空壓機功效儀及其功效計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于節能減排技術領域，涉及空壓機檢測，尤其是涉及一種空壓機功效儀 及其功效計算方法。
【背景技術】
[0002] 空壓機的種類很多，按工作原理可分為容積式壓縮機，速度式壓縮機。容積式壓縮 機的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內氣體分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓 力；速度式壓縮機的工作原理是提高氣體分子的運動速度，使氣體分子具有的動能轉化為 氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。
[0003] 理論上，空壓機在標準工況下工作時其做功效率（即功效）是恒定的，即為額定功 效，無需進行實時監測。然而，由于電網電壓、現場工況、零部件工作時間等各種因素的存 在，空壓機的功效一般是無法達到額定功效而產生偏離。而一旦空壓機工作在非額定功效 狀態時，就存在能效低下而導致能源浪費等技術問題。為此，人們進行了長期的探索，提出 了各種各樣的解決方案。然而。目前缺乏能夠直接用于測量功效的裝置。功率計是一種常 見的測量功率的裝置，然而功率計通常用于測量電路的功率，無法將其應用至空壓機的功 率檢測，更不能直接檢測出功效。
[0004] 為了提高空壓機的工作效率，降低能源損耗，人們提出了各種技術改進。中國專利 文獻公開了一種空壓機功率補償裝置[申請號=201120464335. 0]，包括與電機相連接的輸 出口和與電源相連接的輸入口，其特征在于：所述輸出口與輸入口之間設置有控制裝置，所 述控制裝置包括處理器和與該處理器相連接并受該處理器控制的可控整流電路。上述方案 雖然在一定程度上降低了能源損耗，提高了空壓機的工作效率，但是仍然存在著無法直觀 地了解功效狀況，難以方便迅速地發現和排除故障等技術問題。而空壓機的功效值具有重 要意義，直接反映主機的能耗水平，對壓縮機系統的能耗起決定作用。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是針對上述問題，提供一種設計合理，結構簡單，能夠方便直觀地獲 得空壓機功效的空壓機功效儀。
[0006] 本發明還有一目的是提供一種易于實施，計算簡便的空壓機功效計算方法。
[0007] 為達到上述目的，本發明采用了下列技術方案：本空壓機功效儀，空壓機包括壓縮 機主機，在壓縮機主機上連接有輸入管路、輸出管路和主機電動機，在輸入管路上設有空氣 濾芯，在輸出管路上設有冷卻器，其特征在于，本功效儀包括溫度傳感器、壓力傳感器和流 量傳感器，所述的溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器分別與用于計算空壓機功效的中 央處理器相連，所述的中央處理器上連接有用于輸入參數的輸入裝置。
[0008] 在上述的空壓機功效儀中，所述的中央處理器上還連接有用于測量主機電動機輸 入電流的電流傳感器和用于測量主機電動機輸入電壓的電壓傳感器。
[0009] 在上述的空壓機功效儀中，所述的參數包括空氣比熱比K、壓縮機主機形式常數 c、級前壓力損失系數n4、級后壓力損失系數n5、絕熱效率1、電動機效率n 2、壓縮機組的 傳動效率113中的任意一種或多種。
[0010] 在上述的空壓機功效儀中，所述的溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器設置在 筒狀體上，所述的筒狀體可拆卸地串接在輸入管路和/或輸出管路上。
[0011] 在上述的空壓機功效儀中，所述的筒狀體的側部設有與筒狀體貫通的采樣通道， 在采樣通道上通過可拆卸結構固定有封蓋，所述的溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器 分別可拆卸地安裝在封蓋上。
[0012] 在上述的空壓機功效儀中，所述的溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器分別固 定在套桿上，且各套桿穿設在封蓋上，所述的壓力傳感器、溫度傳感器和流量傳感器的套桿 長度依次變長且流量傳感器的套桿內端部位于筒狀體的中軸線上。
[0013] 在上述的空壓機功效儀中，所述的筒狀體的兩端分別設有法蘭盤，所述的法蘭盤 與輸入管路或輸出管路串聯。
[0014] 在上述的空壓機功效儀中，所述的輸入裝置包括若干按鍵和至少一個顯示屏。
[0015] -種采用上述空壓機功效儀的空壓機功效計算方法，其特征在于，空壓機功效儀 的中央處理器采用下述方式判斷功效：
[0016] E工況=frip q2，q3，q4，n5;
[0017] 式中即空壓機功效值，直接反映壓縮機主機的能耗水平，其中級前壓力損失 系數n4、級后壓力損失系數n 5、絕熱效率1、電動機效率n2、壓縮機組的傳動效率n3;E ^?空壓機功效值無限接近1時，說明空壓機的功效水平高，越節能；當偏離1的幅度越大， 則說明空壓機功效水平越低，越耗能。
[0018] 在上述的空壓機功效計算方法中，
[0019] N工況=f (Pa, k，Pd，qv)式①；
[0020] N輸入=f (I，U，COS 巾）式②；
[0021] E工況=N輸入/N工況 式③；
[0022] 式①②③中：
[0023] 為在一定的排氣壓力下，產氣量qv需要的理想工況功率，單位為Kw ;
[0024] %^為在一定的排氣壓力下，產氣量qv需要的輸入功率，單位為Kw ;
[0025] 為在一定的排氣工況壓力、單位產氣量下，空壓機的功效值；
[0026] 式①中：Pa為壓縮機主機進氣壓力，單位為MPa ;Pd為壓縮機主機排氣壓力，單位 為MPa ;K為空氣比熱比且K = 1. 4 ;qv為壓縮機主機的排氣量，單位為m3/min ;
[0027] N*為絕熱壓縮功_
[0028] 其中C為壓縮機主機形式常數；e :為壓縮機主機壓縮比；
[0029]
[0030] 其中，P1為級后壓縮機主機進氣壓力，單位為MPa ;P2為級前壓縮機主機出氣壓 力，單位為MPa，空壓機在理想狀態下，級前和級后都不存在壓差，即Pa = Pl，Pd = P2, APi =0, AP2= 〇 ;其中 e 1= P2/P1 = Pd/Pa ;
[0031] 由式④得出，
[0032]
[0033] 當級前和級后存在壓差的時候，即Pa不等于PI，Pd不等于P2,APJPAP2也都不 等于〇,因級前和級后都存在壓力損失，則
[0034] N工況=f(Pa,Pd，qv) 式⑥；
[0035] 由式⑤⑥得出。
[0036] N絕=N工況xf(n4，n5) =f(Pa，Pd，qv)xf(n4，n5) 式⑦；
[0037] 1!4為級前壓力損失系數，n5為級后壓力損失系數；
[0038] 因N軸=N絕/n1 式⑧；
[0039] N#為主機電動機功率；ni為絕熱效率；
[0040] 當壓縮機主機結構、運行工況條件一定時，壓縮機主機的絕熱效率是一個穩定值， 當知道壓縮機主機的絕熱效率時，可以確定主機電動機功率，主機電動機功率跟1主機 絕熱效率有關；
[0041] 由式⑥和式⑦得出
[0042] =f(Pa,Pd,qv)xf(nn4,n5) 式⑨；
[0043] 式二 /C0:S4> ) COS4
[0044] I為壓縮機主機輸入電流，單位A;
[0045] U為壓縮機主機輸入電壓，單位V;
[0046] C0S巾為功率因素；
[0047] N^x即主機電動機的輸入功I
[0048] n2為主機電動機效率；n3為壓縮機組的傳動效率；
[0049] 由式③，式⑨，式⑩得出
[0050] E工況=N輸入 /N工況=f(Pa,Pd，qv)xf)(n4，n5，npn2，n3);
[0051] 當進排氣壓力和產氣量一定時，E工況只跟r^，n2,n3,n4,n5有關；即E工況= fH2，玎3，玎4，玎5;E工況 即空壓機的功效值。
[0052] 與現有的技術相比，本空壓機功效儀及其功效計算方法的優點在于：設計合理，結 構簡單，能夠方便、快速、直觀地獲得空壓機的功效，以便于及時對空壓機進行調整，從而有 效節約能耗，使空壓機處于最佳工作狀態。
【附圖說明】
[0053] 圖1是本發明提供的框架圖。
[0054] 圖2是本發明提供的部分結構剖視結構示意圖。
[0055] 圖3是本發明提供的部分結構側視結構示意圖。
[0056] 圖中，壓縮機主機1、輸入管路2、輸出管路3、主機電動機4、空氣濾芯5、冷卻器6、 溫度傳感器7、壓力傳感器8、流量傳感器9、中央處理器10、輸入裝置11、電流傳感器13、電 壓傳感器14、空氣比熱比K、壓縮機主機形式常數C、級前壓力損失系數n4、級后壓力損失 系數n5、絕熱效率1、電動機效率n2、壓縮機組的傳動效率n3、筒狀體15、采樣通道16、 封蓋17、套桿18、法蘭盤19、按鍵20、顯示屏21、級后壓縮機主機進氣壓力P1、級前壓縮機 主機出氣壓力P2。
【具體實施方式】
[0057] 如圖1-3所示，空壓機包括壓縮機主機1，在壓縮機主機1上連接有輸入管路2、輸 出管路3和主機電動機4,在輸入管路2上設有空氣濾芯5,在輸出管路3上設有冷卻器6。 本空壓機功效儀包括溫度傳感器7、壓力傳感器8和流量傳感器9,所述的溫度傳感器7、壓 力傳感器8和流量傳感器9分別與用于計算空壓機功效的中央處理器10相連，所述的中央 處理器10上連接有用于輸入參數的輸入裝置11。輸入裝置11包括若干按鍵20和至少一 個顯示屏21。中央處理器10上還連接有用于測量主機電動機4輸入電流的電流傳感器13 和用于測量主機電動機4輸入電壓的電壓傳感器14。參數包括空氣比熱比K、壓縮機主機 形式常數c、級前壓力損失系數n 4、級后壓力損失系數n5、絕熱效率1、電動機效率n2、 壓縮機組的傳動效率11 3中的任意一種或多種。
[0058] 溫度傳感器7、壓力傳感器8和流量傳感器9設置在筒狀體15上，所述的筒狀體15 可拆卸地串接在輸入管路2和/或輸出管路3上。筒狀體15的側部設有與筒狀體15貫通 的采樣通道16,在采樣通道16上通過可拆卸結構固定有封蓋17,所述的溫度傳感器7、壓力 傳感器8和流量傳感器9分別可拆卸地安裝在封蓋17上。溫度傳感器7、壓力傳感器8和 流量傳感器9分別固定在套桿18上，且各套桿穿設在封蓋17上，所述的壓力傳感器8、溫度 傳感器7和流量傳感器9的套桿18長度依次變長且流量傳感器9的套桿18內端部位于筒 狀體15的中軸線上。筒狀體15的兩端分別設有法蘭盤19,所述的法蘭盤19與輸入管路2 或輸出管路3串聯。
[0059] 采用上述空壓機功效儀的空壓機功效計算方法，其特征在于，空壓機功效儀的中 央處理器采用下述方式判斷功效：
[0060] E工況=fn" q2, q3, q4, q5;
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