动力用空气压缩机能源效率探讨(1．合肥通用机械研究院压缩机技术国家重点实验室，安徽合肥230031;2．中机国际工程设计研究院有限责任公司，湖南长沙410007)摘要:分析了压缩空气的能量过程、动力用空气压缩机整机的能源效率和压缩空气的做功能力，提出输功效率作为考核空气压缩机的转化能源效率。指出几种空气压缩机效率只有10%左右说法是错误的。关键词:空气压缩机;压缩空气;能源效率;有效能;输功效率中图分类号:文献标识码:doi:10．3969/j．issn．1005－0329．2013．11．010TH41BＲesearchonEnergyEfficiencyoftheAirCompressorforPowerSUNXiao-ming1，PENGHeng2，LINZi-liang1(1．StateKeyLaboratoryofCompressorTechnology，HefeiGeneralMachineryＲeserchInsitute，Hefei230088，China;Abstract:Theenergytransformationintheprocessofairbeingcompressed，theaircompressor＇senergyefficiencyandthework-producingpotentialofcompressedairwereanalyzed．Theoutputpowerefficiencyastheevaluationoftheaircompressor＇sen-ergyconversionefficiencywasproposed．Tellthattheaircompressor＇sefficiencyisonlyabout10%iswrong．1前言压缩机是电机系统四大耗能设备之一，压缩空气也是现代工业四大动力之一，其节能工作受到各方面重视，其能源效率也受到大家关注。近几年出现以下几种关于压缩机效率的说法:(1)空压机的90%以上的轴功率最终没有做功产生压缩空气，而是转化成了热能被排放到周围环境中;(2)在空压机所消耗的能源中，只有19%被转化成了可供使用的功，而其他81%均以热量的形式损耗掉了;(3)空压机在运行时，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占很小的一部分，约15%左右。约85%的耗电转化为热图1螺杆空压机能量平衡由于热力学的复杂性，压缩机的输出能量不易为大家认识，上述几种均是错误说法，误导了对压缩机能源效率和压缩空气做功能力的认识，不利于压缩空气气动系统节能。查阅国内常用权威压缩机专业书籍［1～5］，未发现关于压缩机整机能源效率的阐述。因此，有必要对压缩机能源效率进行探讨。通常能源效率有2种含义:(1)有用功率对驱动功率的比值，暂称为有用功效率。这个效率不反映输入输出间的关系。(2)反映转换设备效率的输出对输入的比值，暂称为能源转换效率。本文就这2种效率进行探讨。收稿日期:2013－08－072013年第41卷第11期流体机械49这些消耗损失，才能准确地反映出压缩机整机的有用功效率。2有用功效率一般螺杆压缩机的机械效率为90%～98%［2］，可以估算一般螺杆空气压缩机整机的有用功效率约为75%～92%。因此得到，压缩机专业书籍给出的压缩机几种效率，没有准确给出压缩机有用功效率，也不反映压缩机能量输入与输出之间的效率，均不是压缩机的整机效率。空气压缩过程:空气压缩机(以下简称空压机)对空气做功，气体被压缩，压力升高，气体产生热量，如图2所示。3能源效率压缩空气作为一种动力，在节能活动中，空压机输入与输出能量之间的关系———能源转换效率更受关注。本节暂将能源转换效率定为空压机输出压缩空气的能量增加值与输入功比值。空气具有的能量，由焓、动能、势能组成［6，7］。空压机出口压缩空气流速通常小于50m/s，其动能相对空压机耗能不到0．5%，对压缩空气能量影响很小，可以忽略不计。势能是物体由于位置或位形而具有的能量。势能是指重力势能，压缩空气在系统中高度变化不定且很小，重力势能差更在空压机耗能0．01%以下，完全可以忽略。因此，可以用焓代表压缩空气的能量。压缩空气焓由内能和流动功组成，一般动力压缩空气物性可以等同理想气体。压缩空气焓图2空压机压缩空气作功示意文献［1，3～5］对绝热压缩、等温压缩、实际工作的多方压缩3种过程进行了研究:(1)绝热压缩:压缩过程压缩空气不与外界环境交换热量，即Wr=0，则:Wg=H2－H1;(2)等温压缩:压缩过程压缩空气产生热量全部散发到环境中，即:Wr=Wg;则:H2－H1=0;(3)实际多方压缩:压缩过程压缩空气产生热量部分散发到环境中，即:Wr＜Wg;则:Wg=H2－H1+Wr式中Wg———空压机对空气做功，即指示功Wr———空气对外散发热量H———空气的能量(焓)1———下...