【壓縮機網】測量壓縮機FAD流量（Free Air Delivery）是一項頗具挑戰性的任務。壓縮機制造商在工廠采用的FAD測量方法，在現場測量時往往會受制于現場條件而不可行或不適用。但如果采用合適的流量測量工具和數學方法，完成這項任務其實并不難。本文旨在闡述在FAD測量過程中如何正確選擇流量計以及測量中需要考慮的因素。

 

　　壓縮機的基本功能是吸入環境空氣后將空氣進行壓縮，然后將壓縮后的空氣排出到壓縮空氣管網中。壓縮機的性能指標體現在壓縮機的額定功率以及制造商給出的FAD性能說明上。但如果你做過現場測量，就會發現實際情況有時并非如此。其實，通過以下幾個簡單問題就可以判斷壓縮機的性能：壓縮機消耗了多少電能？壓縮機輸出了多少壓縮空氣？壓力分布曲線的具體形態是怎樣的？
 

　　為回答上述問題，我們必須在生產現場進行相關測量。通常，測量分為兩類：

 

　　·臨時性能測量，通常用于新設備安裝結束后或者壓縮機采購決策前，目的是分析壓縮機的性能，以便提供性能對比。

 

　　·長期性能監測，用于實時監測壓縮機性能，以便合理安排設備維護或主機大修。
 

 

　　FAD的標準定義

 

　　流量是指單位時間內測量到的氣體體積，但氣體容易被壓縮或膨脹且體積隨溫度變化而變化； 另外空壓機吸入的空氣含濕度（水蒸氣），密度（每立方米空氣質量）也會隨海拔和溫度的變化而發生改變。為了確保測量的一致性，業界推出了一系列國際標準，比如ISO 1217。該標準規定了容積式壓縮機（含旋轉螺桿壓縮機）的驗收試驗標準。

 

　　ISO 1217中3.4.1條款陳述如下：

 

　　壓縮機的實際容積流量是指經過壓縮機壓縮，并在標準排氣位置排出的氣體容積流量，換算到進口標準吸氣位置的全溫度、全壓力、全組分的狀態的氣體容積值。

 

　　這是將壓縮機排放氣體的實際容積換算到壓縮機進氣口自由空氣條件下的狀況。因此，FAD是指在壓縮機排氣口測得的吸入壓縮機的自由空氣總量。FAD采用容積流量單位，例如m³/min和l/s等。ISO 1217允可的各式流量計s*先計算空氣的質量流量，之后將該流量基于壓縮機進氣口空氣的密度轉換成進氣口容積流量。理想情況下，是采用真實環境條件，但為了方便起見，ISO 1217建議在可容忍的真實條件下，采用以下環境條件值：

 

　　·壓力=絕對值1bar

 

　　·溫度=20℃

 

　　·相對濕度=0％

 

　　z*后, 流量計會根據進氣口濕度、流量計上游的凝結水量以及電機的轉速對容積流量值進行校正。提示：壓縮機制造商提供的FAD數據有可能是在不同的進氣口條件下測得的，因而建議在考查壓縮機性能時，必須查閱壓縮機的數據表，而不是簡單地查看銘牌上顯示的數據！

 

　　將空氣壓縮至更大壓力需要更多的能量。而在壓縮機內，空氣損失和工作空氣的用量隨壓力增加而增加，只有這樣壓縮機馬達才不會在更高的壓力下出現過載。例如，在8bar與10bar的壓力下，旋轉螺桿壓縮機的運行速度是不一樣的。
 

 

　　影響壓縮機效率的主要因素

 

　　壓縮機效率受到多個因素的影響。表1顯示了影響兩種主流壓縮機（螺桿和離心機）性能的主要因素（吸入口溫度對螺桿和離心機的影響各不相同，但本文將不就此進行深入闡述。）。

 

　　壓縮機制造商根據國際標準（例如，離心壓縮機的ISO 5389）對壓縮機的性能進行測量，并將測量值通過數據表單對外發布。然而，這些測量均在工廠中完成，而非在真實的現場條件下進行；此外，隨著壓縮機使用年限的增長，其性能也有可能下降甚至可能需要主機大修。為監測壓縮機性能，推薦進行現場檢測。而且很有必要采用更為積極的措施——對壓縮機進行長期的實時監測和實時性能評估。

 

　　空壓機排氣流量測量方法對比

 

　　空壓機的排氣流量中包括空氣、水、油和顆粒。有些測量方法因為無法適用氣體中的水和油，以失敗告終。另一些測量方法因為會產生壓降，引起能源和費用的浪費，也不適用。業界對用于壓縮機排氣流量計提出了如下基本要求：

 

　　·耐水和油滴

 

　　·抗顆粒

 

　　·可處理高速和高溫氣體（高達70℃）

 

　　·z*小壓降，z*好無壓降

 

　　·插入式流量計便于臨時性安裝測量

 

　　表2對比了z*常見的流量計原理及它們的性能對比。

 

　　從表2可以看出，皮托管流量計是測量壓縮機排氣口流量的z*佳選擇。該方法不僅在工業應用中證明了其可靠性，而且它也是航空界標準的空氣速度測量方法。
 

 

　　如何測量排氣流量的FAD值

 

　　用皮托管流量計測量得到的壓縮空氣的排氣流量，必須同時測量工作溫度和工作壓力才能計算得到FAD流量。

 

　　我們必須理解壓縮機工作狀態下出口流量包括了下面2個部分：

 

　　·空氣流量：這是我們想要準確測量的。

 

　　·水流量：這將在后期空氣處理過程時被去除。

 

　　要準確地評估水的含量，需要測量管道中的濕度。這不是一件容易的事情，因為高溫下濕度接近飽和，許多濕度傳感器在這種情況下無法正常工作。我們通過長期的測試經驗發現，當濕度設定在80%～99%之間的某個值，其濕度對流量測量偏差的影響不超過±0.3%。 

 

　　基于這個發現，我們對相對濕度設置了一個恒定數值，這樣我們就可以從流量中扣除含水量，并計算出標準條件下（即20℃, 1000hPa）的“干空氣流量”。 

 

　　吸入空氣的濕度會影響排出干燥氣體的總量, 但其影響力小于其它因素。例如，在熱帶炎熱的天氣條件下（32℃和75%rH）, 干燥空氣的容積只比吸入空氣容積小3.5%。而大氣壓力和氣候變化帶來的影響可能達到這個數據的兩倍之多。未及時清洗的進氣過濾器也可能對吸入空氣流量帶來2～3%的變化值。

 

　　遵照氣體定律以及壓縮機制造商規定的進氣條件，我們z*終計算出了FAD流量值。

 

　　這樣測量計算出的FAD流量值體現了壓縮機“真正”的產出流量值。（為了與空壓機廠家提供的數據表進行比較，請確保在相同進氣條件下比較）。

　　如何測量空壓機功率

 

　　很多時候，人們認為準確測量到電流值，就可以計算出功率值（kW），這種方法隨后被用在計算空氣壓縮機的滿載比功率（m³/min/kW）或估算流量（m³/min）上。然而，這種方法是錯誤的！
 

　　如果我們只測量電流值，那么我們就沒有考慮功率因數以及交流電三相之間負載不平衡對功率的影響，這有可能導致百分之幾十的誤差。

 

　　這樣估算出的功率值很難精確地計算出空壓機在性能-控制循環中的加載率。這些復雜的計算必須使用短期數據，因為壓縮機狀態和控制一直在隨著時間變化。

 

　　正確的測量方法是：用功率表測量壓縮機三相的電流與電壓，計算出功率因數。功率計算公式如下：

 

　　kW=(A×V×1.732×PF)/1000

 

　　kW=輸入功率

 

　　A=電機電流

 

　　V=線電壓

 

　　PF=功率因數

 

　　如何測量空氣處理過程中的各項損失

 

　　空氣經過壓縮機后，會繼續經過干燥機和過濾器，去除水汽、顆粒、殘余油。如果我們把壓縮機出口處測量到的流量和壓力值與經過后期空氣處理后的測量值進行比較，我們可能會發現下述兩方面的重大損失:

 

　　·由于老化或安裝不當而導致的設備部件、排水管、過濾器和管道連接處的泄漏。泄漏管理系統可以顯著減少這些損失。

 

　　·再生干燥過程中用于吹掃干燥作用的氣體損失（3-25%）。

 

　　這些損失解釋了為什么經過空氣處理過程后的空氣與壓縮機出口在流量上有所減少（見圖2）。
 

 

　　在考察系統的整體性能時，壓力同樣扮演著重要角色。各環節引起的壓降損失必須通過增加空壓機的壓力設置進行補償，這就導致了更高的能源消耗。壓力損失通常發生在：

 

　　·過濾器堵塞導致的壓降增大。

 

　　·管徑尺寸與空氣流量間的不匹配（管徑小流量大）。

 

　　壓縮機性能測量與監控的重要性日漸突顯。對空壓機進行長期性能監測可為用戶帶來更多益處：開展預見性維護，從而在零部件故障之前對其進行維護保養；追蹤能源消耗，投資可以在很短時間內得到回報。再配合定期泄漏檢測，用戶將享有一個健康高效的空壓機系統。

 

　　（注：此文僅代表作者個人觀點！）