在许多工厂中，压缩空气系统是最大的单一耗电设备之一，但它受到的关注往往不如可见的生产设备。当压缩机运行时间超过所需时间、压力高于所需压力或处于低效运行模式时，就会导致能源成本更高、维护更频繁以及关键管线的空气供应不稳定。
本文重点介绍在工业应用中提高空气压缩机效率的五种实用方法，重点是在保持生产运行的同时可以逐步实施的改变。
理论上，压缩机效率是一个技术参数，描述在给定压力和流量下电能如何有效地转化为压缩空气。然而，在实际工厂中，整体效率不仅取决于压缩机本身，还取决于其控制方式、分配网络如何设计以及下游气动设备如何供应。
因此，将压缩机效率视为系统级属性是有用的。即使是高质量的机器，如果尺寸过大、控制不当或被迫补偿网络中的泄漏和不必要的负载，其性能也会很差。
最常见的能源浪费来源之一是压缩机长时间空载或空转。在这些模式下，电机继续消耗满载功率的很大一部分，同时输送很少或不输送有用的空气。
为了减少这种浪费，工厂可以首先跟踪代表性时期内每台压缩机的加载时间与卸载时间的比率。高比例的卸载时间通常表明系统的容量超过了平均需求所需的容量，或者控制策略没有正确调整。
典型措施包括：
调整控制设定点和压力带，使压缩机不会在加载和卸载状态之间重复循环。
当需求持续低迷时（例如休息时间、夜间或周末），使用自动关闭或待机模式。
重新配置压缩机组，以便一台适当大小的机器处理基本负载，而其他机器仅在需求上升时启动。
通常选择具有较大安全裕度的压缩机，以“满足未来的任何需求”，这可能会使系统在其使用寿命的大部分时间内供应过剩。超大压缩机往往在部分负载下运行或频繁循环，这两者都会降低效率。
更有效的方法始于全天和跨季节的实际空气需求概况。通过了解基本负载、典型负载和峰值负载，该设施可以设计一种压缩机配置，使容量与这些水平更加匹配。在许多情况下，这涉及将定速机组与一台或多台变速驱动 (VSD) 压缩机相结合。
VSD 压缩机可调节电机速度以满足实时需求，从而减少频繁启停循环的需要，并使机器在各种流量范围内保持在更高效的区域运行。当与定速装置和合适的控制方案正确集成时，VSD 压缩机可以显着降低需求波动的应用中的能耗。
下表说明了考虑不同压缩机配置如何适应需求概况的简化方法。
需求特点 | 典型模式 | 配置效率较低 | 更高效的配置 |
主要是恒定的 | 产量稳定，大峰少 | 单台大型压缩机围绕负载循环 | 一种尺寸接近需求的固定速度基本负载装置 |
变化频繁且出现峰值 | 轮班、机器组合变化 | 两台大型机组交替装卸 | 固定速度基本负载与变速 VSD 的组合 |
高度间歇性 | 突发时间短，空闲时间长 | 压缩机在高压下继续运行 | 具有自动关闭和本地空气储存功能的较小装置 |
压缩机排气压力的每次增加都会对功耗产生直接影响。同时，高于必要的压力也会增加许多使用点的空气消耗，因为通过未调节的孔口和设备的流量会随着压力的增加而增加。
为了提高效率，必须确定能够可靠支持关键设备的最低稳定压力，然后尽可能接近该水平运行。这需要供给侧和需求侧共同行动：
减少干燥机、过滤器、冷却器和管道中本可避免的压降。
消除配电网络中不必要的流量限制和尺寸过小的配件。
在机器上使用尺寸合适的调节器和 FRL 装置来提供所需的精确压力。
压降位置 | 典型原因 | 改进重点 |
干燥机和主过滤器 | 设备尺寸过小或元件堵塞 | 检查选择与流程、维护或升级规模 |
小直径管道的长距离运行 | 传统尺寸，随着时间的推移添加机器 | 放大部分或添加平行线 |
机器附近的旧 FRL | 老化、肮脏或尺寸过小的单位 | 更换为现代低压降 FRL |
压缩机效率受进气质量和温度的影响。凉爽、清洁的空气可以提高容积效率并减少内部污垢，而炎热、多尘的空气则具有相反的效果。
简单的措施包括确保压缩机进气口从工厂相对凉爽、清洁的区域吸入空气，远离热废气或肮脏的工艺区域。适当的进气过滤可以保护内部组件免受灰尘影响，并有助于长期保持稳定的性能。
定期维护同样重要。肮脏的冷却器、堵塞的过滤器和油问题都会迫使压缩机更加努力地工作以提供相同的输出。明确的预防性维护计划包括对油、过滤器、皮带、联轴器和冷却系统的检查，有助于保持效率接近原始设计水平，并防止意外故障，从而迫使紧急运行在效率较低的模式下进行。
在拥有多台压缩机的工厂中，单元之间的协调对于效率至关重要。如果没有适当的控制，两台或多台压缩机可能会同时部分负载运行，或者循环进入和退出服务，从而使它们远离最佳运行点。
集中监控可以通过以下方式解决这个问题：
对压缩机进行排序，使一台机组承担大部分基本负载，而其他机组仅在需要时启动。
平衡运行时间以避免机器之间磨损的极端差异。
将系统压力维持在一个较窄的范围内稳定，从而减少不必要的增加和相应的人为需求。
与此同时，在网络的战略位置添加适当尺寸的接收罐有助于缓冲短期需求高峰。这使得压缩机控制能够平稳响应，而不是不断地追逐快速的压力波动。
尽管本文重点讨论压缩机效率，但下游设计决策对压缩机的工作强度有直接影响。过度泄漏、未调节的高压区以及高压降空气处理都会增加压缩机房的负荷。
通过将供应方面的努力与空气准备、FRL 选择和使用点调节方面的改进相结合，工厂可以实现更稳定的压力和更低的平均流量需求。这种集成方法通常比单独关注压缩机产生更好的结果。
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