1. 技術
      TECHNIQUE

      壓縮空氣輸氣管道壓降對生產工藝的影響

         自壓縮空氣系統節能服務受到重視以來,對降低壓縮空氣輸送過程中壓力降(壓損)所造成的能耗浪費,被視為節能改造與優化的一個重要組成部分。在實際節能改造過程,80%以上的節能服務都進行了或多或少的管道改造,以降低管道壓力降對能耗的影響。有時這樣的改造后,節能效果是顯著的(詳見筆者《淺析如何選用壓縮空氣輸氣管道的直徑》一文),但對于因管道壓力降低對后端氣動設備的影響,我們關注的比較淺顯與不夠深入。比如:只關注到壓力實在過低,設備動不了所帶來大的麻煩,而對于壓力降低到接近氣動設備用氣壓力的臨界值時,對氣動設備的影響情況,不甚了解。為此,本文將簡要分析壓縮空氣輸氣管道壓力降對氣動機械及噴涂生產工藝的影響。
        一個理想的壓縮空氣管道網絡應將壓縮空氣無損地輸送到用氣末端,但由于受到各種條件的限制與各種情況的影響,壓縮空氣在實際輸送過程中會有種種損失,包括壓力損失、溫度損失和流量的泄露損失等。而氣動系統必須在額定氣壓下才能發揮最佳效益,那這種壓力降低到底會帶氣動系統帶來什么樣的影響呢?以氣動馬達為例:
        1、當壓縮空氣壓力降低時,氣動馬達轉速降低,可用下列公式進行估算:
      壓縮空氣輸氣管道壓降對生產工藝的影響
        式中
        n--實際供給空氣壓力下的轉速,r/min;
        Ne--額定空氣壓力下的轉速,r/min;
        P--實際供給的氣源壓力,MPa;
        Pe--設額定供給的標準氣源壓力,MPa;
        例:假定設計的標準空氣壓力為0.6MPa,轉速為10000r/min,而實際供給的空氣壓力為0.55MPa,則氣動馬達的實際轉速為:
      壓縮空氣輸氣管道壓降對生產工藝的影響
        2、氣動馬達的扭矩與隨空氣壓力成比例升降,可用下列公式進行估算:
      壓縮空氣輸氣管道壓降對生產工藝的影響
        式中:
        M--實際供給空氣壓力下的扭矩,N·m;
        Me--額定氣源壓力下的扭矩,N·m;
        3、氣動馬達功率與供氣壓力的關系:
      壓縮空氣輸氣管道壓降對生產工藝的影響
        式中:M--扭矩
        N--轉速
        供氣壓力與氣動設備機械特性間的關系實際上是很復雜的,并且隨著各種機械的結構不同而有差異。在一般工程計算中可用下式來估算壓力降對氣動設備輸出功率的影響:
      壓縮空氣輸氣管道壓降對生產工藝的影響
        式中:△P--氣動設備功率下降值,%;
        Pe--氣動設備的額定工作壓力(絕對值),Pa;
        △p--輸入壓縮空氣的壓力降,Pa。
        例:某氣動設備的額定工作壓力是0.6MPa(表壓),那么0.55MPa的壓力降,可使氣動設備的出力減少:
      壓縮空氣輸氣管道壓降對生產工藝的影響
        依據經驗數據得出:每降低0.01MPa壓力降,氣動設備或工具的功率下降2.5%。如果想補償功率損失,那就必須提高空氣壓縮機的排氣壓力或增加輸氣管道直徑,但這兩種辦法都意味著成本的增加。
        4、實例1[1]:氣動鑿巖機以壓縮空氣作為動力,工作壓力對性能參數構成直接的影響,是其重要的工作參數。
        沖擊功率:是由沖擊能量和沖擊頻率計算得出:
      壓縮空氣輸氣管道壓降對生產工藝的影響
        式中:
        N--沖擊功率,kW
        壓縮空氣輸氣管道壓降對生產工藝的影響--沖擊頻率,鑿巖機活塞每秒的沖擊次數,=8.33× 壓縮空氣輸氣管道壓降對生產工藝的影響  (式中,m為活塞質量)
        E--沖擊能量,J,E=KePSA×10-3
        式中:
        P--工作壓力,MPa;
        A--沖程活塞有效受壓面積,mm2;
        S--活塞行程,mm;
        為了以上經驗數據(每降低0.01MPa壓力降,氣動設備或工具的功率下降2.5%。如果想補償功率損失),我們直接從參考資料中拿出測試數據(如下表),予以驗證:
      壓縮空氣輸氣管道壓降對生產工藝的影響
        即機號1,壓力為0.60MPa時,沖擊功率為2.92kW,當壓力下降到0.50MPa時(下降了0.1MPa),沖擊功率為2.15kW,則功率下降為        壓縮空氣輸氣管道壓降對生產工藝的影響                       
             正好與壓力每降低0.01MPa,功率下降約2.5%相符。
        同時,從公式與上表中還可看到,是因為壓力下降導致沖擊能量和沖擊頻率下降,最終沖擊功率下降,可見壓力降低將造成鑿巖機的使用性能降低。
        實例2:壓縮空氣壓力對涂裝效果的影響。
        在涂裝作業中所使用的噴涂氣壓達不到要求的標準時,會出現一些噴涂上的缺陷,比如會使漆膜出現桔皮紋理。
      壓縮空氣輸氣管道壓降對生產工藝的影響
        總之:不管是從成本角度,還是從節約能源角度,壓縮空氣系統輸氣管道中的壓力降都應該盡量減少。否則,不僅因為管道壓力降太大,需提升前端空壓機產氣壓力的供應,從而造成浪費能源,還會因壓力不夠造成末端氣動設備動力不足,影響設備的正常工作和產品質量,甚至加速設備的性能衰減。
       
        參考文獻
        [1]徐卸南、何興齡《工作壓力對氣動鑿巖機性能參數的影響》,鑿巖機械氣動工具,2015(4).
        1)淺析如何選用壓縮空氣輸氣管道的直徑——輸氣管道系列1-3
        2)淺析壓縮空氣輸氣管道壓力降對氣動機械與生產工藝的影響——輸氣管道系列2-3
        3)淺析壓縮空氣輸氣管道壓力降對氣動機械的影響——輸氣管道系列3-3

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