当前工业鼓风机性能标准的回顾与比较

废水处理行业严重依赖高效的低压无油空气源，为有机物的好氧消化过程提供氧气。

最初，这种低压空气由容积式旋转叶片鼓风机提供，但由于曝气应用需要大量空气，污水处理行业迅速采用了动力鼓风机技术，特别是多级离心鼓风机。由于动力鼓风机在污水处理行业的成功应用，它们已在整个工业领域得到广泛认可和使用。

对更高效率的需求推动了新型鼓风机技术的创新，例如高速涡轮鼓风机和低压螺杆鼓风机。这些技术的性能随着时间的推移而不断提升。此类改进引起了终端用户和设计工程师的广泛关注，关于动态鼓风机和容积式鼓风机性能比较的讨论也层出不穷。

用户在指定鼓风机性能时，通常期望鼓风机制造商能够提供指定性能的产品。这一点在污水处理行业尤为重要，因为低压曝气是该工艺的一项主要运行成本。

因此，我们需要一种有效可靠的方法来比较不同鼓风机技术的性能，以便采购和选型决策能够基于事实和数据。比较不同鼓风机技术（例如动态鼓风机和容积式鼓风机）的性能面临的挑战在于，它们的压缩原理各不相同。这使得准确比较性能所需的测试要求变得复杂，也为性能报告的随意性留下了空间。

下一代鼓风机标准

现有的动态压缩机（PTC-10 和 ISO 5389）和容积式压缩机（ISO 1217）性能标准是几十年前制定的。

尽管这些标准多年来经历了多次修订和修正，但废水行业一直要求采用一种新的线对空气性能测试方法，以测量低压空气压缩机（鼓风机）的真实整套设备性能，并允许对不同的鼓风机技术进行准确的性能比较。

为了应对这一挑战，压缩空气与气体协会（CAGI）、国际标准化组织（ISO）和美国机械工程师协会（ASME）分别独立制定了以下三项低压鼓风机性能标准：

以三个从迈阿密前往芝加哥的人为例：一个开车，一个坐飞机，一个坐火车。他们最终都会到达同一个目的地，只是旅途体验各不相同。同样地，虽然每项测试标准在正确执行的情况下，应用于同一台鼓风机时都应该得出相同的性能数据，但每项标准在测试方法上都存在细微差别。

本文探讨了确定鼓风机组件包含哪些内容的界限，如何通过每个标准实现相似性，以及每个标准要求的数据验证，以便在任何两个鼓风机之间进行公平的比较，而不管它们的技术如何。

文章末尾提供了一个图表，用于对三种测试标准的关键点进行比较。

ASME PTC 13 - 2018：鼓风机系统线对空气性能测试规范

ASME 的测试标准在国内和国际上都享有盛誉。

顾名思义，该标准侧重于完整的风机系统或组件，并提供一个性能指标，即组件输入功率与输出风量的比值。这一概念被称为“线功率与风量比”，它与以往主要关注主机性能而非整个组件性能的性能标准有所不同。

该标准的目的是满足高速涡轮鼓风机和螺杆鼓风机等整套设备的需求，这些设备的设计、制造、销售和使用都是作为一个完整的成套设备，包括鼓风机主机、驱动电机、变频器和成套组件。作为完整的成套设备，该标准将这些设备视为一个箱体，其功能是吸入空气、将空气输送到排气管道，并在这一过程中消耗电力。

热力学和电性能边界

该标准为鼓风机系统建立了典型的边界层，以明确定义哪些部件属于系统/组件。组件边界细分为热力学性能边界和电气性能边界。热力学边界侧重于主机及其控制系统，而电气边界侧重于驱动电机及其控制系统。设立这两个边界是为了方便买卖双方协商组件测试的范围。

目的是确定运行机器所需的所有相关组件，并将它们纳入机器测试和产品说明书中提供的数据中。

在哪里采集测量数据

接下来值得关注且至关重要的是测试装置。为了实现线对空性能测试，测试平台至关重要，它必须确保整个系统/封装及其所有相关组件都得到充分考虑。

测试项目已由测试范围确定，但测量设备的放置位置同样重要。此处的目的是在空气到达包装边界之前获取吸气压力和温度，而不是测量边界层出口处的空气压力和温度。

流量在封装边界下游测量，功率在封装边界入口处测量。理论上，这可以考虑所有内部流量损失和所有功率消耗。在数据验证过程中，需要压力和温度数据才能将测试条件准确转换回保证条件。

如何测量流量

对于流量而言，在排放口进行测量至关重要，因为并非所有从鼓风机吸入法兰或机器进气口吸入的空气都能到达出口。这部分气流可能因内部滑移而损失，或被用于冷却或其他用途。在排放管道中进行测量是确认压力下实际输送气流的最准确方法。

功率测量

功率测量同样重要，因为多年来，人们一直使用鼓风机轴功率来推算整机的总输入功率。如今，由于有了完整的机器，只需一个功率计即可测量机器的实际输入功率。所有辅助泵、风扇或其他设备都是耗电设备，这些也必须在测试中加以考虑。

数据验证和方法

本标准最后一部分是数据验证。该标准提供了量化运行热力学特性、相似点以及将测试性能数据验证回溯至预期保证条件所需的方法。

这里也建立了重要的比较指标。以 PTC-13 为例，这些指标可以确定为：：

• 体积比
• 体积流量
• 等熵头（线对空比）
• 马赫数
• 排气压力

体积比测试场地空气密度与保证条件下的空气密度具有相似性，以此作为测试场地空气密度的参照。所有性能测试均在实验室进行，实验室条件可能无法完全模拟现场条件，这将影响测试结果。

体积流量根据测得的排放流量计算得出，将其转换为试验现场条件下的入口流量，以便与现场条件下保证的入口流量进行比较。等熵头这是该测试的核心。它确定了达到所需流量和压力所需的热力学功。为了保证测试的相似性，两个测试场地的条件必须完全相同。

机器机数对于动态机械而言，这又是一个相似点。它代表空气分子离开转子尖端的速度。这与不同空气密度下的流体压缩性有关，而空气密度又取决于测试场地条件和保证条件。同样，为了保证相似性，测试和保证条件下的这些条件应保持一致。

这些是 PTC-13 测试代码的基础要素。

为什么要制定这些鼓风机测试标准？

作为低压空气的大用户，废水处理行业希望鼓风机制造商生产的鼓风机能够达到用户指定的性能要求。

鼓风机测试标准对于确保任何两台鼓风机（无论是容积式鼓风机还是动态鼓风机）之间进行公平的比较至关重要。PTC 13、BL300 和 ISO 22484 测试标准提供了鼓风机测试方法，可用于验证制造商是否兑现了其宣传的性能承诺。

本文指出了这些标准之间的差异，并概述了这些测试标准如何满足市场对简单、可靠和有效的测试标准的需求，从而能够准确地比较任何两个鼓风机。

虽然这些标准大多以类似的方式实现这一目标，但相似性定律的应用和验收标准却有所不同。

PTC-13自2019年以来一直在市场上销售。ANSI/BL300于2022年作为美国国家标准发布，可通过以下途径获取：CAGI网站ISO 22484 标准正在最终定稿，预计将于 2024 年发布。