环境温度对离心空气压缩机性能的影响
“我觉得我的空气压缩机没有排出它们应该排出的空气，尤其是三号。”
那些是维修经理的话，因为我们坐在办公室里与他交谈。我们在阿肯色州的一家工厂，并在早晨在他的压缩空气系统上安装了数据测井设备。
那是初夏，空气压缩机在生产层楼上的夹层上，室外和室内的温度都在升高。压缩空气系统由3台500马力离心空压机和1台350马力变速驱动无油旋转螺杆空压机组成。
所有的空气压缩机的进气口都在里面，所以中层的周围空气——而不是外部空气——被压缩了。正常的运行配置是基础负载两个离心式机组，保持一个待机，并用旋转螺杆变速驱动空压机修剪装置。它确实有效，但通常情况下，所有四个空气压缩机都必须运行以满足工厂的需求，使系统没有备份。
那天早上，在安装电力监控设备和组合压力传感器/质量流量计时，我们注意到夹层上的温暖。安装设备后，我们休息了午休，然后在下午初回到该设施，与工厂人员见面讨论问题，并在我们离开之前检查我们的设备，以确保所有运作正常运作。在对测井设备进行检查时，每个空气压缩机的入口也拍摄环境温度。这是阿肯色州典型的夏日 - 阳光明媚，外面的温度超过90岁oF.这是一个美好的一天，检查空气压缩机区域有多热。
事实证明它非常热！
正如在开始时提到的，两个离心机组(3号和4号空压机)和变速驱动旋转螺杆机组(1号空压机)在生产层正上方的夹层的一端聚集在一起。第三台离心式空压机(4号空压机)位于维修车间上方的一个单独的房间里，与其他三台空压机在同一层，但位置稍微凉爽一些。入口环境温度记录如下:
1号空压机111oF
空气压缩机2：110oF
3号空压机119oF
4号空压机:107oF
显然，环境温度对空压机性能有很大影响。审计报告关注的焦点之一就是到底有多严重。影响空压机性能的另一个因素是操作压力。最初的规范要求110 psig排放压力。植物压力维持在118 psig。这也对空压机的输出产生了不利影响。
检查高环境温度和高放电压力
它被认为是两个离心机单元将提供大部分时间所需的所有空气，旋转螺丝单元偶尔在最高需求期间修剪工厂（顺便说一下最佳实践设计）。
当外面很热的时候，原来旋转螺杆式空压机几乎需要一直运行，第三离心式机组也经常运行。这并不是应该发生的，所以我们开始调查设备使用了多少空气，以及空气压缩机的性能如何。
那么，由于环境温度高和排气压力高，空压机的性能究竟下降了多少?
如图1所示是空压机在95时的性能曲线oF进口温度和110 psig排放压力:
图1所示。
四色线代表了机组在不同进口导叶位置的运行曲线，通过导叶角度。红线是进口阀门100%开启(0度和0%节流)时的流量曲线。在这些操作条件下，空压机的额定最大输送量为2313 scfm。这是用来初步确定空压机大小和计算其负载的曲线。
图2为同一空压机119时的曲线oF进口温度和110 psig排放压力:
图2。
注意操作曲线是如何向左移动的(在任何给定的压力下流量更少)。在110 psig时，最大流量从2313 scfm减少到2092 scfm，损失近10%。
但是客户在110 psig以上的压力下操作空压机。图3是调整为实际118 psig排放压力的曲线。
图3。
如所看到的，交付的流量已减少到2,028 scfm，从近300 scfm的原始曲线中失去。也许同样差，从原始28psig到10 psig减少了浪涌的压力（工作压力和喘振压力之间的压力差）。这使空气压缩机几乎没有空间来折断（调节是离心式空气压缩机可以在部分负载下操作的百分比，通过限制入口阀完成，实现它基本上是负载/卸载单元。这导致空气系统操作造成了进一步的困难。
驱动电机保护-另一个影响性能的因素
但事情并没有到此结束。离心式空气压缩机具有保护驱动电机的安全功能。随着绕组温度的升高，电动机的额定电流会下降。如果环境温度超过电机铭牌上的额定电流温度，控制器将限制进口导叶的最大位置，以防止电机超载。这进一步降低了空气压缩机最大流量输出和压力上升到喘振。
一旦数据被收集并分析，就发现，实际上，空气压缩机No.3作为负载/卸载单元运行，只有三个PSIG从负载上升到卸载点。空气压缩机No.3在卸载条件下花了大部分记录期，而空气压缩机2号和第4号运行完全装载，具有旋转螺杆单元修剪。这非常浪费。
那么，3号空压机为什么不简单地在运行到最小空载时间后卸载并停机呢?
部分问题在于内置的保护驱动电机的安全功能。在本例中，它是最小运行时间特性。大型电动机的大部分磨损是在启动时发生的。在电机关闭之前，从涌流中积累的热量需要消散到正常的电机运行温度水平。一旦电机关闭，它需要进一步冷却，以允许温度峰值，将发生下一次启动。
此时，由于环境温度过高，3号空压机需要在空载状态下运行较长时间。在“冷却”状态下运行时，压力的轻微下降会导致负载上升。系统突然增加2,000 scfm会立即导致压力上升超过3psig，在此期间3号空压机将卸载。这将重新启动已卸载运行时的倒计时。
这样的事件经常发生，以至于空压机很少有机会停机，几乎一直在空载状态下运行。当机组确实关闭时，当电站压力再次出现小幅度下降时，它会在短时间后重新启动。
提高空压机性能的纠正措施
显然，在这种情况下，最有利于空压机性能的纠正措施是降低压缩机进口的温度。驱动电机的环境温度也必须降低，以提高电机的可靠性，并进一步提高性能。另一项建议是将空气压缩机的排气压力降低到适当生产设备操作所需的最低限度。
第一个建议是从建筑物外部安装新风入口，并将它们直接用管道连接到空气压缩机进口过滤器。尽管阿肯色州夏季的气温经常超过90度oF，这还是比110强多了o在空气压缩机入口处观察到F和更高的温度。这样做会增加空气压缩机输出容量10％。
下一个建议是通过将通风进入空气压缩机区域来降低空气压缩机室环境条件。整个生产设施是气候控制的，尽管空气压缩机室中的空调管道不足以控制温度。由于向空气压缩机的速度增加了A / C管道并不是一种可行的选择，因此建议通过使用强制空气通风进入和从建筑物外部进出区域来增加空气流。
适当的空压机室内空气周转可使驱动电机周围的环境温度降低10℃oF - 15oF，降低电机工作温度，以及消除Elektronikon控制器的进口阀节流，以保护驱动电机。这将增加几个百分点的流动能力，使空压机运行更接近原始流量曲线。这也会产生更大的压力上升，使机组在卸载前有更大的下降。这将消除在3号压缩机上观察到的负载/卸载操作条件。
不要忽视环境温度
本案例研究说明了进口和环境操作温度对离心式空压机性能的关键。在设计压缩空气系统时，不仅要了解生产设施的压力和流量要求，还要了解机组将在哪些条件下运行。终端用户、系统设计师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。
最终目标始终设计，安装和操作符合最终用户流量和压力要求的压缩空气系统，在伤亡情况下提供足够的冗余，或者执行维护，并最大限度地提高可靠性。在设计这种系统时，环境温度通常被忽略，而且是一个关键的构建块。
关于作者
作为Atlas Copco离心审计员，Brett Griffin和Todd Quigley在压缩空气审计和能源管理研究方面与美国各地的客户合作。他们专门生产大型空气装置和离心式空气压缩机。
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