摘要：在对我国电机系统能效现状和空压机系统进行介绍的基础上，对空压机系统的。眭能测试和数据处理系统进行阐述。通过系统分析实例证明了应用系统方法对空压机系统进行性能测试和分析，列于提高空压机系统能效具有重要意义。

    关键词：电机系统；空压机；性能测试

    中图分类号：TM301. 4文献标识码：A文章编号：1673-6540(2010)03-0061-05

    电机系统包括电动机、被拖动装置、传动控制系统及管网负荷，其耗电量约占全国用电量的百分之60和工业用电量的百分之80，萁中风机、泵类和空压机的用电量分别占全国用电量的百分之10. 4、百分之20. 9和百分之9.4。2007年我国各类电动机装机总容量约为7. 28亿kW，耗电量约为19 566万kWh。目前，我国电机系统主要存在两方面问题：一是电动机及被拖动设备效率低，电动机、风机、泵等设备陈旧落后，效率比国外先进水平低百分之2~5；二是系统匹配不合理，“大马拉小车”现象严重，系统运行效率比国外先进水平低百分之10~20。因此，我国在制定节能中长期规划时将电机系统节能列入十大重点节能工程，可见提高电机系统的能效水平对于我国的能源节约和发展低碳经济具有重要意义。

    虽然空压机在电机系统耗电中也占有较大比重，在大多数工厂中要占其全部能耗的拜耳百分之10~40，但与风机和泵系统的节能工作起步较早有所不同，近几年国内、外才开始重视空压机系统的节能和优化问题，并且通过建立便携式性能测试系统采集数据进行分析，进而提出空压机系统的优化方案的也比较少。本文介绍了可以进行空压机系统性能测试和数据处理的系统，该系统具有便携性，可以对企业在用的空压机系统进行测试和分析，对于在用空压机系统的优化可以提出改造建议，也可以指导设计人员进行空压机系统的优化设计：

  典型的压缩空气系统主要由空压机、动力源、控制器、空气处理设备、附件及管路分配系统等组成。空压机吸人周围大气中的空气并增压至系统设定的压力排人管道中，往复式、螺杆式和离心式空压机目前应用最为广泛；动力源为空压机运行提供动力，以电动机为主；控制系统调节空压机产生气体的数量；空气处理设备除掉空气中的杂质及水分，其他附件保持系统正常运行；管路分配系统把压缩空气传送到需要的地方。

  根据全生命周期成本分析理论，建立在10年运行时间基础上，设备初始投资和维护费用约分别占压缩空气系统全生命周期成本的百分之12，而电动机消耗的电能费用则占到百分之76。

    压缩空气系统流量和压力动态变化非常快，在许多系统中大量的空气负荷随机运行，经常会导致压缩空气系统供气侧和需求侧之间的不平衡。为了客观反映压缩空气系统的动态变化过程，必须同时监测和记录系统流量、空压机功率和系统关键点压力等几个参数。

  压缩空气测试系统主要由数据记录仪、流量传感器、压力传感器、功率／电流传感器和计算机五部分组成，如图1所示。

    (1)数据记录仪拥有16个通道，可以接收来自于传感器的4~ 20 mA标准信号，通过串行口可以实现与计算机的通信。记录仪采样记录间隔可以根据测试需要进行设定，最小为1秒／次，在一般的测试中可以设为10秒／次。记录仪除了可以由220 V电源进行供电外，还配有呵充电电弛，在没有220 V电源供应时使用，两者之间可以自由切换，充分体现了现场测试的灵活性。

    (2)功率／电流测量。空压机电机功率的变化可以采用功率传感器或者电流传感器来实现。功率传感器可以直接测试空压机组的输入功率，电流传感器可以测试空压机电机的运行电流，并通过测试空压机电机的供电电压后经过计算得出空压机运行功率数据。根据功率变化评估空压机在系统负荷发生变化时反应是否及时，同时可以估算压缩空气系统的能源费用。

    (3)流量测量。测试压缩空气流量的方法有许多种，其中对管道中的流量直接进行测试是最为有效的方法，本测试系统选用了热式质量流量计，它根据热传导原理测试管道中气体平均速度，进而根据管道面积计算系统流量。热式质量流量计的****好处是不需要对温度和压力进行修正，其现场安装如图2所示。

    (4)压力测量。压缩空气系统测试过程中的压力传感器和数据记录仪进行配合，可以同时记录多点的压力值，从而绘出整个系统的压力梯度曲线，依此判断系统的压降是否合理。另外，结合流量测试数据进行综合分析，可以给出系统负荷变化和压力变化之间的相互关系。压力传感器有几种类型和规格，通常选用的压力侍感器精度为百分之0 5FS（全量程）。

    (5)计算机用来与数据记录仪通信，进行设定和下载测试数据。

    数据采集只是实现空压机系统优化运行的第一步，对数据进行正确的处理，通过合适的曲线客观反应空压机系统的运行状态非常关键，这要求所需要的不同类型的参数同时反应在同一张图标上。为了实现对大量数据的快速处理和分析，设计了基于EXCEL和VBA的数据处理系统，主要由数据处理设定模块、数据后台处理模块和图表输出模块三部分组成。

    (1)数据处理设定模块左侧为数据命名和坐标轴设定，可以根据需求自定义将在图表导出的每一列测试数据的名称以及在导出图表上在左侧坐标轴还是右侧坐标轴体现。中部为左侧和右侧坐标轴名称及坐标轴最小、****和间隔刻度值设定部分。右侧界面包括测试项目、测试日期、执行单位和出图间隔设定四部分内容，其中出图间隔可以根据分析需要设定每张图的时间间隔，有半小时、th和2h可供选择。

    (2)数据后台处理模块的主要功能是根据数据处理设定模块的设定，在后台对数据进行运算和处理，为最终图标的输出做准备。

    (3)图表输出模块的主要功能是根据前期设定输出图表，如图3所示。输出图表的数量取决于测试数据的时间跨度和出图间隔设定，图3的时间问隔为th。如果数据时间跨度为24h，则系统会从测试开始生成24张图标，使分析人员能够了解系统在一个正常的工作日内的变化情况，对这些变化做出进一步分析。

    一个客观全面的系统性能分析必须包括空压机系统供应侧、需求侧及两者之间的相互作用，可以通过分析系统功率、流量和压力变化曲线来实现，进而了解具体空压机系统的特性，寻找系统优化空间。

 

    (1)空压机电机功率变化曲线分析。很多空压机系统都是多台空压机并联运行向系统供气的，分析空压机电机的功率变化曲线可以了解空压机的运行状态，发现一个系统中出现多台空压机处于低负荷运行状态时，可以有针对性的提出节能优化建议。图4为上海凯士比泵有限公司压缩空气系统空压机黾机功率变化曲线。从图中可以看出，当恒压控制的1号螺杆式空压机开始调节减少输出时，加／卸载控制的往复式空压机也开始加卸载来对系统的压力变化做出反应。三台空压机中的两台处于部分负载状态将会明显的降低系统运行效率，压缩空气的单耗会明显增加。

    根据系统测试结果，对系统采取了如下措施进行优化：(1)将1号空压机的控制方式由恒压控制改为部分负载效率更高的加／卸载控制；(2)重新设定3号空压机的压力控制带，当系统负荷降低时，使部分负荷效率****的3号空压机先下载；(3)降低并稳定系统供气压力。通过上述改进，空压机节能量达百分之15. 84。

     (2)系统压力变化曲线分析。空压机通过电动机运行消耗电力产生压缩空气，压缩空气流经空气处理设备和管道时会产生压力损失。电动机的运行功率与空压机的排气压力具有非常重要的关系，对于供气压力约为0.7 MPa的系统，空压机排气压力每增加0 l MPa，空压机电动机功率将增加约百分之6。因此，为了减少空压机电动机的运行电能消耗，应该尽量减少不必要的管道阻力损矢，以****的系统压力向系统供气。通过测试系统中不同位置的压力，经数据处理软件形成压力梯度曲线，可以对系统各部分压力损失和系统压力变化进行分析，找出系统存在的问题。

    上海某公司为了生产安全对压缩空气过分处理，在系统总管中多安装了一个油过滤器，过滤器前后的压力梯度曲线如图5所示，压缩空气通过过滤器产生了0.04 MPa的压力损失。企业根据建议将过滤器滤芯去掉，同时将空压机排气压力调低0.04 MPa后，系统运行正常，空压机运行能源消耗降低了约百分之3.2。

    上海某印刷公司的压力曲线如图6所示，通过系统压力测试，****供气压力为0.79 MPa，通过对设备需求压力的调研可知，0. 65 MPa的供气压力即可满足工艺需求，只要简单地通过改变空压机加、卸载压力设定即可节约百分之8的空压机电动机电能消耗。

    (3)空压机流量变化曲线。空压机系统的流量变化曲线可以客观反映需求侧压缩空气消耗的变化规律，结合压力或空压机功率变化曲线进行分析，对于系统优化具有非常重要的指导作用。图7和图8是某集装箱制造企业打砂车间和喷涂车间的流量一压力变化曲线，代表了两种不同类型的流量负荷。从图7可以看出，打砂时流量变化非常具有周期性，流量增加迅速，流量增加时系统压力迅速阵低，对系统产生主动影响。从图8可以看出，喷漆工艺的流量属于被动型，当系统压力增加时，喷漆流量增加，反之降低。通过对该系统的分析及优化建议，企业实施后达到百分之14. 6的节能效果。

     对50个压缩空气系统测试分析的结果进行了统计，共涉及空压机316台，总平均运行功率为2 755 kW，总的节电潜力为3 582 kW，节能率最小为百分之3，****为百分之55，平均节电潜力为百分之13. 2，年节电潜力预计2 700万kWh，需投资1 704万元，简单投资回收期约为2年。

 

  通过对电机空压机系统的性能测试系统、数据处理和分析的研究，可得出以下结论：

    (1)空压机系统在电机系统中占有重要比重，对其系统性能测试方法和系统节能潜力分析方法进行研究，对于提高我国空压机系统能效具有重要意义。

    (2)空压机性能测试系统的建立，可以实现到企业现场对系统进行测试诊断，测试系统流量、压力和空压机功率等参数的变化数据，可以客观反映系统参数的变化情况，为进行空压机系统能效分析提供了一种科学有效的手段。

    (3)数据处理系统可以快速对测试数据进行处理，同时可以根据需求选择生成图表的时间跨度，为专业人员进行数据分析提供了有力条件。

    (4)大量的测试分析结果表明，我国空压机

系统具有一定的节能空间。随着我国节能工作的深入，技术节能难度逐渐增加，前期诊断分析工作难度也在增大。本文提到的测试系统和数据处理系统对于我国空压机系统的能效提高具有重要意。