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空压机的电机服务系数,是利还是弊?

文章出处:人气:51发表时间:2019-12-10 17:21:53

本文简单介绍了空压机电机服务系数的由来、存在的意义、如何使用等,指出服务系数的引用带来的一些利弊,并提出一些应对策略供用户参考
当前,在螺杆空压机行业存在一个行业术语,即电动机的服务系数(S.F)这个概念。其本意是指在服务系数规定的条件下电机允许的功率最大负载。
但在行业内,此“服务系数”常被视作行业的“潜规则”。这些说法主要是“当前空压机行业中所说的电机服务系数其内容已远远超出本意,用以大充小的非标准电机标榜电机小气量大,以低一档的能效标准来获得高一些的能效等级。”
在我国的电动机标准中没有“服务系数”这个概念,只有额定功率这种说法,要求额定功率大于轴功率,并留有一定的裕量。
电动机的“服务系数”出自于美国电气制造商协会(NEMA)编写出版的《MG1-2009 电动机和发电机部分》标准。对服务系数的解释为:电机的服务系数是一个乘数。当它乘上额定功率时,表示在服务系数规定的条件下允许承受的功率负载。
标准中关于交流异步电动机服务系数的规定。对于一般用途的电动机:>1马力~200马力为1.15,>200马力,2极电机为1.0,其余为1.15
在通常使用条件下,电动机按额定负载连续运行。当电压和频率保持铭牌上的规定值时,电动机可过载至额定功率乘上铭牌上的服务系数的功率值。
电动机在任何大于1的服务系数下运行,其效率、功率因数和转速可不同于在额定负载条件下的数值。电动机在任何大于1 的服务系数下连续运行时,将减少预期使用寿命。与按额定的铭牌功率下运行的情况相比,绝缘寿命和轴承寿命将会减少。
1、服务系数存在的意义
螺杆空压机一般有两种设计方案:一种是等功率设计方案,另一种是等排气量设计方案。
等功率设计方案,大家都知道汽车在上大坡的时候要减档变低速,为什么呢?因为汽车发动机的功率是一定的,当汽车上坡的时候需要加大车轮的扭矩来克服上坡的阻力。
就螺杆空压机而言, 所谓等功率设计方案是指在同一种空压机主机类型中电动机功率不变的情况下, 随着排气压力的增加或减小,阳转子的转速减小或增加,同时排气量也随之减少或增加(阳转子转速与排气量成正比)。那么阳转子的转速是通过什么方式变速呢?答案是通过齿轮或皮带轮进行变速。
等排气量设计,是指在同一个空压机主机类型中,在排气量基本保持不变的情况下,即空压机主机转速保持不变,随着排气压力的增大或减小,只能是电动机功率随之增大或减小。也就是说,在同一个空压机主机类型中,厂家要用不同功率的电动机来匹配用户对最高排气压力变化的需求。
但是,对于空压机厂家来说,随之带来的困难是需要储备很多不同功率的电动机,增加了采购和管理成本。而美国NEMA 提出的服务系数这个概念,恰好解决了厂家的这个问题。它的引入可以减少电动机种类,从而降低采购和管理成本。
螺杆空压机的运行方式,电动机负载的大小呈周期性变化,它随着用户对气量的需求而变化,当达到用户所设定的最高工作压力时,空压机开始卸载。当管网的工作压力下降到用户所设定的最低工作压力时,空压机自动加载。事实上,电动机真正处于满负荷运转(接近最高工作压力)的时间非常短。
对于电机功率的选择来说,使电机在效率最高和功率因数较大的情况下工作是最理想的。但由于空压机运行方式的特殊性,空压机长期并非在满载额定功率下运行,也就是说电动机长期在效率和功率因数较低的情况下运行。如果采用电机服务系数,服务系数仅在空压机最高压力最大负荷下短时间运行,其它长期运行在电机的额定功率下。这样说起来,电机服务系数也是有存在的道理。
2、服务系数的使用
如某企业的空压机用户要求吸气量≥ 40m?/min,排气压力0.8MPa。空压机厂家根据此要求选定了吸气量41m?/min,排气压力0.8MPa,电动机额定功率为250kW,电机的服务系数为1.15。从厂家提供的数据显示,空压机轴功率为272.8kW。在不考虑裕量的情况下,电机额定功率至少应大于272.8kW。
但是,考虑轴的传动效率、长期运行后设备老化等因素后,在选取电机额定功率时,需在轴功率的基础上加一些裕量,一般5%~15%不等。厂家配置的电机额定功率为250kW,小于轴功率272.8kW。由于电机有服务系数,250kW×1.15=287.5 kW >272.8kW,则可以满足要求。
3、服务系数的引用带来的利弊
企业的螺杆空压机通常长期连续运行,服务系数的引用可以较好地适应空压机的特殊运行方式,使电机在效率较高、功率因数较大的情况下工作,降低运行成本。
服务系数的引用也带来了一定弊端。首先,造成“小马拉大车”的情况。电机额定功率小于轴功率,如果长期在额定工况下运行,电机会在长期高于额定功率的情况下过载运行,导致电机的实际使用寿命比预期寿命短,达不到厂家保证的使用寿命。
4、应对策略
电机服务系数的使用作为如今空压机行业普遍存在的一个现象,短时间内可能无法消除。作为用户,建议可以从合同上增加一些特殊要求来约束厂家,以保证空压机的额定出力和电机寿命。具体地,要求厂家提供空压机实际轴功率,并保证所配电动机铭牌功率大于轴功率。
厂家需保证空压机电机在铭牌功率和其乘以服务系数的功率下,均能满足F 级绝缘和B 级温升,且实际电流值均不超额定电流值。另外,建议在购买空压机时要求厂家在电机铭牌上至少体现额定功率、服务系数、空压机轴功率等参数,并保证参数的准确性,从而便于准确了解电机参数。
5、总  结
如何利用和使用好电动机的“服务系数”,并将其控制在规定的、合理的游戏规则中进行,这是我们螺杆空压机行业当前亟待解决的问题。
双螺杆空压机主机由于先天所固有的压缩气体传递给转子的轴向力和径向力无法平衡而带来的一系列问题,随着无齿轮传动而多多少少传递给电动机轴承,从而使一些电动机轴承经常运行高温并损毁,这也是驱动双螺杆空压机主机所要求选用的电动机与电动机生产厂商所生产的电动机没有完全匹配好的主要原因之一,相信这方面随着主机生产商和电动机生产厂商不断总结经验教训会加以解决的。

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