來(lái)源：中國(guó)工控網(wǎng)??作者：馬工肖恩

?

什么是壓縮空氣節(jié)能？?

就從“隔壁老王”說(shuō)起吧，別看他是修自行車的，卻是個(gè)壓縮空氣節(jié)能的專家！老王心靈手巧，愛(ài)琢磨新技術(shù)，頭腦靈活，善于管理。從在街角開(kāi)修車攤的時(shí)候，王師傅就開(kāi)始?“壓縮空氣節(jié)能”事業(yè)了。

他天天跟壓縮空氣打交道，修車鋪就是“節(jié)能公司”，打氣筒就是“活塞空氣壓縮機(jī)”，騎自行車的就是“客戶”，自行車就是“用氣終端”，車胎里的就是“壓縮空氣”。打氣筒就是利用氣筒里面的皮碗來(lái)回運(yùn)動(dòng)，把取之不竭免費(fèi)的空氣，壓縮成一定壓力的氣體，給自行車用。

?

年輕時(shí)老王有力氣，所以每次緊握手柄，拉起壓下，幾個(gè)往復(fù)就把輪胎打的硬邦邦的（能源粗放運(yùn)行），然后收錢完事。這時(shí)候老王就意識(shí)到氣就是錢?。。諝獠恢靛X，壓縮空氣很值錢）。

開(kāi)始老王發(fā)現(xiàn)快節(jié)奏的打氣，會(huì)很累（能耗大），慢慢的打氣吧，也會(huì)很累（能耗也大，因?yàn)闀r(shí)間拉長(zhǎng)了），而不緊不慢的打氣（空壓機(jī)最佳運(yùn)行頻率），既能把車胎打足，花費(fèi)的力氣也最少。（第一種節(jié)能方式，出氣與需求匹配時(shí)耗能最少，變頻什么的以后再講）

過(guò)了一段時(shí)間，老王發(fā)現(xiàn)打氣有些費(fèi)勁，以前拉壓8次打足，現(xiàn)在需要10下。老王把打氣筒外殼（氣缸缸體）拆了一看“哦，是活塞的皮碗磨損了（有漏氣點(diǎn)），氣從里面漏掉了（內(nèi)部泄漏），白浪費(fèi)了我20%的力氣！”于是老王換了個(gè)皮碗，又可以8次打足了，這是最簡(jiǎn)單的空壓機(jī)改造（第二種，提高空壓機(jī)效率的節(jié)能方式）。

打氣筒用了一年多，老王發(fā)現(xiàn)即便換了皮碗，還是得打10下才行。經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)是打氣筒的氣管（氣路）上有裂紋，貼近耳朵甚至還能聽(tīng)到“呲呲”地漏氣（聲波查漏，超聲波的以后再講），老王補(bǔ)漏是內(nèi)行，很輕松的就把漏點(diǎn)補(bǔ)上了，又可以8次打足了。（第三種，檢查和減少泄漏）

當(dāng)然，有些自行車多少下也打不起來(lái)，這個(gè)簡(jiǎn)單，就是自行車內(nèi)胎壞了（終端設(shè)備），因此扎胎的補(bǔ)胎（補(bǔ)漏），氣嘴壞的更換成新型的氣嘴（換閥門）。（第四種，提供可靠的終端用氣設(shè)備）。

生意變好了，一個(gè)打氣筒不夠用了。小有盈利的老王決定再買一個(gè)打氣筒，而且是電動(dòng)的，個(gè)頭大出氣量多（不同功率的空壓機(jī)）。經(jīng)年累月，修車鋪有了很多打氣筒（不同品牌和年代的空壓機(jī)），于是打氣筒群（空壓機(jī)群）出現(xiàn)了。

下次講講空壓機(jī)群怎么控制來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

這次講講空壓機(jī)群是怎么集控的。

修車王師傅現(xiàn)在有七個(gè)電動(dòng)打氣筒了，他在修車鋪一角蓋了個(gè)打氣筒專用房間（空壓機(jī)房）。所有打氣筒的出氣管都匯總到一個(gè)鐵罐里（壓縮空氣氣罐），然后通過(guò)一條粗的管子（總管），送到修車鋪的外面。老王在外面接了十二個(gè)小氣嘴給大家用（用氣管網(wǎng)）。這就是空壓機(jī)群的集中供氣。

每天上下班高峰期間，來(lái)打氣的人多，老王就把這七個(gè)大大小小的打氣筒陸續(xù)合上開(kāi)關(guān)（所有空壓機(jī)滿負(fù)荷工作）。而低峰時(shí)期，只開(kāi)三、四個(gè)打氣筒就夠了（個(gè)別空壓機(jī)工作，其它停止），這樣運(yùn)行，既能滿足打氣的需求，耗電量也最小。（空壓機(jī)運(yùn)行優(yōu)化）。

?

那什么是空壓機(jī)群的集控呢？

問(wèn)題是這樣的，為了節(jié)省電費(fèi)，這些打氣筒既要充足的供氣，還要盡量避免空轉(zhuǎn)，所以老王頻繁穿梭于修車鋪和打氣筒房，來(lái)及時(shí)的按動(dòng)開(kāi)關(guān)（分別控制）。老王累壞了，他想“肯定有更好的辦法！”。后來(lái)他把所有打氣筒的電源都扯根電線，把開(kāi)關(guān)安裝在了修車鋪的小棚子里，他就坐在那里，看見(jiàn)打氣的人多了，就開(kāi)啟一個(gè)開(kāi)關(guān)，反之就關(guān)閉一個(gè)開(kāi)關(guān)，這樣就省事多了（集中控制）。

可即便是這樣，老王也不滿足，因?yàn)樗偟糜H眼盯著，總得親手操作，來(lái)開(kāi)關(guān)這些電動(dòng)打氣筒。

這時(shí)電腦派上了用場(chǎng)。他在外面的用氣總管上安裝了一個(gè)小儀器（壓力傳感器），可以知道管子里的氣壓是多少。然后用一根線把這個(gè)信息傳到電腦里，讓電腦做出判斷。通常用氣的人多了，管子里壓力就會(huì)降低，這時(shí)候電腦就發(fā)出指令，開(kāi)啟一臺(tái)電動(dòng)打氣筒，增加供氣。反之，用氣的人少了，壓力就會(huì)升高，電腦就關(guān)閉一個(gè)打氣筒（智能集中控制）。

電腦還可以做更多的事?？偣艿臍鈮菏嵌嗌伲袔着_(tái)打氣筒是開(kāi)著的，電腦都知道，并且可以24小時(shí)的不知疲倦的工作，老王連睡覺(jué)也不用擔(dān)心掙錢了。（這實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)群的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和集中控制）

?

以上講了空壓機(jī)群的集中控制。這時(shí)市場(chǎng)發(fā)生了變化，來(lái)打氣的除了自行車，還有摩托車和汽車，甚至老王還要給隔壁的養(yǎng)魚池供氣。也就是說(shuō)客戶需求多樣化了，有高壓空氣，有低壓空氣，有的需要?dú)饬看螅械男?。那下次就?lái)講高低壓溢流這種節(jié)能方式。

這次講講高低壓溢流，是怎么運(yùn)行的。

上次講到市場(chǎng)需求發(fā)生變化了，有的人要高壓空氣，有的要低壓空氣，而且用氣量也不一樣。比如汽車輪胎充氣需要相對(duì)少量的高壓空氣，而一個(gè)巨大的氣球就需要大量的低壓氣體。以上兩種都是間歇供氣。有的是持續(xù)供氣，比如老王給隔壁養(yǎng)魚池供氣，以增加水中的含氧量，這個(gè)就不能中斷。于是，老王就把他的電動(dòng)打氣筒分成兩類，一類打的氣壓高，一類打的氣壓低。然后他又增加了一個(gè)氣罐，這樣就有了高壓氣罐和低壓氣罐，當(dāng)然氣管也鋪設(shè)了兩路。（高低壓空氣管網(wǎng)）。

那為什么要在高壓和低壓空氣之間，增加一個(gè)溢流裝置呢？

問(wèn)題是這樣的，當(dāng)一些汽車輪胎和巨大氣球都要打氣的時(shí)候，高壓和低壓打氣筒都開(kāi)始工作，很快就把兩個(gè)氣罐充滿了，并且開(kāi)始供氣。汽車很快充滿開(kāi)走了，高壓打氣筒雖然停止了，可是滿滿一罐子的高壓空氣就這么放著。而巨大氣球那邊才充了一點(diǎn)，低壓打氣筒雖然全負(fù)荷的開(kāi)動(dòng)，但進(jìn)展也很緩慢。老王開(kāi)始琢磨了，能不能把那罐高壓空氣派上用場(chǎng)呢？

于是，他在高壓管路和低壓管路中間，安裝了個(gè)閥門（溢流裝置閥）。等汽車開(kāi)走幾輛后，不需要那么多高壓空氣的時(shí)候，他就把閥門打開(kāi)一點(diǎn)，讓一部分高壓空氣進(jìn)入到低壓管路中，給低壓空氣幫忙。當(dāng)汽車全部都充氣完成后，他就把閥門開(kāi)到最大，讓所有的高壓空氣，都溢流到低壓管網(wǎng)中，全力以赴的幫助低壓空氣。當(dāng)然，如果這時(shí)候又來(lái)了汽車要充氣，那就得把閥門再關(guān)小一些，以滿足高壓空氣的需求。這樣沒(méi)有浪費(fèi)，節(jié)省了氣，也就是省錢了（壓縮空氣節(jié)能）。

有時(shí)候甚至低壓打氣筒都?jí)牧耍枰掷m(xù)供氣的養(yǎng)魚池不能停氣，怎么辦？這時(shí)候溢流單元也起作用了，源源不斷的把高壓空氣，變成低壓空氣，給養(yǎng)魚池供氣。（提高系統(tǒng)可靠性）

?

這樣，一個(gè)溢流閥，就實(shí)現(xiàn)了高低壓空氣之間的搭配工作，提高了可靠性和效率。當(dāng)然老王不能天天盯著這個(gè)閥門，還不停的用手關(guān)大關(guān)小，所以他也引入了自動(dòng)化控制。在高低壓管路上，都裝上了壓力傳感器，把手動(dòng)閥門也換成了電動(dòng)的。于是他把高壓和低壓空氣的數(shù)值，都輸入到一個(gè)小控制器里（PLC），讓這個(gè)控制器根據(jù)壓力大小自己去操作了。

這里面還有一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，那就是優(yōu)先保證高壓，還是優(yōu)先保證低壓。還是從老王這里來(lái)講，如果來(lái)充氣的是公共汽車，必須準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)，那就得盡快給它充氣，保證一定量的高壓空氣，那這個(gè)閥門就得根據(jù)高壓管路的壓力，進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能讓氣壓掉下來(lái)。這就是保高壓。

相反，如果養(yǎng)魚池的魚很珍貴，無(wú)論如何也不能停氣，那閥門的調(diào)節(jié)，就得根據(jù)低壓空氣的壓力來(lái)調(diào)，有時(shí)候就得讓汽車充氣等一等，慢一些充氣，而必須保證有足夠的壓縮空氣溢流到低壓這端來(lái)。這就是保低壓。

以上講了高低壓溢流，是起什么作用的，怎么運(yùn)行的。老王的修車鋪越來(lái)越大了，氣管也越來(lái)越多了，難免有漏氣的地方。老王知道這些泄漏點(diǎn)其實(shí)就是漏錢的窟窿，但是面對(duì)復(fù)雜的管路，怎么能找到它們呢？下一次就講講老王發(fā)明的兩個(gè)實(shí)用的工具，檢漏掃描槍和泄漏檢測(cè)儀。

????上次講了高低壓溢流是怎么運(yùn)行的。老王修車鋪的氣管越來(lái)越多，難免有漏氣的地方。精明的老王知道這些泄漏點(diǎn)其實(shí)就是漏錢的窟窿。這一天到底漏了多少氣？這些漏點(diǎn)在什么地方？老王發(fā)明了兩個(gè)實(shí)用的工具，來(lái)解決以上兩個(gè)問(wèn)題。一個(gè)是泄漏檢測(cè)儀，另一個(gè)是檢漏掃描槍。

????先來(lái)說(shuō)泄漏檢測(cè)儀。修車鋪里的電動(dòng)打氣筒，氣罐和管路，組成了一個(gè)有壓力的空氣系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)難免有一些泄漏，那到底一小時(shí)能漏多少氣呢？如果給這個(gè)系統(tǒng)憋住，接個(gè)氣壓計(jì)，看看一個(gè)小時(shí)壓力降了多少，間接的就能推算出整個(gè)系統(tǒng)的泄漏量。但是如果這個(gè)系統(tǒng)很大，而且不能長(zhǎng)時(shí)間憋著，那怎么測(cè)量呢？老王想了一個(gè)巧妙的方法，有點(diǎn)像立一根竹竿測(cè)量它影子的長(zhǎng)度，然后推測(cè)山的高度一樣。

????老王做了幾個(gè)氣嘴，上面很精確的打了幾個(gè)不同直徑的小孔，把這些小孔當(dāng)作管路上的泄漏點(diǎn)，然后精確的測(cè)量出這些小孔的泄漏量。老王把這些氣嘴通過(guò)閥門接入到修車鋪的大管路系統(tǒng)中，通過(guò)比較打開(kāi)和關(guān)閉氣嘴時(shí)系統(tǒng)的壓力降，就可以推算出來(lái)整個(gè)修車鋪管網(wǎng)一段時(shí)間的泄漏量，從而推算出一天浪費(fèi)了多少氣，多少錢。

????老王做了個(gè)金屬殼子，把這些氣嘴，閥門裝進(jìn)去，又裝上電路板和顯示屏，再加上一些工業(yè)化的設(shè)計(jì)，就變成了一個(gè)泄漏檢測(cè)儀。老王不但用它給自己的修車鋪測(cè)泄漏量，還能給其他同行做檢測(cè)，檢測(cè)費(fèi)也不低哦。

這些氣不能白白浪費(fèi)掉，可是怎么找到這些泄漏點(diǎn)呢？在第一講說(shuō)了聽(tīng)聲音的方法，可是面對(duì)高高低低，交叉縱橫的壓縮空氣管網(wǎng)，怎么能快速而準(zhǔn)確的找到這些大大小小的漏點(diǎn)呢？除了靠人的聽(tīng)力，老王找到了一種更好的方法，就是靠超聲波來(lái)找泄漏點(diǎn)。

?

????它的測(cè)量的原理是這樣的：當(dāng)氣體從小孔中泄漏時(shí)，流出的氣體摩擦小孔會(huì)發(fā)出聲波，有些波段是人可以聽(tīng)到的，比如“嘶嘶”的聲音。而有些波段是人聽(tīng)不到的，只有超聲波探測(cè)器能更精確和全面的撲捉到這些聲波。老王把這個(gè)小探測(cè)儀裝到一個(gè)手持式的儀器中，再安裝上可以顯示聲波強(qiáng)弱的顯示燈。這樣對(duì)著管網(wǎng)上下左右的掃描，當(dāng)探測(cè)器的方向越對(duì)準(zhǔn)泄漏小孔時(shí)，顯示燈就會(huì)越亮，于是就知道這個(gè)方向上肯定有泄漏，再靠近找漏點(diǎn)就好找了。但是它有兩個(gè)缺點(diǎn)，一個(gè)是受修車鋪里叮叮咣咣這些環(huán)境噪聲影響較大。另一個(gè)是泄漏量太小了測(cè)不出來(lái)，比如用它來(lái)找車輪胎上的氣眼時(shí)，大的氣眼可以檢測(cè)出來(lái)，而小的就不行了，還得用水浸看氣泡的方法。

????這次講了老王發(fā)明的兩件利器：泄漏檢測(cè)儀和智能泄漏掃描槍。它們不但可以測(cè)量出整個(gè)管網(wǎng)泄露了多少氣體，還能夠找出具體的泄漏點(diǎn)。這些泄漏消除了，修車鋪的電動(dòng)打氣筒減少了空耗，為老王省了不少錢。老王最近有個(gè)新業(yè)務(wù)，就是給玩具氣槍的高壓儲(chǔ)氣筒灌氣，它的特點(diǎn)是壓力很高，比修車鋪的最高壓還要高出一點(diǎn)，那能實(shí)現(xiàn)嗎？接著我們講講局部增壓的技術(shù)。

上面講了老王發(fā)明的兩件利器：泄漏檢測(cè)儀和智能泄漏掃描槍。它們可以測(cè)量出整個(gè)管網(wǎng)泄露量的大小，還能協(xié)助找到泄漏點(diǎn)。而提到修車鋪的新業(yè)務(wù)，也就是給玩具氣槍的高壓儲(chǔ)氣筒灌氣，是怎么回事呢？原來(lái)修車鋪打氣筒的最高壓力是7公斤，而氣槍儲(chǔ)氣罐需要10公斤壓力（假設(shè)），它比修車鋪的高壓還要高出一點(diǎn)。聰明的老王又想出了一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新，最終接下這筆業(yè)務(wù)。

????這個(gè)技術(shù)創(chuàng)新，就是局部增壓技術(shù)，還是用修車鋪的打氣筒為例。一般的打氣筒有兩個(gè)氣孔（進(jìn)氣孔和出氣孔），有一個(gè)密封皮碗（活塞），皮碗將筒體的一端密封成一個(gè)壓力腔（假設(shè)7公斤），另一端也就是手柄這邊形成另一個(gè)壓力腔（大氣壓）。老王的創(chuàng)新是這樣的：把兩根普通打氣筒的筒體頭尾相連起來(lái)，并將連桿焊接在一起。于是這兩個(gè)并聯(lián)打氣筒變成了有四個(gè)氣孔，兩個(gè)活塞，四個(gè)壓力腔的增壓打氣筒。這里不妨將這四個(gè)壓力腔稱作上部上腔，上部下腔和下部上腔和下部下腔。兩個(gè)進(jìn)氣孔也接上7公斤壓力的氣體。這樣增壓打氣筒的硬件就具備了。

????以下就是用低壓氣產(chǎn)出高壓氣的奧妙之處：首先在上部上腔和下部上腔注入7公斤的低壓氣體，而上部下腔排空，這樣在兩個(gè)活塞的作用下，下部下腔的氣體被壓縮到了14公斤，通過(guò)打開(kāi)的排氣口排出。接下來(lái)反向運(yùn)行：在上部下腔和下部下腔注入7公斤的低壓氣體，而下部上腔排空，這樣在兩個(gè)活塞的作用下，上部上腔的氣體被壓縮到了14公斤，也通過(guò)排氣口排出。這樣周而復(fù)始的運(yùn)行，就會(huì)從下部下腔和上部上腔中源源不斷的排出增壓了2倍的壓縮氣體來(lái)。當(dāng)然因?yàn)槠ね牒屯搀w的摩擦力，以及打氣筒的密封效果等因素的限制，這個(gè)增壓比是略低于2倍的，也就是低于14公斤的。

另外，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)排氣孔什么時(shí)候打開(kāi)，來(lái)獲得不同的增壓比。舉例來(lái)講，如果注入這個(gè)增壓打氣筒壓縮氣體的壓力是7公斤的，那在增壓到12公斤的時(shí)候，就打開(kāi)排氣孔，那就獲得了12公斤高壓空氣。理論上講排出的氣體可以是7到14公斤之間的任意值。

????修車鋪里面的打氣筒雖然都是7公斤以下的配置，但是有了這件增壓利器，就可以輕松的升壓到10公斤，給高壓氣槍灌氣完全沒(méi)問(wèn)題，老王的修車鋪的業(yè)務(wù)又就拓寬了！不過(guò)這個(gè)增壓打氣筒也有缺點(diǎn)，大家也許注意到了剛才所講的，它的上部下腔和下部上腔的低壓氣體，在工作中被排空了，這部分錢就白白浪費(fèi)了。這是氣動(dòng)增壓方法的局限性，因而它適合于用氣量比較小的場(chǎng)合。但總體上這個(gè)增壓打氣筒還是能給老王賺錢的！

????這次我們講了修車鋪用低壓氣體產(chǎn)出高壓氣體的方法之一，就是利用壓縮空氣本身作為動(dòng)力，給原本有一定壓力的氣體，再次進(jìn)行壓縮，從而獲得更高壓力的氣體。當(dāng)然也有其他動(dòng)力的增壓方法，這次就不講了。下次我們講講比較普遍的變頻節(jié)能，是怎么在修車鋪里展開(kāi)應(yīng)用的。