摘要：在對我國電機系統能效現狀和空壓機系統進行介紹的基礎上，對空壓機系統的。眭能測試和數據處理系統進行闡述。通過系統分析實例證明了應用系統方法對空壓機系統進行性能測試和分析，列于提高空壓機系統能效具有重要意義。

    關鍵詞：電機系統；空壓機；性能測試

    中圖分類號：TM301. 4文獻標識碼：A文章編號：1673-6540(2010)03-0061-05

    電機系統包括電動機、被拖動裝置、傳動控制系統及管網負荷，其耗電量約占全國用電量的百分之60和工業用電量的百分之80，萁中風機、泵類和空壓機的用電量分別占全國用電量的百分之10. 4、百分之20. 9和百分之9.4。2007年我國各類電動機裝機總容量約為7. 28億kW，耗電量約為19 566萬kWh。目前，我國電機系統主要存在兩方面問題：一是電動機及被拖動設備效率低，電動機、風機、泵等設備陳舊落后，效率比國外先進水平低百分之2~5；二是系統匹配不合理，“大馬拉小車”現象嚴重，系統運行效率比國外先進水平低百分之10~20。因此，我國在制定節能中長期規劃時將電機系統節能列入十大重點節能工程，可見提高電機系統的能效水平對于我國的能源節約和發展低碳經濟具有重要意義。

    雖然空壓機在電機系統耗電中也占有較大比重，在大多數工廠中要占其全部能耗的拜耳百分之10~40，但與風機和泵系統的節能工作起步較早有所不同，近幾年國內、外才開始重視空壓機系統的節能和優化問題，并且通過建立便攜式性能測試系統采集數據進行分析，進而提出空壓機系統的優化方案的也比較少。本文介紹了可以進行空壓機系統性能測試和數據處理的系統，該系統具有便攜性，可以對企業在用的空壓機系統進行測試和分析，對于在用空壓機系統的優化可以提出改造建議，也可以指導設計人員進行空壓機系統的優化設計：

  典型的壓縮空氣系統主要由空壓機、動力源、控制器、空氣處理設備、附件及管路分配系統等組成。空壓機吸人周圍大氣中的空氣并增壓至系統設定的壓力排人管道中，往復式、螺桿式和離心式空壓機目前應用最為廣泛；動力源為空壓機運行提供動力，以電動機為主；控制系統調節空壓機產生氣體的數量；空氣處理設備除掉空氣中的雜質及水分，其他附件保持系統正常運行；管路分配系統把壓縮空氣傳送到需要的地方。

  根據全生命周期成本分析理論，建立在10年運行時間基礎上，設備初始投資和維護費用約分別占壓縮空氣系統全生命周期成本的百分之12，而電動機消耗的電能費用則占到百分之76。

    壓縮空氣系統流量和壓力動態變化非常快，在許多系統中大量的空氣負荷隨機運行，經常會導致壓縮空氣系統供氣側和需求側之間的不平衡。為了客觀反映壓縮空氣系統的動態變化過程，必須同時監測和記錄系統流量、空壓機功率和系統關鍵點壓力等幾個參數。

  壓縮空氣測試系統主要由數據記錄儀、流量傳感器、壓力傳感器、功率／電流傳感器和計算機五部分組成，如圖1所示。

    (1)數據記錄儀擁有16個通道，可以接收來自于傳感器的4~ 20 mA標準信號，通過串行口可以實現與計算機的通信。記錄儀采樣記錄間隔可以根據測試需要進行設定，最小為1秒／次，在一般的測試中可以設為10秒／次。記錄儀除了可以由220 V電源進行供電外，還配有呵充電電弛，在沒有220 V電源供應時使用，兩者之間可以自由切換，充分體現了現場測試的靈活性。

    (2)功率／電流測量。空壓機電機功率的變化可以采用功率傳感器或者電流傳感器來實現。功率傳感器可以直接測試空壓機組的輸入功率，電流傳感器可以測試空壓機電機的運行電流，并通過測試空壓機電機的供電電壓后經過計算得出空壓機運行功率數據。根據功率變化評估空壓機在系統負荷發生變化時反應是否及時，同時可以估算壓縮空氣系統的能源費用。

    (3)流量測量。測試壓縮空氣流量的方法有許多種，其中對管道中的流量直接進行測試是最為有效的方法，本測試系統選用了熱式質量流量計，它根據熱傳導原理測試管道中氣體平均速度，進而根據管道面積計算系統流量。熱式質量流量計的****好處是不需要對溫度和壓力進行修正，其現場安裝如圖2所示。

    (4)壓力測量。壓縮空氣系統測試過程中的壓力傳感器和數據記錄儀進行配合，可以同時記錄多點的壓力值，從而繪出整個系統的壓力梯度曲線，依此判斷系統的壓降是否合理。另外，結合流量測試數據進行綜合分析，可以給出系統負荷變化和壓力變化之間的相互關系。壓力傳感器有幾種類型和規格，通常選用的壓力侍感器精度為百分之0 5FS（全量程）。

    (5)計算機用來與數據記錄儀通信，進行設定和下載測試數據。

    數據采集只是實現空壓機系統優化運行的第一步，對數據進行正確的處理，通過合適的曲線客觀反應空壓機系統的運行狀態非常關鍵，這要求所需要的不同類型的參數同時反應在同一張圖標上。為了實現對大量數據的快速處理和分析，設計了基于EXCEL和VBA的數據處理系統，主要由數據處理設定模塊、數據后臺處理模塊和圖表輸出模塊三部分組成。

    (1)數據處理設定模塊左側為數據命名和坐標軸設定，可以根據需求自定義將在圖表導出的每一列測試數據的名稱以及在導出圖表上在左側坐標軸還是右側坐標軸體現。中部為左側和右側坐標軸名稱及坐標軸最小、****和間隔刻度值設定部分。右側界面包括測試項目、測試日期、執行單位和出圖間隔設定四部分內容，其中出圖間隔可以根據分析需要設定每張圖的時間間隔，有半小時、th和2h可供選擇。

    (2)數據后臺處理模塊的主要功能是根據數據處理設定模塊的設定，在后臺對數據進行運算和處理，為最終圖標的輸出做準備。

    (3)圖表輸出模塊的主要功能是根據前期設定輸出圖表，如圖3所示。輸出圖表的數量取決于測試數據的時間跨度和出圖間隔設定，圖3的時間問隔為th。如果數據時間跨度為24h，則系統會從測試開始生成24張圖標，使分析人員能夠了解系統在一個正常的工作日內的變化情況，對這些變化做出進一步分析。

    一個客觀全面的系統性能分析必須包括空壓機系統供應側、需求側及兩者之間的相互作用，可以通過分析系統功率、流量和壓力變化曲線來實現，進而了解具體空壓機系統的特性，尋找系統優化空間。

 

    (1)空壓機電機功率變化曲線分析。很多空壓機系統都是多臺空壓機并聯運行向系統供氣的，分析空壓機電機的功率變化曲線可以了解空壓機的運行狀態，發現一個系統中出現多臺空壓機處于低負荷運行狀態時，可以有針對性的提出節能優化建議。圖4為上海凱士比泵有限公司壓縮空氣系統空壓機黽機功率變化曲線。從圖中可以看出，當恒壓控制的1號螺桿式空壓機開始調節減少輸出時，加／卸載控制的往復式空壓機也開始加卸載來對系統的壓力變化做出反應。三臺空壓機中的兩臺處于部分負載狀態將會明顯的降低系統運行效率，壓縮空氣的單耗會明顯增加。

    根據系統測試結果，對系統采取了如下措施進行優化：(1)將1號空壓機的控制方式由恒壓控制改為部分負載效率更高的加／卸載控制；(2)重新設定3號空壓機的壓力控制帶，當系統負荷降低時，使部分負荷效率****的3號空壓機先下載；(3)降低并穩定系統供氣壓力。通過上述改進，空壓機節能量達百分之15. 84。

     (2)系統壓力變化曲線分析。空壓機通過電動機運行消耗電力產生壓縮空氣，壓縮空氣流經空氣處理設備和管道時會產生壓力損失。電動機的運行功率與空壓機的排氣壓力具有非常重要的關系，對于供氣壓力約為0.7 MPa的系統，空壓機排氣壓力每增加0 l MPa，空壓機電動機功率將增加約百分之6。因此，為了減少空壓機電動機的運行電能消耗，應該盡量減少不必要的管道阻力損矢，以****的系統壓力向系統供氣。通過測試系統中不同位置的壓力，經數據處理軟件形成壓力梯度曲線，可以對系統各部分壓力損失和系統壓力變化進行分析，找出系統存在的問題。

    上海某公司為了生產安全對壓縮空氣過分處理，在系統總管中多安裝了一個油過濾器，過濾器前后的壓力梯度曲線如圖5所示，壓縮空氣通過過濾器產生了0.04 MPa的壓力損失。企業根據建議將過濾器濾芯去掉，同時將空壓機排氣壓力調低0.04 MPa后，系統運行正常，空壓機運行能源消耗降低了約百分之3.2。

    上海某印刷公司的壓力曲線如圖6所示，通過系統壓力測試，****供氣壓力為0.79 MPa，通過對設備需求壓力的調研可知，0. 65 MPa的供氣壓力即可滿足工藝需求，只要簡單地通過改變空壓機加、卸載壓力設定即可節約百分之8的空壓機電動機電能消耗。

    (3)空壓機流量變化曲線。空壓機系統的流量變化曲線可以客觀反映需求側壓縮空氣消耗的變化規律，結合壓力或空壓機功率變化曲線進行分析，對于系統優化具有非常重要的指導作用。圖7和圖8是某集裝箱制造企業打砂車間和噴涂車間的流量一壓力變化曲線，代表了兩種不同類型的流量負荷。從圖7可以看出，打砂時流量變化非常具有周期性，流量增加迅速，流量增加時系統壓力迅速陣低，對系統產生主動影響。從圖8可以看出，噴漆工藝的流量屬于被動型，當系統壓力增加時，噴漆流量增加，反之降低。通過對該系統的分析及優化建議，企業實施后達到百分之14. 6的節能效果。

     對50個壓縮空氣系統測試分析的結果進行了統計，共涉及空壓機316臺，總平均運行功率為2 755 kW，總的節電潛力為3 582 kW，節能率最小為百分之3，****為百分之55，平均節電潛力為百分之13. 2，年節電潛力預計2 700萬kWh，需投資1 704萬元，簡單投資回收期約為2年。

 

  通過對電機空壓機系統的性能測試系統、數據處理和分析的研究，可得出以下結論：

    (1)空壓機系統在電機系統中占有重要比重，對其系統性能測試方法和系統節能潛力分析方法進行研究，對于提高我國空壓機系統能效具有重要意義。

    (2)空壓機性能測試系統的建立，可以實現到企業現場對系統進行測試診斷，測試系統流量、壓力和空壓機功率等參數的變化數據，可以客觀反映系統參數的變化情況，為進行空壓機系統能效分析提供了一種科學有效的手段。

    (3)數據處理系統可以快速對測試數據進行處理，同時可以根據需求選擇生成圖表的時間跨度，為專業人員進行數據分析提供了有力條件。

    (4)大量的測試分析結果表明，我國空壓機

系統具有一定的節能空間。隨著我國節能工作的深入，技術節能難度逐漸增加，前期診斷分析工作難度也在增大。本文提到的測試系統和數據處理系統對于我國空壓機系統的能效提高具有重要意。