【压缩机网】测量压缩机FAD流量（Free Air Delivery）是一项颇具挑战性的任务。压缩机制造商在工厂采用的FAD测量方法，在现场测量时往往会受制于现场条件而不可行或不适用。但如果采用合适的流量测量工具和数学方法，完成这项任务其实并不难。本文旨在阐述在FAD测量过程中如何正确选择流量计以及测量中需要考虑的因素。

 

　　压缩机的基本功能是吸入环境空气后将空气进行压缩，然后将压缩后的空气排出到压缩空气管网中。压缩机的性能指标体现在压缩机的额定功率以及制造商给出的FAD性能说明上。但如果你做过现场测量，就会发现实际情况有时并非如此。其实，通过以下几个简单问题就可以判断压缩机的性能：压缩机消耗了多少电能？压缩机输出了多少压缩空气？压力分布曲线的具体形态是怎样的？
 

　　为回答上述问题，我们必须在生产现场进行相关测量。通常，测量分为两类：

 

　　·临时性能测量，通常用于新设备安装结束后或者压缩机采购决策前，目的是分析压缩机的性能，以便提供性能对比。

 

　　·长期性能监测，用于实时监测压缩机性能，以便合理安排设备维护或主机大修。
 

 

　　FAD的标准定义

 

　　流量是指单位时间内测量到的气体体积，但气体容易被压缩或膨胀且体积随温度变化而变化； 另外空压机吸入的空气含湿度（水蒸气），密度（每立方米空气质量）也会随海拔和温度的变化而发生改变。为了确保测量的一致性，业界推出了一系列国际标准，比如ISO 1217。该标准规定了容积式压缩机（含旋转螺杆压缩机）的验收试验标准。

 

　　ISO 1217中3.4.1条款陈述如下：

 

　　压缩机的实际容积流量是指经过压缩机压缩，并在标准排气位置排出的气体容积流量，换算到进口标准吸气位置的全温度、全压力、全组分的状态的气体容积值。

 

　　这是将压缩机排放气体的实际容积换算到压缩机进气口自由空气条件下的状况。因此，FAD是指在压缩机排气口测得的吸入压缩机的自由空气总量。FAD采用容积流量单位，例如m³/min和l/s等。ISO 1217允可的各式流量计s*先计算空气的质量流量，之后将该流量基于压缩机进气口空气的密度转换成进气口容积流量。理想情况下，是采用真实环境条件，但为了方便起见，ISO 1217建议在可容忍的真实条件下，采用以下环境条件值：

 

　　·压力=绝对值1bar

 

　　·温度=20℃

 

　　·相对湿度=0％

 

　　z*后, 流量计会根据进气口湿度、流量计上游的凝结水量以及电机的转速对容积流量值进行校正。提示：压缩机制造商提供的FAD数据有可能是在不同的进气口条件下测得的，因而建议在考查压缩机性能时，必须查阅压缩机的数据表，而不是简单地查看铭牌上显示的数据！

 

　　将空气压缩至更大压力需要更多的能量。而在压缩机内，空气损失和工作空气的用量随压力增加而增加，只有这样压缩机马达才不会在更高的压力下出现过载。例如，在8bar与10bar的压力下，旋转螺杆压缩机的运行速度是不一样的。
 

 

　　影响压缩机效率的主要因素

 

　　压缩机效率受到多个因素的影响。表1显示了影响两种主流压缩机（螺杆和离心机）性能的主要因素（吸入口温度对螺杆和离心机的影响各不相同，但本文将不就此进行深入阐述。）。

 

　　压缩机制造商根据国际标准（例如，离心压缩机的ISO 5389）对压缩机的性能进行测量，并将测量值通过数据表单对外发布。然而，这些测量均在工厂中完成，而非在真实的现场条件下进行；此外，随着压缩机使用年限的增长，其性能也有可能下降甚至可能需要主机大修。为监测压缩机性能，推荐进行现场检测。而且很有必要采用更为积极的措施——对压缩机进行长期的实时监测和实时性能评估。

 

　　空压机排气流量测量方法对比

 

　　空压机的排气流量中包括空气、水、油和颗粒。有些测量方法因为无法适用气体中的水和油，以失败告终。另一些测量方法因为会产生压降，引起能源和费用的浪费，也不适用。业界对用于压缩机排气流量计提出了如下基本要求：

 

　　·耐水和油滴

 

　　·抗颗粒

 

　　·可处理高速和高温气体（高达70℃）

 

　　·z*小压降，z*好无压降

 

　　·插入式流量计便于临时性安装测量

 

　　表2对比了z*常见的流量计原理及它们的性能对比。

 

　　从表2可以看出，皮托管流量计是测量压缩机排气口流量的z*佳选择。该方法不仅在工业应用中证明了其可靠性，而且它也是航空界标准的空气速度测量方法。
 

 

　　如何测量排气流量的FAD值

 

　　用皮托管流量计测量得到的压缩空气的排气流量，必须同时测量工作温度和工作压力才能计算得到FAD流量。

 

　　我们必须理解压缩机工作状态下出口流量包括了下面2个部分：

 

　　·空气流量：这是我们想要准确测量的。

 

　　·水流量：这将在后期空气处理过程时被去除。

 

　　要准确地评估水的含量，需要测量管道中的湿度。这不是一件容易的事情，因为高温下湿度接近饱和，许多湿度传感器在这种情况下无法正常工作。我们通过长期的测试经验发现，当湿度设定在80%～99%之间的某个值，其湿度对流量测量偏差的影响不超过±0.3%。 

 

　　基于这个发现，我们对相对湿度设置了一个恒定数值，这样我们就可以从流量中扣除含水量，并计算出标准条件下（即20℃, 1000hPa）的“干空气流量”。 

 

　　吸入空气的湿度会影响排出干燥气体的总量, 但其影响力小于其它因素。例如，在热带炎热的天气条件下（32℃和75%rH）, 干燥空气的容积只比吸入空气容积小3.5%。而大气压力和气候变化带来的影响可能达到这个数据的两倍之多。未及时清洗的进气过滤器也可能对吸入空气流量带来2～3%的变化值。

 

　　遵照气体定律以及压缩机制造商规定的进气条件，我们z*终计算出了FAD流量值。

 

　　这样测量计算出的FAD流量值体现了压缩机“真正”的产出流量值。（为了与空压机厂家提供的数据表进行比较，请确保在相同进气条件下比较）。

　　如何测量空压机功率

 

　　很多时候，人们认为准确测量到电流值，就可以计算出功率值（kW），这种方法随后被用在计算空气压缩机的满载比功率（m³/min/kW）或估算流量（m³/min）上。然而，这种方法是错误的！
 

　　如果我们只测量电流值，那么我们就没有考虑功率因数以及交流电三相之间负载不平衡对功率的影响，这有可能导致百分之几十的误差。

 

　　这样估算出的功率值很难精确地计算出空压机在性能-控制循环中的加载率。这些复杂的计算必须使用短期数据，因为压缩机状态和控制一直在随着时间变化。

 

　　正确的测量方法是：用功率表测量压缩机三相的电流与电压，计算出功率因数。功率计算公式如下：

 

　　kW=(A×V×1.732×PF)/1000

 

　　kW=输入功率

 

　　A=电机电流

 

　　V=线电压

 

　　PF=功率因数

 

　　如何测量空气处理过程中的各项损失

 

　　空气经过压缩机后，会继续经过干燥机和过滤器，去除水汽、颗粒、残余油。如果我们把压缩机出口处测量到的流量和压力值与经过后期空气处理后的测量值进行比较，我们可能会发现下述两方面的重大损失:

 

　　·由于老化或安装不当而导致的设备部件、排水管、过滤器和管道连接处的泄漏。泄漏管理系统可以显著减少这些损失。

 

　　·再生干燥过程中用于吹扫干燥作用的气体损失（3-25%）。

 

　　这些损失解释了为什么经过空气处理过程后的空气与压缩机出口在流量上有所减少（见图2）。
 

 

　　在考察系统的整体性能时，压力同样扮演着重要角色。各环节引起的压降损失必须通过增加空压机的压力设置进行补偿，这就导致了更高的能源消耗。压力损失通常发生在：

 

　　·过滤器堵塞导致的压降增大。

 

　　·管径尺寸与空气流量间的不匹配（管径小流量大）。

 

　　压缩机性能测量与监控的重要性日渐突显。对空压机进行长期性能监测可为用户带来更多益处：开展预见性维护，从而在零部件故障之前对其进行维护保养；追踪能源消耗，投资可以在很短时间内得到回报。再配合定期泄漏检测，用户将享有一个健康高效的空压机系统。

 

　　（注：此文仅代表作者个人观点！）