₄，η₅) 式⑦；

η₄为级前压力损失系数，η₅为级后压力损失系数；

因N_轴＝N_绝/η₁ 式⑧；

N_轴为主机电动机功率；η₁为绝热效率；

当压缩机主机结构、运行工况条件一定时，压缩机主机的绝热效率是一个稳定值，当知道压缩机主机的绝热效率时,可以确定主机电动机功率，主机电动机功率跟η₁主机绝热效率有关；

由式⑥和式⑦得出

N_轴＝f(Pa,Pd,qv)xf(η₁，η₄，η₅) 式⑨；

式②

I为压缩机主机输入电流，单位A；

U为压缩机主机输入电压，单位V；

COSφ为功率因素；

N_输入即主机电动机的输入功率式⑩；

η₂为主机电动机效率；η₃为压缩机组的传动效率；

由式③，式⑨，式⑩得出

E_工况＝N_输入/N_工况＝f(Pa,Pd,qv)xf)(η₄，η₅，η₁，η₂，η₃）；

当进排气压力和产气量一定时，E_工况只跟η₁，η₂，η₃，η₄，η₅有关；即E_工况＝fη₁，η₂，η₃，η₄，η₅；E_工况即空压机的功效值。

与现有的技术相比，本空压机功效仪及其功效计算方法的优点在于：设计合理，结构简单，能够方便、快速、直观地获得空压机的功效，以便于及时对空压机进行调整，从而有效节约能耗，使空压机处于最佳工作状态。

附图说明

图1是本发明提供的框架图。

图2是本发明提供的部分结构剖视结构示意图。

图3是本发明提供的部分结构侧视结构示意图。

图中，压缩机主机1、输入管路2、输出管路3、主机电动机4、空气滤芯5、冷却器6、温度传感器7、压力传感器8、流量传感器9、中央处理器10、输入装置11、电流传感器13、电压传感器14、空气比热比K、压缩机主机形式常数C、级前压力损失系数η₄、级后压力损失系数η₅、绝热效率η₁、电动机效率η₂、压缩机组的传动效率η₃、筒状体15、采样通道16、封盖17、套杆18、法兰盘19、按键20、显示屏21、级后压缩机主机进气压力P1、级前压缩机主机出气压力P2。

具体实施方式

如图1-3所示，空压机包括压缩机主机1，在压缩机主机1上连接有输入管路2、输出管路3和主机电动机4，在输入管路2上设有空气滤芯5，在输出管路3上设有冷却器6。本空压机功效仪包括温度传感器7、压力传感器8和流量传感器9，所述的温度传感器7、压力传感器8和流量传感器9分别与用于计算空压机功效的中央处理器10相连，所述的中央处理器10上连接有用于输入参数的输入装置11。输入装置11包括若干按键20和至少一个显示屏21。中央处理器10上还连接有用于测量主机电动机4输入电流的电流传感器13和用于测量主机电动机4输入电压的电压传感器14。参数包括空气比热比K、压缩机主机形式常数C、级前压力损失系数η₄、级后压力损失系数η₅、绝热效率η₁、电动机效率η₂、压缩机组的传动效率η₃中的任意一种或多种。

温度传感器7、压力传感器8和流量传感器9设置在筒状体15上，所述的筒状体15可拆卸地串接在输入管路2和/或输出管路3上。筒状体15的侧部设有与筒状体15贯通的采样通道16，在采样通道16上通过可拆卸结构固定有封盖17，所述的温度传感器7、压力传感器8和流量传感器9分别可拆卸地安装在封盖17上。温度传感器7、压力传感器8和流量传感器9分别固定在套杆18上，且各套杆穿设在封盖17上，所述的压力传感器8、温度传感器7和流量传感器9的套杆18长度依次变长且流量传感器9的套杆18内端部位于筒状体15的中轴线上。筒状体15的两端分别设有法兰盘19，所述的法兰盘19与输入管路2或输出管路3串联。

采用上述空压机功效仪的空压机功效计算方法，其特征在于，空压机功效仪的中央处理器采用下述方式判断功效：

E_工况＝fη₁，η₂，η₃，η₄，η₅；

式中E_工况即空压机功效值,直接反映压缩机主机的能耗水平,其中级前压力损失系数η₄、级后压力损失系数η₅、绝热效率η₁、电动机效率η₂、压缩机组的传动效率η₃；E_工况空压机功效值无限接近1时，说明空压机的功效水平高，越节能；当偏离1的幅度越大，则说明空压机功效水平越低，越耗能。

N_工况＝f(Pa,k,Pd,qv) 式①；

N_输入＝f(I,U,COSφ) 式②；

E_工况＝N_输入/N_工况 式③；

式①②③中：

N_工况为在一定的排气压力下，产气量qv需要的理想工况功率，单位为Kw；

N_输入为在一定的排气压力下，产气量qv需要的输入功率，单位为Kw；

E_工况为在一定的排气工况压力、单位产气量下，空压机的功效值；

式①中：Pa为压缩机主机进气压力，单位为MPa；Pd为压缩机主机排气压力，单位为MPa；K为空气比热比且K＝1.4；qv为压缩机主机的排气量，单位为m³/min；

N_绝为绝热压缩功率式④；

其中C为压缩机主机形式常数；ε₁为压缩机主机压缩比；

${\mathrm{\ϵ}}_1=\frac{P_2}{P_1}=\frac{P_d+{\mathrm{\ΔP}}_2}{P_a-{\mathrm{\ΔP}}_1}$

其中，P1为级后压缩机主机进气压力，单位为MPa；P2为级前压缩机主机出气压力，单位为MPa，空压机在理想状态下，级前和级后都不存在压差，即Pa＝P1，Pd＝P2，ΔP₁＝0，ΔP₂＝0；其中ε₁＝P2/P1＝Pd/Pa；

由式④得出，

式⑤；

当级前和级后存在压差的时候，即Pa不等于P1，Pd不等于P2,和也都不等于0，因级前和级后都存在压力损失，则

N_工况＝f(Pa,Pd,qv) 式⑥；

由式⑤⑥得出。

N_绝＝N_工况xf(η₄，η₅)＝f(Pa,Pd,qv)xf(η₄，η₅) 式⑦；

η₄为级前压力损失系数，η₅为级后压力损失系数；

因N_轴＝N_绝/η₁ 式⑧；

N_轴为主机电动机功率；η₁为绝热效率；

当压缩机主机结构、运行工况条件一定时，压缩机主机的绝热效率是一个稳定值，当知道压缩机主机的绝热效率时,可以确定主机电动机功率，主机电动机功率跟η₁主机绝热效率有关；

由式⑥和式⑦得出

N_轴＝f(Pa,Pd,qv)xf(η₁，η₄，η₅) 式⑨；

式②

I为压缩机主机输入电流，单位A；

U为压缩机主机输入电压，单位V；

COSφ为功率因素；

N_输入即主机电动机的输入功率式⑩；

η₂为主机电动机效率；η₃为压缩机组的传动效率；

由式③，式⑨，式⑩得出

E_工况＝N_输入/N_工况＝f(Pa,Pd,qv)xf(η₄，η₅，η1，η₂，η₃)；

当进排气压力和产气量一定时，E_工况只跟η₁，η₂，η₃，η₄，η₅有关；即E_工况＝fη₁，η₂，η₃，η₄，η₅；E_工况即空压机的功效值。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了压缩机主机1、输入管路2、输出管路3、主机电动机4、空气滤芯5、冷却器6、温度传感器7、压力传感器8、流量传感器9、中央处理器10、输入装置11、电流传感器13、电压传感器14、空气比热比K、压缩机主机形式常数C、级前压力损失系数η₄、级后压力损失系数η₅、绝热效率η₁、电动机效率η₂、压缩机组的传动效率η₃、筒状体15、采样通道16、封盖17、套杆18、法兰盘19、按键20、显示屏21、级后压缩机主机进气压力P1、级前压缩机主机出气压力P2等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种空压机功效仪，空压机包括压缩机主机(1)，在压缩机主机(1)上连接有输入管路(2)、输出管路(3)和主机电动机(4)，在输入管路(2)上设有空气滤芯(5)，在输出管路(3)上设有冷却器(6)，其特征在于，本功效仪包括温度传感器(7)、压力传感器(8)和流量传感器(9)，所述的温度传感器(7)、压力传感器(8)和流量传感器(9)分别与用于计算空压机功效的中央处理器(10)相连，所述的中央处理器(10)上连接有用于输入参数的输入装置(11)；所述的中央处理器(10)上还连接有用于测量主机电动机(4)输入电流的电流传感器(13)和用于测量主机电动机(4)输入电压的电压传感器(14)；所述的参数包括空气比热比(K)、压缩机主机形式常数(C)、级前压力损失系数(η₄)、级后压力损失系数(η₅)、绝热效率(η₁)、电动机效率(η₂)、压缩机组的传动效率(η₃)中的任意一种或多种。

2.根据权利要求1所述的空压机功效仪，其特征在于，所述的温度传感器(7)、压力传感器(8)和流量传感器(9)设置在筒状体(15)上，所述的筒状体(15)可拆卸地串接在输入管路(2)和/或输出管路(3)上。

3.根据权利要求2所述的空压机功效仪，其特征在于，所述的筒状体(15)的侧部设有与筒状体(15)贯通的采样通道(16)，在采样通道(16)上通过可拆卸结构固定有封盖(17)，所述的温度传感器(7)、压力传感器(8)和流量传感器(9)分别可拆卸地安装在封盖(17)上。

4.根据权利要求3所述的空压机功效仪，其特征在于，所述的温度传感器(7)、压力传感器(8)和流量传感器(9)分别固定在套杆(18)上，且各套杆穿设在封盖(17)上，所述的压力传感器(8)、温度传感器(7)和流量传感器(9)的套杆(18)长度依次变长且流量传感器(9)的套杆(18)内端部位于筒状体(15)的中轴线上。

5.根据权利要求3所述的空压机功效仪，其特征在于，所述的筒状体(15)的两端分别设有法兰盘(19)，所述的法兰盘(19)与输入管路(2)或输出管路(3)串联。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的空压机功效仪，其特征在于，所述的输入装置(11)包括若干按键(20)和至少一个显示屏(21)。

7.一种采用权利要求1-6中任意一项所述的空压机功效仪的空压机功效计算方法，其特征在于，空压机功效仪的中央处理器(10)采用下述方式判断功效：

E_工况＝f(η₁，η₂，η₃，η₄，η₅)；

式中E_工况即空压机功效值,直接反映压缩机主机的能耗水平,其中级前压力损失系数η₄、级后压力损失系数η₅、绝热效率η₁、电动机效率η₂、压缩机组的传动效率η₃；E_工况空压机功效值无限接近1时，说明空压机的功效水平高，越节能；当偏离1的幅度越大，则说明空压机功效水平越低，越耗能。

8.根据权利要求7所述的空压机功效计算方法，其特征在于，N_工况＝f(Pa,k,Pd,qv)式①；

N_输入＝f(I,U,COSφ) 式②；

E_工况＝N_输入/N_工况 式③；

式①②③中：

N_工况为在一定的排气压力下，产气量qv需要的理想工况功率，单位为Kw；

N_输入为在一定的排气压力下，产气量qv需要的输入功率，单位为Kw；

E_工况为在一定的排气工况压力、单位产气量下，空压机的功效值；

式①中：Pa为压缩机主机进气压力，单位为MPa；Pd为压缩机主机排气压力，单位为MPa；K为空气比热比且K＝1.4；qv为压 缩机主机的排气量，单位为m³/min；

N_绝为绝热压缩功率 式④；

其中C为压缩机主机形式常数；ε₁为压缩机主机压缩比；

其中，P1为级后压缩机主机进气压力，单位为MPa；P2为级前压缩机主机出气压力，单位为MPa，空压机在理想状态下，级前和级后都不存在压差，即Pa＝P1，Pd＝P2，P₁＝0，P₂＝0；其中ε₁＝P2/P1＝Pd/Pa；

由式④得出，

式⑤；

当级前和级后存在压差的时候，即Pa不等于P1，Pd不等于P2,P₁和P₂也都不等于0，因级前和级后都存在压力损失，则

N_工况＝f(Pa,Pd,qv) 式⑥；

由式⑤⑥得出，

N_绝＝N_工况x f(η₄,η₅)＝f(Pa,Pd,qv)x f(η₄,η₅) 式⑦；

η₄为级前压力损失系数，η₅为级后压力损失系数；

因N_轴＝N_绝/η₁ 式⑧；

N_轴为主机电动机功率；η₁为绝热效率；

当压缩机主机结构、运行工况条件一定时，压缩机主机的绝热效率是一个稳定值，当知道压缩机主机的绝热效率时,可以确定主机电动机功率，主机电动机功率跟η₁主机绝热效率有关；

由式⑥和式⑦得出

N_轴＝f(Pa,Pd,qv)x f(η₁，η₄,η₅) 式⑨；

式②

I为压缩机主机输入电流，单位A；

U为压缩机主机输入电压，单位V；

COSφ为功率因素；

N_输入即主机电动机的输入功率 式⑩；

η₂为主机电动机效率；η₃为压缩机组的传动效率；

由式③，式⑨，式⑩得出

E_工况＝N_输入/N_工况＝f(Pa,Pd,qv)x f(η₄，η₅，η₁，η₂，η₃)；

当进排气压力和产气量一定时，E_工况只跟η₁,η₂,η₃,η₄,η₅有关；即E_工况＝f(η₁，η₂，η₃，η₄，η₅)；E_工况即空压机的功效值。