来源：中国工控网 作者：马工肖恩
什么是压缩空气节能？
就从“隔壁老王”说起吧，别看他是修自行车的，却是个压缩空气节能的专家！老王心灵手巧，爱琢磨新技术，头脑灵活，善于管理。从在街角开修车摊的时候，王师傅就开始 “压缩空气节能”事业了。
他天天跟压缩空气打交道，修车铺就是“节能公司”，打气筒就是“活塞空气压缩机”，骑自行车的就是“客户”，自行车就是“用气终端”，车胎里的就是“压缩空气”。打气筒就是利用气筒里面的皮碗来回运动，把取之不竭免费的空气，压缩成一定压力的气体，给自行车用。
年轻时老王有力气，所以每次紧握手柄，拉起压下，几个往复就把轮胎打的硬邦邦的（能源粗放运行），然后收钱完事。这时候老王就意识到气就是钱啊！（空气不值钱，压缩空气很值钱）。
开始老王发现快节奏的打气，会很累（能耗大），慢慢的打气吧，也会很累（能耗也大，因为时间拉长了），而不紧不慢的打气（空压机最佳运行频率），既能把车胎打足，花费的力气也最少。（第一种节能方式，出气与需求匹配时耗能最少，变频什么的以后再讲）
过了一段时间，老王发现打气有些费劲，以前拉压8次打足，现在需要10下。老王把打气筒外壳（气缸缸体）拆了一看“哦，是活塞的皮碗磨损了（有漏气点），气从里面漏掉了（内部泄漏），白浪费了我20%的力气！”于是老王换了个皮碗，又可以8次打足了，这是最简单的空压机改造（第二种，提高空压机效率的节能方式）。
打气筒用了一年多，老王发现即便换了皮碗，还是得打10下才行。经过仔细检查，发现是打气筒的气管（气路）上有裂纹，贴近耳朵甚至还能听到“呲呲”地漏气（声波查漏，超声波的以后再讲），老王补漏是内行，很轻松的就把漏点补上了，又可以8次打足了。（第三种，检查和减少泄漏）
当然，有些自行车多少下也打不起来，这个简单，就是自行车内胎坏了（终端设备），因此扎胎的补胎（补漏），气嘴坏的更换成新型的气嘴（换阀门）。（第四种，提供可靠的终端用气设备）。
生意变好了，一个打气筒不够用了。小有盈利的老王决定再买一个打气筒，而且是电动的，个头大出气量多（不同功率的空压机）。经年累月，修车铺有了很多打气筒（不同品牌和年代的空压机），于是打气筒群（空压机群）出现了。
下次讲讲空压机群怎么控制来实现节能。
这次讲讲空压机群是怎么集控的。
修车王师傅现在有七个电动打气筒了，他在修车铺一角盖了个打气筒专用房间（空压机房）。所有打气筒的出气管都汇总到一个铁罐里（压缩空气气罐），然后通过一条粗的管子（总管），送到修车铺的外面。老王在外面接了十二个小气嘴给大家用（用气管网）。这就是空压机群的集中供气。
每天上下班高峰期间，来打气的人多，老王就把这七个大大小小的打气筒陆续合上开关（所有空压机满负荷工作）。而低峰时期，只开三、四个打气筒就够了（个别空压机工作，其它停止），这样运行，既能满足打气的需求，耗电量也最小。（空压机运行优化）。
那什么是空压机群的集控呢？
问题是这样的，为了节省电费，这些打气筒既要充足的供气，还要尽量避免空转，所以老王频繁穿梭于修车铺和打气筒房，来及时的按动开关（分别控制）。老王累坏了，他想“肯定有更好的办法！”。后来他把所有打气筒的电源都扯根电线，把开关安装在了修车铺的小棚子里，他就坐在那里，看见打气的人多了，就开启一个开关，反之就关闭一个开关，这样就省事多了（集中控制）。
可即便是这样，老王也不满足，因为他总得亲眼盯着，总得亲手操作，来开关这些电动打气筒。
这时电脑派上了用场。他在外面的用气总管上安装了一个小仪器（压力传感器），可以知道管子里的气压是多少。然后用一根线把这个信息传到电脑里，让电脑做出判断。通常用气的人多了，管子里压力就会降低，这时候电脑就发出指令，开启一台电动打气筒，增加供气。反之，用气的人少了，压力就会升高，电脑就关闭一个打气筒（智能集中控制）。
电脑还可以做更多的事。总管的气压是多少，有几台打气筒是开着的，电脑都知道，并且可以24小时的不知疲倦的工作，老王连睡觉也不用担心挣钱了。（这实现了空压机群的自动监测和集中控制）
以上讲了空压机群的集中控制。这时市场发生了变化，来打气的除了自行车，还有摩托车和汽车，甚至老王还要给隔壁的养鱼池供气。也就是说客户需求多样化了，有高压空气，有低压空气，有的需要气量大，有的小。那下次就来讲高低压溢流这种节能方式。
这次讲讲高低压溢流，是怎么运行的。
上次讲到市场需求发生变化了，有的人要高压空气，有的要低压空气，而且用气量也不一样。比如汽车轮胎充气需要相对少量的高压空气，而一个巨大的气球就需要大量的低压气体。以上两种都是间歇供气。有的是持续供气，比如老王给隔壁养鱼池供气，以增加水中的含氧量，这个就不能中断。于是，老王就把他的电动打气筒分成两类，一类打的气压高，一类打的气压低。然后他又增加了一个气罐，这样就有了高压气罐和低压气罐，当然气管也铺设了两路。（高低压空气管网）。
那为什么要在高压和低压空气之间，增加一个溢流装置呢？
问题是这样的，当一些汽车轮胎和巨大气球都要打气的时候，高压和低压打气筒都开始工作，很快就把两个气罐充满了，并且开始供气。汽车很快充满开走了，高压打气筒虽然停止了，可是满满一罐子的高压空气就这么放着。而巨大气球那边才充了一点，低压打气筒虽然全负荷的开动，但进展也很缓慢。老王开始琢磨了，能不能把那罐高压空气派上用场呢？
于是，他在高压管路和低压管路中间，安装了个阀门（溢流装置阀）。等汽车开走几辆后，不需要那么多高压空气的时候，他就把阀门打开一点，让一部分高压空气进入到低压管路中，给低压空气帮忙。当汽车全部都充气完成后，他就把阀门开到最大，让所有的高压空气，都溢流到低压管网中，全力以赴的帮助低压空气。当然，如果这时候又来了汽车要充气，那就得把阀门再关小一些，以满足高压空气的需求。这样没有浪费，节省了气，也就是省钱了（压缩空气节能）。
有时候甚至低压打气筒都坏了，而需要持续供气的养鱼池不能停气，怎么办？这时候溢流单元也起作用了，源源不断的把高压空气，变成低压空气，给养鱼池供气。（提高系统可靠性）
这样，一个溢流阀，就实现了高低压空气之间的搭配工作，提高了可靠性和效率。当然老王不能天天盯着这个阀门，还不停的用手关大关小，所以他也引入了自动化控制。在高低压管路上，都装上了压力传感器，把手动阀门也换成了电动的。于是他把高压和低压空气的数值，都输入到一个小控制器里（PLC），让这个控制器根据压力大小自己去操作了。
这里面还有一个知识点，那就是优先保证高压，还是优先保证低压。还是从老王这里来讲，如果来充气的是公共汽车，必须准时准点，那就得尽快给它充气，保证一定量的高压空气，那这个阀门就得根据高压管路的压力，进行调节，不能让气压掉下来。这就是保高压。
相反，如果养鱼池的鱼很珍贵，无论如何也不能停气，那阀门的调节，就得根据低压空气的压力来调，有时候就得让汽车充气等一等，慢一些充气，而必须保证有足够的压缩空气溢流到低压这端来。这就是保低压。
以上讲了高低压溢流，是起什么作用的，怎么运行的。老王的修车铺越来越大了，气管也越来越多了，难免有漏气的地方。老王知道这些泄漏点其实就是漏钱的窟窿，但是面对复杂的管路，怎么能找到它们呢？下一次就讲讲老王发明的两个实用的工具，检漏扫描枪和泄漏检测仪。
上次讲了高低压溢流是怎么运行的。老王修车铺的气管越来越多，难免有漏气的地方。精明的老王知道这些泄漏点其实就是漏钱的窟窿。这一天到底漏了多少气？这些漏点在什么地方？老王发明了两个实用的工具，来解决以上两个问题。一个是泄漏检测仪，另一个是检漏扫描枪。
先来说泄漏检测仪。修车铺里的电动打气筒，气罐和管路，组成了一个有压力的空气系统。这个系统难免有一些泄漏，那到底一小时能漏多少气呢？如果给这个系统憋住，接个气压计，看看一个小时压力降了多少，间接的就能推算出整个系统的泄漏量。但是如果这个系统很大，而且不能长时间憋着，那怎么测量呢？老王想了一个巧妙的方法，有点像立一根竹竿测量它影子的长度，然后推测山的高度一样。
老王做了几个气嘴，上面很精确的打了几个不同直径的小孔，把这些小孔当作管路上的泄漏点，然后精确的测量出这些小孔的泄漏量。老王把这些气嘴通过阀门接入到修车铺的大管路系统中，通过比较打开和关闭气嘴时系统的压力降，就可以推算出来整个修车铺管网一段时间的泄漏量，从而推算出一天浪费了多少气，多少钱。
老王做了个金属壳子，把这些气嘴，阀门装进去，又装上电路板和显示屏，再加上一些工业化的设计，就变成了一个泄漏检测仪。老王不但用它给自己的修车铺测泄漏量，还能给其他同行做检测，检测费也不低哦。
这些气不能白白浪费掉，可是怎么找到这些泄漏点呢？在第一讲说了听声音的方法，可是面对高高低低，交叉纵横的压缩空气管网，怎么能快速而准确的找到这些大大小小的漏点呢？除了靠人的听力，老王找到了一种更好的方法，就是靠超声波来找泄漏点。
它的测量的原理是这样的：当气体从小孔中泄漏时，流出的气体摩擦小孔会发出声波，有些波段是人可以听到的，比如“嘶嘶”的声音。而有些波段是人听不到的，只有超声波探测器能更精确和全面的扑捉到这些声波。老王把这个小探测仪装到一个手持式的仪器中，再安装上可以显示声波强弱的显示灯。这样对着管网上下左右的扫描，当探测器的方向越对准泄漏小孔时，显示灯就会越亮，于是就知道这个方向上肯定有泄漏，再靠近找漏点就好找了。但是它有两个缺点，一个是受修车铺里叮叮咣咣这些环境噪声影响较大。另一个是泄漏量太小了测不出来，比如用它来找车轮胎上的气眼时，大的气眼可以检测出来，而小的就不行了，还得用水浸看气泡的方法。
这次讲了老王发明的两件利器：泄漏检测仪和智能泄漏扫描枪。它们不但可以测量出整个管网泄露了多少气体，还能够找出具体的泄漏点。这些泄漏消除了，修车铺的电动打气筒减少了空耗，为老王省了不少钱。老王最近有个新业务，就是给玩具气枪的高压储气筒灌气，它的特点是压力很高，比修车铺的最高压还要高出一点，那能实现吗？接着我们讲讲局部增压的技术。
上面讲了老王发明的两件利器：泄漏检测仪和智能泄漏扫描枪。它们可以测量出整个管网泄露量的大小，还能协助找到泄漏点。而提到修车铺的新业务，也就是给玩具气枪的高压储气筒灌气，是怎么回事呢？原来修车铺打气筒的最高压力是7公斤，而气枪储气罐需要10公斤压力（假设），它比修车铺的高压还要高出一点。聪明的老王又想出了一个技术创新，最终接下这笔业务。
这个技术创新，就是局部增压技术，还是用修车铺的打气筒为例。一般的打气筒有两个气孔（进气孔和出气孔），有一个密封皮碗（活塞），皮碗将筒体的一端密封成一个压力腔（假设7公斤），另一端也就是手柄这边形成另一个压力腔（大气压）。老王的创新是这样的：把两根普通打气筒的筒体头尾相连起来，并将连杆焊接在一起。于是这两个并联打气筒变成了有四个气孔，两个活塞，四个压力腔的增压打气筒。这里不妨将这四个压力腔称作上部上腔，上部下腔和下部上腔和下部下腔。两个进气孔也接上7公斤压力的气体。这样增压打气筒的硬件就具备了。
以下就是用低压气产出高压气的奥妙之处：首先在上部上腔和下部上腔注入7公斤的低压气体，而上部下腔排空，这样在两个活塞的作用下，下部下腔的气体被压缩到了14公斤，通过打开的排气口排出。接下来反向运行：在上部下腔和下部下腔注入7公斤的低压气体，而下部上腔排空，这样在两个活塞的作用下，上部上腔的气体被压缩到了14公斤，也通过排气口排出。这样周而复始的运行，就会从下部下腔和上部上腔中源源不断的排出增压了2倍的压缩气体来。当然因为皮碗和筒体的摩擦力，以及打气筒的密封效果等因素的限制，这个增压比是略低于2倍的，也就是低于14公斤的。
另外，还可以通过调节排气孔什么时候打开，来获得不同的增压比。举例来讲，如果注入这个增压打气筒压缩气体的压力是7公斤的，那在增压到12公斤的时候，就打开排气孔，那就获得了12公斤高压空气。理论上讲排出的气体可以是7到14公斤之间的任意值。
修车铺里面的打气筒虽然都是7公斤以下的配置，但是有了这件增压利器，就可以轻松的升压到10公斤，给高压气枪灌气完全没问题，老王的修车铺的业务又就拓宽了！不过这个增压打气筒也有缺点，大家也许注意到了刚才所讲的，它的上部下腔和下部上腔的低压气体，在工作中被排空了，这部分钱就白白浪费了。这是气动增压方法的局限性，因而它适合于用气量比较小的场合。但总体上这个增压打气筒还是能给老王赚钱的！
这次我们讲了修车铺用低压气体产出高压气体的方法之一，就是利用压缩空气本身作为动力，给原本有一定压力的气体，再次进行压缩，从而获得更高压力的气体。当然也有其他动力的增压方法，这次就不讲了。下次我们讲讲比较普遍的变频节能，是怎么在修车铺里展开应用的。
