สูตรคำนวณปริมาณการผลิตก๊าซและความดันกำลังของเครื่องอัดอากาศ

การวิเคราะห์พารามิเตอร์หลักของคอมเพรสเซอร์อากาศ

ในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม เครื่องอัดอากาศถือเป็นอุปกรณ์หลักที่ให้พลังงานลม ในการรับประกันการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพของระบบ จำเป็นต้องทำความเข้าใจอย่างถูกต้องปริมาณการผลิตก๊าซ、กำลังและความเครียดพารามิเตอร์หลักทั้งสามประการและความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันของพวกมัน การเข้าใจสูตรคำนวณที่เกี่ยวข้องจะช่วยให้สถานประกอบการสามารถตัดสินใจอย่างเป็นวิทยาศาสตร์ในการเลือกอุปกรณ์และการปรับปรุงเพื่อประหยัดพลังงานได้

แนวคิดพื้นฐานทางฟิสิกส์

• ปริมาณก๊าซที่ผลิต (ปริมาตรการระบายอากาศ): โดยทั่วไปหมายถึงปริมาตรของก๊าซที่เครื่องอัดอากาศปล่อยออกมาในหน่วยเวลา ซึ่งถูกปรับให้เป็นสภาวะดูดมาตรฐาน (โดยปกติคือความดันบรรยากาศสัมบูรณ์ 1 บรรยากาศ, 20℃) ปริมาตรภายใต้หน่วยส่วนใหญ่คือ m³/min.
• ความเครียดจากการทำงาน: ความดันของก๊าซที่ปล่อยออกจากเครื่องอัดอากาศ โดยทั่วไปหมายถึงความดันแบบเกจ มีหน่วยเป็น MPa หรือ bar.
• กำลังเพลา: กำลังกลไกที่แท้จริงที่จำเป็นในการขับเคลื่อนเครื่องอัดอากาศ โดยมีหน่วยเป็น kW.

การคำนวณทางทฤษฎีของกำลังเครื่องอัดอากาศและอัตราการผลิตก๊าซ

กำลังเพลาเชิงทฤษฎีของเครื่องอัดอากาศสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรทางเทอร์โมไดนามิกส์ สำหรับการอัดแบบไอโซโธรมิกและแบบอะดิอาบาติก สูตรคำนวณจะแตกต่างกัน ในภาคอุตสาหกรรมมักนิยมใช้กระบวนการอัดแบบโพลิโทรปิก

สูตรคำนวณกำลังตามทฤษฎี:

P = (n / (n – 1)) * P1 * Q1 * [(P2 / P1)^((n – 1) / n) – 1] / 60

• พี: กำลังตามทฤษฎี (kW)
• n: ดัชนีความแปรปรวน (โดยทั่วไปมักอยู่ระหว่าง 1.2 ถึง 1.3)
• P1: ความดันสัมบูรณ์ขณะหายใจเข้า (MPa)
• พี2: ความดันสัมบูรณ์ของไอเสีย (MPa)
• คำถามที่ 1: อัตราการไหลของปริมาตรของก๊าซ (m³/min)

สูตรการประมาณค่าโดยใช้ประสบการณ์ในงานวิศวกรรม

ในการเลือกขนาดอุปกรณ์ในงานวิศวกรรมจริงนั้น เนื่องจากมีปัจจัยต่างๆ เช่น การสูญเสียทางกลและประสิทธิภาพของมอเตอร์ ทำให้การคำนวณเชิงทฤษฎีมีความซับซ้อนพอสมควร โดยทั่วไปมักใช้สูตรเชิงประจักษ์เพื่อประเมินความสัมพันธ์ระหว่างกำลังมอเตอร์กับปริมาณก๊าซที่ผลิตได้อย่างรวดเร็ว

การประมาณกำลังมอเตอร์:

กำลังมอเตอร์ (kW) ≈ ปริมาณก๊าซที่เกิดขึ้น (m³/min) × ความดัน (bar) × ค่าสัมประสิทธิ์ K

ในจำนวนนี้ ค่าสัมประสิทธิ์ K มักอยู่ระหว่าง 5.5 ถึง 6.5 โดยขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องอัดอากาศ ระดับประสิทธิภาพพลังงาน และวิธีการระบายความร้อน ตัวอย่างเช่น เครื่องที่มีอัตราการผลิตก๊าซเท่ากับ 3 m³/min, ความดันคือ 8 bar สำหรับเครื่องอัดอากาศแบบทั่วไปนั้น กำลังมอเตอร์อยู่ในช่วงประมาณ 18 kW ถึง 22 kW ระหว่างนั้น

ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงความดันต่อปริมาณการผลิตก๊าซ

เมื่อความเร็วรอบของเครื่องอัดอากาศและประสิทธิภาพเชิงปริมาตรคงที่ ความเปลี่ยนแปลงของแรงดันลมออกจะส่งผลโดยตรงต่อปริมาณการผลิตก๊าซที่แท้จริง ตามสมการสถานะของก๊าซและการเปลี่ยนแปลงของประสิทธิภาพเชิงปริมาตร สามารถกำหนดความสัมพันธ์การคำนวณประมาณได้ดังนี้:

การแปลงค่าความดันกับปริมาตรก๊าซที่เกิดขึ้น:

Q2 = Q1 × (P1_abs / P2_abs)

• คำถามข้อที่ 1: ปริมาณก๊าซที่ผลิตภายใต้แรงดันเดิม
• คำถามที่ 2: ปริมาณก๊าซที่ผลิตภายใต้แรงดันใหม่
• P1_สัมบูรณ์: ความดันสัมบูรณ์ของไอเสียเดิม
• P2_สัมบูรณ์: ความดันสุทธิของไอเสียใหม่

สิ่งที่ควรคำนึงถึงคือ การเพิ่มความดันของระบบระบายอากาศไม่เพียงแต่จะลดปริมาณการผลิตก๊าซเมื่อปรับเทียบแล้ว แต่ยังทำให้กำลังขับของเพลาเพิ่มขึ้นด้วย ดังนั้น การปรับเพิ่มความดันของระบบอย่างไม่รอบคอบอาจส่งผลให้การใช้พลังงานเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

ปัจจัยอื่น ๆ ที่มีผลต่อปริมาณก๊าซที่ผลิตได้จริง

นอกจากแรงดันและกำลังแล้ว ปริมาณก๊าซที่ผลิตได้ในการดำเนินงานจริงยังถูกจำกัดโดยปัจจัยต่อไปนี้:

• อุณหภูมิและความชื้นของสภาพแวดล้อม: เมื่ออุณหภูมิอากาศเข้าสูงขึ้นและความชื้นเพิ่มมากขึ้น ความหนาแน่นของอากาศจะลดลง ส่งผลให้อัตราการไหลของมวลจริงลดลง
• การสึกหรอทางกลและการรั่วไหล: การเสื่อมสภาพของอุปกรณ์จะทำให้ช่องว่างภายในเพิ่มขึ้น และการรั่วไหลภายในเพิ่มมากขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรลดลง
• ประสิทธิภาพการส่งกำลัง: ความสูญเสียทางกลในระบบส่งกำลังแบบสายพานหรือเกียร์จะทำให้กำลังที่ส่งไปยังเครื่องหลักลดลง

การเลือกประเภทอุปกรณ์อย่างมีหลักเกณฑ์และการแนะนำด้านการประหยัดพลังงาน

ในการคำนวณและประเมินพารามิเตอร์ของเครื่องอัดอากาศ ขอแนะนำให้เผื่อไว้ 10% ถึง 15% ปริมาณก๊าซที่ผลิตได้ยังคงมีส่วนเกิน เพื่อรองรับการรั่วไหลของระบบท่อส่งและขยายกำลังการผลิตในอนาคต ขณะเดียวกัน ควรให้ความสำคัญกับการเลือกใช้อุปกรณ์ที่มีระดับประสิทธิภาพพลังงานสูง และดำเนินการบำรุงรักษาระบบทำความเย็นเป็นประจำ รวมถึงเปลี่ยนไส้กรองอย่างสม่ำเสมอ เพื่อรักษาสมดุลระหว่างกำลังไฟฟ้ากับปริมาณก๊าซที่ผลิตให้อยู่ในระดับสูงสุด อันจะช่วยให้ระบบมีประสิทธิภาพการประหยัดพลังงานโดยรวมอย่างแท้จริง