空氣壓縮機

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空氣壓縮機(英語:Air compressor),一般簡稱為空壓機,压缩机。為一種空氣壓縮設備,使用能量,如:電力柴油汽油等,驅動馬達引擎,轉動壓縮機體,將空氣(通常為1大氣壓,約為1bar)轉換為壓縮空氣。藉由將空氣壓縮到儲氣桶之中,增加空氣之壓力。當儲氣桶壓力到達卸載壓力時,空壓機停止把空氣打入儲氣桶之中,等待儲氣桶壓力低於加載壓力時,繼續將空氣打入儲氣桶之中,持續維持儲氣桶壓力介於加載壓力與卸載壓力之間。空壓機為常見之工廠公用設備,負責提供壓縮空氣,供全廠使用,用以推動氣動裝置,如氣壓缸氣動工具等或吹氣,如:靜電消除等。其他領域,如:車廠輪胎打氣、鈑金噴漆,裝潢釘槍驅動等。空壓機之額定功率HPkW),小至1HP(0.75kW)以下,大至3000HP(約2237kW)以上,額定功率(馬力)影響空壓機之排氣流量(體積流量,Volumetric flow rate),隨著額定功率(馬力)增加,排氣流量也會跟著增加,大馬力空壓機,可以產出大排氣量流量之壓縮空氣。個人DIY維修使用之小型可攜式活塞式空壓機(約2HP以下,使用單相電源),小型維修保養廠或小型工廠使用之活塞式空壓機、小型螺旋式空壓機或渦卷式空壓機(約3~20HP,大馬力一般使用三相電源),中型工廠使用之空壓機,通常為螺旋式空壓機(約30~300HP),大型工廠使用之空壓機,通常為離心式空壓機(約250~3000HP以上)。空壓機使用生命週期內之花費,包含購買、用電、保養、維修等,其中僅用電部分就佔全部花費高達約70~80%左右,為工廠高耗能設備之一,佔工業用電比例約10%以上。 [1]

目前,國際規範空壓機效率,採用等熵效率(isentropic efficiency),並訂定合格效率標準值(最低能源效率基準),要求空壓機必須通過標準,並於空壓機的金屬銘牌上,標示等熵效率值(如:80%)與能源效率等級(1級、2級、3級)。等熵效率越高,表示能源效率越好,越省電,越節能。能源效率等級中,1級能效為最優,其次為2級,3級最差。 [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]

實務說明[编辑]

一般常見之空壓機(排氣壓力5~10bar以上),因為考量購置成本與保養維修之經濟效益,通常為油潤滑式空壓機。可分為油潤滑螺旋式空壓機,通常為3HP至300HP以上,油潤滑活塞式空壓機,通常為1HP以下至15HP以上。油潤滑渦捲式空壓機,通常為3HP至30HP。

用氣需求量大之大型工廠,通常採用無油離心式空壓機,通常為250HP以上至3000HP以下。 [10]


無油式空壓機,購置成本高,空氣壓縮過程中,不需使用油或其他介質來協助潤滑、密封與冷卻(原理為乾式),如:無油乾式螺旋式空壓機(20~300HP以上),或是無油渦卷式空壓機(乾式,1~40HP),或改使用水來協助潤滑、密封與冷卻(原理為水潤滑式),如:無油水潤滑螺旋式空壓機(20~300HP) [11] ,所以排氣不含油份(100%無油,無油最高標準為ISO 8573-1,Class 0認證),通常使用於食品業、飲料業、製藥業、醫療業、電子業、紡織業等產業,嚴格要求生產製程、設備或產品等,不允許其使用的壓縮空氣含有油份,避免造成生產製程、設備或產品,遭受污染,導致產品品質異常,造成公司重大損失。

市場趨勢[编辑]

一般需求之排氣壓力(5~10bar以上),通常為油潤滑式空壓機,螺旋式空壓機(3~300HP以上)、渦捲式空壓機(3~30HP),逐漸取代傳統的活塞式空壓機(有震動大、噪音大、排氣溫度高、排氣含油量多、供氣不連續、排氣壓力脈動大、打氣時間長、效率低、無法長時間滿載連續運轉、壓縮過程有磨損,導致易損零件多,需經常保養等缺點,但有價格較經濟的優點)。節約能源方面,新型一級能效空壓機(等熵效率高,較省電),逐步取代空壓機銘牌上完全無等熵效率標示,且未通過能效檢驗之舊型空壓機(等熵效率低,較耗電)。空壓機壓縮機體之驅動方式,直接連結驅動(如:同軸式,或使用聯軸器),逐漸取代傳統之皮帶式驅動(皮帶會導致傳動效率損失,還需要校正、調整、更換)。空壓機之馬達,採用高效率馬達(如:IE3、IE4或IE5。IE3馬達,已成為多國之最低能源效率標準,如:美國、日本、歐盟、台灣等。IE5目前為馬達最高能源效率標準。) [12] 採用高效率馬達之新型空壓機,逐漸取代馬達銘牌沒有標示任何能源效率認證之低效率馬達之舊型空壓機。 節能方面,變頻螺旋式空壓機,逐漸普及,利用變頻器直接啟動,降低空壓機馬達之啟動電流,於低用氣量或卸載時,降低壓縮機體之轉速,減少用電量,節約能源,並同時利用轉速控制,維持空壓機之排氣壓力恆定。渦卷式空壓機,控制原理使用啟動停止控制,直接啟動馬達控制渦卷式壓縮機體打氣,直接停止馬達,停止壓縮機體打氣,完全不需要一般空壓機之卸載控制,節省電費,節約能源。 空壓機運轉時產生的噪音問題,渦捲式空壓機,運轉噪音較低(一般低於60dB,市場最高技術,已可將噪音降低至45dB以下),震動較小,適用於人口稠密地區,或沒有空壓機室之公司、工廠或實驗室等,直接降低噪音對環境與人員之負面影響,可規劃將空壓機放置於生產現場,無需擔心噪音問題。

  • 有油式:
    • 油潤滑螺旋式空壓機(3~300HP以上)
    • 油潤滑渦捲式空壓機(3~30HP)
    • 油潤滑活塞式空壓機(1HP以下~15HP以上)
  • 無油式:
    • 無油乾式螺旋式空壓機(20~300HP以上)
    • 無油水潤滑螺旋式空壓機(20~300HP)
    • 無油渦捲式空壓機(1~40HP)
    • 無油活塞式空壓機(1HP以下~15HP以上)
    • 無油離心式空壓機(250HP以下~3000HP以上)

單位[编辑]

  • 排氣壓力:bar,kg/cm2,MPa,kPa,psi
  • 排氣流量:l/min,M3/min,CFM
  • 額定功率:HPkW
  • 等熵效率:%

換算[编辑]

  • 1 bar = 0.1 MPa = 100 kPa ≈ 1.0197 kg/cm2 ≈ 14.504 psi
  • 1 psi ≈ 0.0689 bar ≈ 0.00689 MPa ≈ 0.0703 kg/cm2
  • 1 M3/min = 1000 l/min ≈ 35.315 CFM
  • 1 CFM ≈ 0.0283 M3/min = 28.3 l/min
  • 1 HP = 0.7457 kW

空氣壓縮機等熵效率[编辑]

空壓機等熵效率越高,表示能源效率越好,越省電,越節能。根據美國CAGI空壓機效能檢測報告,目前(2022年)市場技術,大馬力油潤滑螺旋式空壓機,雙段壓縮螺旋式空壓機之等熵效率,最高已達到95%以上。單段壓縮螺旋式空壓機之等熵效率,最高已達到86%以上。 [13]

實例說明:某用戶廠內有多台不同品牌之50HP空壓機(如:A牌、B牌、C牌),於相同排氣壓力(如:7bar),相同排氣量(如:6M3/min)之條件下,等熵效率較高之空壓機,實際消耗功率較少,較省電,較節能。(如:A牌等熵效率77%,B牌等熵效率72%,C牌等熵效率67%,A牌等熵效率最高,最省電,C牌等熵效率最低,最耗電。)

空氣壓縮機容許耗用能源基準之計算公式中,d值稱為比例損失因子(Proportional loss factor),d值越大,表示要求之等熵效率之合格標準越高,符合此標準之空壓機,等熵效率更高,更省電。(如:d=25為目前空壓機1級能效要求之最高標準。依法規,符合d=5以上,即為1級能效,其中又可分為d=25、d=15和d=5。其中,d=25之要求標準,比d=15之要求標準更高。而d=15之要求標準,比d=5之要求標準高。)

空壓機強制性管制措施實施後將為工業節電帶來顯著效益,以一台使用20年的100hp空壓機為例,符合目前一級(d=5)能效規定的新機,效率較舊型機種提升8%,以每年運轉5,800小時來計算,一年可省下約22萬元電費。 [4]

應用[编辑]

  • 風槍吹氣、靜電消除吹氣
  • 輪胎打氣、橡皮艇充氣
  • 寶特瓶吹瓶
  • 噴漆、噴砂
  • 氣動工具驅動(如:工地現場施工、牙醫補牙、修車廠車輛維修等)
  • 工廠壓縮空氣供給(如:生產設備之氣壓缸推動或製程用氣與吹氣等)
  • 空氣制動
  • 鐵路制動
  • 醫療用氣
  • 食品製造用氣
  • 飲料生產用氣

空壓機節能[编辑]

  • 1.關閉空壓機電源,如果不使用時。
  • 2.維修管路漏氣處。
  • 3.防止發生漏氣。
  • 4.降低排氣壓力設定值,排氣壓力並非越高越好,須設定於合適壓力值。排氣壓力調降1kg/cm2約可減少6~8%耗電量。(如:從8kg/cm2調降成7kg/cm2
  • 5.檢查冷凝水洩水閥,確認是否有故障,導致無法關閉。
  • 6.檢查並優化管路配置。許多壓縮空氣系統,並非最優化。
  • 7.系統性檢查並更換濾心,而不只是隔一段時間才更換。
  • 8.熱能回收,壓縮過程會產生大量的熱能。
  • 9.注重並確實保養,不要只在意保養很花錢。
  • 10.確認並避免壓縮空氣被誤用。

[14] [15]

  • 11.使用高效率空壓機(等熵效率越高,越省電,越節能,如:一級能效空壓機)

[15]

  • 12.使用變頻空壓機(適合高用氣變動率之用戶,如:尖峰時段平均用氣量90%,離峰時段平均用氣量45%,用氣變動率越高越頻繁,變頻節能效益越好。目前市場技術,變頻空壓機節能,最高可以節省能源約50%,相對於沒有通過能效檢驗之傳統舊型定頻空壓機。)

控制方式[编辑]

  • 啟動停止控制
  • 加載卸載控制
  • 容調控制
  • 變頻控制

分類[编辑]

1.依工作原理分類:

  • 容積式空壓機(Positive displacement)
    • 往復式空壓機
      • 活塞式空壓機
    • 迴轉式空壓機 [16]
      • 螺旋式空壓機(Screw air compressor)
      • 渦捲式空壓機(Scroll air compressor)
  • 動力式空壓機(Dynamic)
    • 離心式空壓機(Centrifugal air compressor)[10]
    • 軸流式空壓機(Axial air compressor)

2.依排氣含油分類:

  • 有油式空壓機(油潤滑式空壓機)
  • 無油式空壓機(無油最高標準為ISO 8573-1,Class 0認證)
    • 無油乾式空壓機
    • 無油水潤滑式空壓機

3.依冷卻方式分類:

  • 氣冷式空壓機
  • 水冷式空壓機

4.依移動方式分類:

  • 固定式空壓機
  • 移動式空壓機

5.依可變轉速分類:

  • 定頻式空壓機(固定轉速空壓機)
  • 變頻式空壓機(可變轉速空壓機)

法規管制[编辑]

  • 依據中華民國法規,自民國110年(公元2021年)1月1日起,管制規定範圍(微油、由5~270hp三相電動機驅動、出口壓力在7~14±0.5kgf/cm2)內的固定轉速迴轉式、可變轉速迴轉式與活塞式空壓機,能源效率必須達三級(d=-5)以上,且於中華民國能源效率管理系統(中華民國能源效率管理系統页面存档备份,存于互联网档案馆))申請取得登錄編號,不符合能源效率規定的機種將禁止製造、進口與陳列銷售予國內使用。
  • 承上,廠商製造、進口空氣壓縮機時,應於設備明顯處以金屬銘牌標示:
    • 1.產品名稱
    • 2.產品型號
    • 3.額定功率(kW)
    • 4.額定電壓(V)
    • 5.滿載消耗電功率(kW)
    • 6.滿載入口體積流量 (立方公尺/分鐘)
    • 7.出口壓力 (kgf/cm²)
    • 8.效率(%)(等熵效率)及能效等級(1級、2級、3級)
    • 9.產品登錄編號
    • 10.製造年份及製造號碼
    • 11.生產國別或地區
    • 12.製造或委製廠商名稱

[2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]

能效合格登錄查詢[编辑]

參見[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ 台灣電力公司_能源技術服務页面存档备份,存于互联网档案馆).
  2. ^ 2.0 2.1 訂定「空氣壓縮機容許耗用能源基準與能源效率分級標示事項、方法及檢查方式」自110年1月1日起生效页面存档备份,存于互联网档案馆).
  3. ^ 3.0 3.1 空氣壓縮機容許耗用能源基準與能源效率分級標示事項、方法及檢查方式(110年1月1日生效)页面存档备份,存于互联网档案馆).
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 空壓機能源效率與分級管制 110年正式上路页面存档备份,存于互联网档案馆).
  5. ^ 5.0 5.1 動力與公用設備補助作業要點(110年).
  6. ^ 6.0 6.1 動力與公用設備補助作業要點(110年版)页面存档备份,存于互联网档案馆).
  7. ^ 7.0 7.1 空壓機國際管制現況页面存档备份,存于互联网档案馆).
  8. ^ 8.0 8.1 國內動力與公用設備MEPS推動,建議以技術能力較佳之空壓機優先實施页面存档备份,存于互联网档案馆).
  9. ^ 9.0 9.1 空壓機檢測服務(工研院機械所新竹中興院區)页面存档备份,存于互联网档案馆).
  10. ^ 10.0 10.1 CAGI, Sections: Centrifugal Compressors页面存档备份,存于互联网档案馆).
  11. ^ CAGI Rotary Air Compressor Selection Guide页面存档备份,存于互联网档案馆).
  12. ^ 低壓三相鼠籠型感應電動機(含安裝於特定設備之一部者)能源效率基準、效率標示及檢查方式
  13. ^ CAGI Performance Verification Data Sheets页面存档备份,存于互联网档案馆).
  14. ^ 10 Steps to Savings页面存档备份,存于互联网档案馆).
  15. ^ 15.0 15.1 製造業節約用電(台灣電力公司)页面存档备份,存于互联网档案馆).
  16. ^ CAGI, Sections: Rotary Positive Compressors页面存档备份,存于互联网档案馆).

外部連結[编辑]

页面存档备份,存于互联网档案馆