كيف يتم حساب استهلاك الطاقة لضاغط الهواء عند التحميل والتفريغ؟

تحليل حالة التحميل والتفريغ لضاغط الهواء

في الإنتاج الصناعي، عادةً ما تُعتمد طريقة التحكم بأسلوب «التحميل–التفريغ» في ضواغط الهواء. وعندما ينخفض ضغط شبكة الأنابيب إلى ما دون الحد الأدنى المحدد، يبدأ الضاغط بالتشغيل…حالة التحميل، يعمل المحرك بكامل حمولته لتوليد الهواء المضغوط؛ وعندما يبلغ الضغط الحد الأقصى المحدد، ينتقل الجهاز إلىحالة الإزالةيُغلق صمام السحب، ويدور المحرك بلا حمل دون إنتاج الهواء. إن الحساب الدقيق لاستهلاك الطاقة في هاتين الحالتين يشكّل الأساس لتقييم كفاءة النظام ووضع خطط ترشيد استهلاك الطاقة.

طريقة حساب استهلاك الطاقة في حالة التحميل

في حالة التحميل، يكون الضاغط في مرحلة إنتاج الغاز، وتقترب القدرة الناتجة عن المحرك من قدرته الاسمية. ولحساب استهلاك الطاقة أثناء التحميل، يلزم الحصول على قيمة القدرة المُستهلكة أثناء التحميل وفترة التحميل.

• صيغة الحساب:E_الحمل = P_الحمل × t_الحمل
• P_load（قدرة التحميل）: عادةً ما يُؤخذ بالاعتبار القدرة المدخلة الاسمية للمحرك، أو القدرة المتوسطة أثناء التحميل التي يتم قياسها فعليًا باستخدام جهاز تحليل جودة الطاقة (kW）。
• t_load (وقت التحميل): إجمالي مدة تشغيل ضاغط الهواء في حالة التحميل خلال فترة الإحصاء (بالساعات).

في القياسات الفعلية، إذا كانت تقلبات جهد الشبكة الكهربائية كبيرة، يُنصح باستبدال القدرة الاسمية المدونة على اللوحة بقيمة القدرة المتوسطة المقاسة، وذلك لتحسين دقة الحساب.

طريقة حساب استهلاك الطاقة في حالة التفريغ

في حالة التحميل المنخفض، ورغم أن ضاغط الهواء لا ينتج هواءً مضغوطًا، فإن المحرك لا يزال بحاجة إلى التغلب على الاحتكاك الميكانيكي والحفاظ على الدورة الداخلية، مما يؤدي عادةً إلى استهلاك قدرة اسمية تبلغ 10% إلى 30%. يُعد هذا الجزء من استهلاك الطاقة إهدارًا صرفًا للطاقة.

• صيغة الحساب:E_تفريغ = P_تفريغ × t_تفريغ
• P_unload（قدرة التفريغ）: القدرة المدخلة الفعلية المقاسة للمعدة أثناء التشغيل الفارغ عند إزالة الحمل (kW）。
• t_unload（وقت التفريغ）: إجمالي الوقت (بالساعات) الذي كان فيه ضاغط الهواء في حالة التفريغ خلال فترة الإحصاء.

تتأثر القيمة الدقيقة لقوة التفريغ بنوع الجهاز ودرجة حرارة زيت التشحيم والمقاومة الداخلية، ويتعيّن الحصول عليها من خلال القياس الفعلي باستخدام أجهزة القياس الميدانية، ولا يجوز تقديرها بشكل مباشر.

تقييم الاستهلاك الإجمالي للطاقة وكفاءة الطاقة

يُحسب إجمالي استهلاك الطاقة لضاغط الهواء على أنه مجموع استهلاك الطاقة أثناء التحميل واستهلاك الطاقة أثناء التفريغ:

إي_الإجمالي = إي_التحميل + إي_التفريغ

لتقييم كفاءة استخدام الطاقة بشكل أكثر وضوحًا، يمكن إدخالنسبة استهلاك الطاقة في عملية الإزالةالمؤشر:

نسبة استهلاك الطاقة أثناء التفريغ = (E_unload / E_total) × 100%

في نظام ضاغط الهواء التقليدي العامل بتردد التيار الكهربائي، إذا تجاوزت نسبة استهلاك الطاقة أثناء إيقاف التشغيل 15% فهذا يدل على وجود هامش كبير لتحسين كفاءة الطاقة في النظام. إن عمليات التحميل والتفريغ المتكررة لا تؤدي فقط إلى زيادة استهلاك الطاقة الكهربائية، بل تُعجّل أيضًا من التآكل الميكانيكي والكهربائي لمكوّنات مثل صمام السحب والموصلات.

اقتراحات تحسينية لخفض استهلاك الطاقة أثناء التفريغ

بالنسبة لاستهلاك الطاقة المرتفع الناتج عن التفريغ المحسوب، يمكن للشركات اتخاذ التدابير التقنية التالية لتحسين الكفاءة:

• تحديث التردد المتغيراستبدال محرك التردد العملي بمحرك مزوّد بمحوّل تردد، بحيث يضبط ضاغط الهواء سرعته تلقائيًا وفقًا لحجم استهلاك الغاز في شبكة الأنابيب، مما يُلغي حالة التفريغ ويحقق توفير الهواء حسب الطلب.
• نظام التحكم المشترك المتعدد الأجهزةبالنسبة لمحطات التشغيل التي تضم عدة ضواغط هواء تعمل بالتوازي، يُمكن تركيب وحدة تحكم مركزية ذكية تُفعّل وإيقاف المعدات تلقائيًا وفقًا لحمولة استهلاك الهواء، مما يُقلّل من فترات إيقاف تشغيل المعدات الفردية.
• تحسين شبكة الأنابيب وتوسيع سعة خزانات الغازإصلاح نقاط التسرب في شبكة الأنابيب، وزيادة سعة خزانات الغاز بشكل مناسب لامتصاص تقلبات الضغط، مما يُطيل زمن التحميل ويقلل من وتيرة التفريغ.