旋转螺杆空压机的等熵效率

许多Astute空气压缩机用户注意到了2012年6月在2020年6月之后的压缩空气和天然气研究所（CAGI）空气压缩机数据表，有一个新的术语;概率效率。概率效率是对任何额定放电压力下空气压缩机的整体效率进行真正比较的新标准。现在，用户可以看到哪些公司生产最高效的产品，简单的参考百分比。压缩空气行业与Cagi一起一直试图在空气压缩机之间进行公平比较多年。让我们回到历史上，并在我们详细解释等熵效率（即）之前回顾这一历史进展。

背景

20世纪70年代，当旋转螺杆空气压缩机刚刚进入市场时，它们的竞争主要是双作用往复式空气压缩机。这些是非常高效的空气压缩机，至少在运行的最初几年是如此。客户之所以选择旋转螺杆式空气压缩机，是因为活塞式压缩机需要大量昂贵的维护，存在与振动相关的问题，而且噪音大。此外，大多数需要水冷，随着时间的推移，水冷成本越来越高。

直到20世纪90年代初，空气压缩机性能测试的综合标准才出现在行业中，当时ISO 1217是第一个普遍采用的标准测试方法。在此之前，空气压缩机制造商对其机器的测试方式略有不同。例如，没有关于入口温度或湿度的标准，这会对性能产生很大影响。一些空气压缩机制造商仅测量裸露空气端的性能，没有进气阀、冷却器、分离器和冷却器的损失。这可能意味着一个制造商与另一个制造商之间可能存在5%或更多的封装电源性能差异。

在此期间，一些空压机制造商甚至没有在他们的小册子上发表额定容量。1970年 - 1980年的后续审计已证明它们平均每100小时平均约425 CFM。双作用往复式机器每100HP生产至少500℃。具有更好的转子型材技术和更紧凑的加工公差，目前的旋转螺杆机器距离单级和600厘米的两个阶段的CFM - 每100HP电机尺寸为600 CFM。

直到20世纪70年代中期，最终用户并没有真正关注能源成本，因为电力为每千瓦时3至5美分。大多数客户都不知道空气压缩机的运作成本是多少，因为它只是较大的账单的一小部分。许多安装都采用过大型活塞式压缩机。当它们被较低的旋转螺丝机取代时，它在电力账单的任何重大变化中都没有表现出来。每个人都只是通过较低的维护成本超赞成。

在20世纪90年代，所有供应商都有其能力在他们的宣传册上发布，但公布的能力很大。例如;一家公司在100PSI的563 CFM中获得了100千桶压缩机，而行业的其余部分平均约为490 CFM。最终发现，该特定模型使用1.40服务因子电机，以超过125 HP轴功率运行。它表现为已发布，但使用的实际功率对客户不清楚。

电机使用系数和HP或KW额定值也是一个不断发展的主题。大多数行业使用1.15服务系数电机，使用约10%的可用15%电机。服务系数实际上是在给定电压下，电机在温度、海拔高度（空气冷却能力）和功率因数等其他设计条件下能够可靠传输的最大电流。电机制造商将按照客户要求的任何方式为电机贴上铭牌，即100 HP 1.25 SF电机或125 HP 1.0 SF电机，如果在相同的机架尺寸中，则本质上是相同的电机。空气压缩机制造商以多种不同的方式为其压缩机选择和应用电机，但额定电压下的最大可用电流是最终决定因素。

在20世纪80年代，该行业在流动的意义上变得更加严格。一家公司开始出版“免费空运”或FAD，测量入口处的空气，并发布了所使用的总功率。他们看起来比其他人效率较低，但它们真的很糟糕。

本文不针对任何空压机厂家铸造任何分散剂。他们发布的数据都很好，只是测量方法不同而已!

ISO 1217附件C.

最初发表于1947年，Cagi手册一直是一切压缩空气的进入资源。现在在第七版，并以电子方式提供Cagi网站，所示的手册包含来自领先制造商的工程信息和有关压缩空气系统的有价值的参考数据。在20世纪90年代末，Cagi及其会员公司同意了一项标准，他们将把机器衡量到同一标准。Cagi定于全球接受的ISO 1217附件C，这是今天仍然使用的基本标准。该测试是通过空气压缩机的体积流动。Cagi和Pneurop已经采用了标准空气的定义，即20℃，1巴绝对和0％RH。在测试到1217时，您将返回压缩机的入口条件，以计算流过压缩机的音量。如果您想知道流过压缩机的质量，则必须将音量流转换为标准条件。这为您提供了在任何给定的环境条件下流过压缩机的SCFM（质量）。

CAGI空气压缩机数据表

一旦ISO 1217附录C被接受，CAGI及其成员同意发布一份简单的定速压缩机标准数据表，如下所示。参见图A和图B。作为CAGI性能验证计划的一部分，要求成员公司在其网站上发布这些数据表，方便客户访问。一个独立的测试实验室前往每个空气压缩机制造商，随机选择三台压缩机运往实验室。然后，实验室测试这些压缩机，并验证其性能是否与公布的数据表相符。所有测试的结果可在https://www.cagi.org/pdfs/cagirotarydirectory.pdf．

让我们检查一下润滑的定速旋转螺杆空气压缩机数据表（见图A）。变速空气压缩机的数据表格式相同，但其等熵效率使用满载、40%和70%满载的加权平均值。

图a .固定转速旋转螺杆空压机的CAGI数据表样本。按此放大．

• 项目1和2:制造商名称和型号，冷却方式(水冷或风冷)，是单级还是二级压缩机。
• 第3项：满载时的流量。该数值为排放时测得的立方英尺量，根据ISO 1217附录C在试验时的进口条件进行调整。
• 第4项：满载工作压力。这是测量容量和总封装功率的压力。
• 第5项：最大全流压力。在配备加载/卸载操作系统的机器上，这是机器卸载前机器将运行的最高压力。对于这种类型的机器，该压力可能比满载工作压力高3到15 PSI。在此压力下，机器的总包装功率将更高。
• 第6、7项:铭牌主驱动电机马力(HP)及电机效率。第7项数值越高，电机效率越高。一些制造商有更高效率电机的选择。
• 项目8和9:风扇电机铭牌HP和效率。风扇通常设计工作在40°C(104°F)。如果空压机所在位置较暖，可能需要安装较大的风机。
• 第10项:压缩机无需求时整机总运行功率。这对于计算有载/无载压缩机在部分负载条件下的效率是非常重要的。
• 第11项：满载工作功率（千瓦），在满载工作压力下测量。包括风扇、控制器和包装中使用能量的任何其他设备。
• 第12项：包装特定电源是制作一百（100）CFM所需的千瓦。数字越低 - 机器越高。
• 项目13:等熵效率，稍后解释。数字越高，空压机的效率越高。图A是当前固定速度数据表的格式。从2002年开始的原始数据表包含的信息较少。

容量额定值对容量的公差高达7%，对比功率的公差高达8%。大型空气压缩机的公差较低。需要公差，因为不可能使压缩机在相同功率下持续产生相同流量。

空气压缩机等熵效率

数据表中的特定功率项目是一项旨在显示最高效压缩机的计算。计算结果为（总机组功率×100）/CFM。比功率越低，封装效率越高。如果压缩机具有相同的满载压力额定值，则使用特定功率进行比较非常有效。问题是许多压缩机制造商在不同压力下对压缩机进行评级，如图1所示。

品牌A	100	123 - 125	150.	174 - 175	195 - 200.
B品牌	100	115	125	135	150.	190
品牌C	100	125	150.	175	200
品牌D	115	150.	165
品牌E.	100	110 - 115	125	150.	175	200

图1所示。用于润滑的固定转速旋转螺杆空气压缩机额定功率的压力(psi)。

经修订的《能源政策和节约法案》(EPCA)涵盖了某些商业和工业设备，包括压缩机，能源部(DOE)授权为其建立能源节约标准。美国能源部已确定，EPCA涵盖商业和工业空气压缩机，并一直在考虑此类设备的节能标准和测试程序。2020年1月，美国能源部发布了一份名为85FR1504的关于压缩机能效标准最终规则的联邦登记册通知。CAGI及其成员完全支持使用等熵效率作为压缩机效率比较的标准。定义等熵效率的最简单方法如图2所示。

图2。

等熵效率比较

这种等熵计算是基于全负荷运行，仅对固定转速的压缩机。目前公布的等熵效率最高约为92%，最低约为50%。一般来说，HP高于100的机器比HP较低的机器有更高的平均IE。这是因为两级压缩机通常在100 HP启动，具有更高的等熵效率。使用IE，用户可以比较100PSI的压缩机和150psi的机器，看看哪个更有效。截至2020年7月，所有参与性能验证项目的CAGI成员都在其CAGI数据表上发布了等熵效率。在250 HP以上，数据表上不需要等熵效率，所以我们使用计算的IE进行比较。图3显示了在所有不同压力下100 HP压缩机的比较。这些是按等熵效率排序的。如你所见，较低的比功率并不一定意味着较低的等熵效率。 Figure 4 shows the same comparison of two-stage compressors and in general they have a higher isentropic efficiency.

图3。

图4。

概念效率比较将使压缩空气行业努力提高效率，这反过来又会挽救未来的大量能源。有一天，您可能会看到母鹿或国家政府需要最低销售压缩机的最低熵效率水平。

图5。由马力，用于润滑，固定速度，旋转螺杆空压机的型效率。基于Cagi Datasheets的日期为2021年1月。

关于作者

Brian Parks已经在压缩空气行业工作了45年。他曾在美国和国外两家不同的空压机制造商从事服务、销售、机器测试、工程和区域管理工作。退休后，他创办了第四公用事业咨询公司，最初从事经销商培训、审计和审核工作。后来，该公司开始为压缩机公司提供咨询，通过使用CAGI数据表比较来提高效率，以帮助建立最有效的产品。Fourth Utility拥有一个超过6,500个存档数据表的数据库，这些数据表用于正确的审计和审计审查。

有关更多信息，请联系Brian Parks，总裁，第四次公用事业咨询，电子邮件：4 thutilityconsulting@mail.com．

有关此主题的更多信息，请访问CAGI的网站，查看关于等熵效率的教育视频https://www.cagi.org/education/videos.aspx．

到Mor Cagi标准文章访问//m.ghtac.com/standards/iso-cagi．