空壓機節能設備

　　空壓機節能改造

　　空壓機概況

　　空壓機（jī），全名為空氣壓縮機，是（shì）一（yī）種工礦企業中最常用的空氣動力提供設備。通常，空壓機分為螺杆式（shì）空壓機、活塞式空壓機等。

　　● 螺杆式（shì）空壓機工作原理

　　螺杆式空壓機是由一對相互平行齧（niè）合的陰陽轉子(或稱螺杆)在（zài）氣缸內轉動（dòng），使（shǐ）轉子齒槽之間的空氣不斷（duàn）地產（chǎn）生周期性的容積變化（huà），空氣則沿著轉子軸線由吸入側（cè）輸送至輸出側，實現螺（luó）杆式（shì）空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程（chéng）。空壓機的進氣口和出氣口分別（bié）位於殼體（tǐ）的兩端，陰轉子的槽和陽轉子的齒被（bèi）主電機驅動而旋轉。

　　● 活（huó）塞式空壓機工作原（yuán）理

　　活塞式空壓機是由電動機帶動皮帶輪通過聯軸器直接驅動曲軸（zhóu），帶（dài）動連杆與（yǔ）活（huó）塞杆（gǎn），使活（huó）塞在壓縮機氣缸內作往複運動，完成吸入、壓縮、排出（chū）等（děng）過程,將無壓或低（dī）壓氣體升壓，並輸出到儲（chǔ）壓罐內。其中，活塞組件，活（huó）塞與汽缸內壁及汽缸蓋構成容積可變的工作腔，在（zài）曲柄連杆帶動下，在（zài）汽缸內作往複（fù）運動以實現汽（qì）缸內氣體的壓縮。

　　空壓機係統控製

　　空壓機主電（diàn）機運行方式為星-角降壓起（qǐ）動後全壓運行，供（gòng）氣係統具體工作流程為：當按下啟（qǐ）動按鈕，控製係（xì）統接通啟動器線圈並打開斷油閥，空壓機在卸載模式下啟動（dòng），這時進氣閥處於關閉位置，而放氣閥打（dǎ）開以排放油氣分離器內的壓（yā）力。等降壓n秒（由時間繼電器控製）後空壓機開始加載運行，係統壓力開始（shǐ）上升（shēng）。如果係統壓力上升到壓力開關（guān）上限值（zhí），即起跳壓（yā）力，控製器使進氣閥關閉，油氣分離器放氣，壓縮機空載運行，直到係統壓力降到壓力開關下限值後，即回跳壓力下，控製器使進氣閥打開，油（yóu）氣分離器放氣閥（fá）關閉，壓縮機打開，油氣分離器放氣閥關閉，壓縮機滿載運行。

　　空壓機（jī）係統節能分析

　　在管（guǎn）道供氣係統中，最基本的控製對象是流量，供（gòng）氣係統的基本（běn）任務（wù）就是要滿足用戶對流量的需求。目前，常見的氣體流量控製方式有加、卸載供氣控製（zhì）方式和轉速控製方式兩種。

　　● 加、卸載供氣控製

　　加、卸載供氣控製方式即為進氣閥開關（guān）控製方式，即壓力（lì）達到上限時關閥，壓縮機進人輕載運行；壓力抵達下限時開閥，壓縮（suō）機（jī）進入滿載運（yùn）行。

　　由於空壓（yā）機不能排除在滿負荷狀態下長時間運行的可能性，所以隻能按最大需要來決定電動機的容量，設計餘量一般偏（piān）大。工頻起動設備時（shí）的（de）衝擊（jī）大，電機軸承的磨損大，所以設備維護量大。雖然都是降壓啟動，但起動時的（de）電（diàn）流仍然很大，會影響電網的穩定及（jí）其它用電設（shè）備的運行安全，而（ér）且大多數是連續運行，由於（yú）一般（bān）空氣壓縮機的拖動電機本身不能調速，因此就不能直接使用壓力或流量的變動來實現（xiàn）降速調節輸出功率（lǜ）的匹配，電機不允許頻繁啟動，導致（zhì）在用氣量少的時候電機仍然要空（kōng）載運行，電能浪費巨大。

　　經常（cháng）卸（xiè）載和加載導（dǎo）致整個氣網壓力經常變化，不能保持恒定的工作壓力延長壓（yā）縮機的使用壽命。空壓機的有些（xiē）調節方式（如調（diào）節閥門或調節（jiē）卸載等方式）即使在需要流量較小的情況下，由於電機（jī）轉速不變，電機功率下（xià）降幅度比較小。

　　● 轉速（sù）控製

　　即通（tōng）過改變空壓機的轉速來調節（jiē）流量，而閥門的開度保持不變（一般保持最（zuì）大（dà）開度（dù））。當（dāng）空（kōng）壓機轉速改變時，供氣係（xì）統的揚程特性隨之改變，而管阻（zǔ）特（tè）性不變。

　　在（zài）這種控製方（fāng）式下（xià），通過（guò）變頻調速技術改變空壓機電機的轉速（sù），空壓機的供氣流量（liàng）可隨著用氣流（liú）量（liàng）的改變（biàn）而改變（biàn），達到（dào）真正的供需（xū）平衡，在節能的同時，也可使整個係統達到最佳工作效（xiào）率。變頻器基於交一直（zhí）一交電源變換原理，可根據控製對象的需要輸出頻率連續可調的交流電壓。電動機轉速與電（diàn）源頻率成正比，因此，用（yòng）變頻器輸出頻率可調的（de）交流電壓作為空壓機電動機的電源電壓，可方（fāng）便地改變空壓機的轉速。

　　空壓機係統節能原（yuán）理

　　采用（yòng）變頻器控製空壓機的轉速以達到（dào）節能是一種較為科學的控製方法。根據空壓（yā）機（jī）運（yùn）行特性知：

　　Q1 / Q2 = n1 / n2

　　H1 / H2 =（ n1 / n2）2

　　P1 / P2 =（ n1 / n2）3

　　式中 Q———空（kōng）壓機供給管網風量（liàng）；

　　H———管網壓力；

　　P———電機消耗功率；

　　n———空壓機轉速。

　　由上式可知，當電機（jī）轉速降（jiàng）至額定轉速的80%，則空壓機供給管網風量降為80%，管網壓力降為（80%）2，電機消耗（hào）功率則降為（80%）3，即（jí）51.2%，去除電機機械損耗和電機銅、鐵損耗等（děng）影響，節能（néng）效率也接近（jìn）40%，這（zhè）就是調速節能的原理（lǐ）所（suǒ）在。

　　長期實踐證明，在供氣係統中接入變頻節能（néng）係統，利用變頻技術改變空壓機轉速來調節管道中的流量，以取代閥門調節方式，能取得明顯（xiǎn）的節能效果，一般節電率都在30％以上。另外，變頻器的軟（ruǎn）啟動功能及平（píng）滑調速的特（tè）點可實現對流量的平穩調節，同時減少（shǎo）啟動（dòng）衝擊並延長機組及管組（zǔ）的使用壽命。

　　空壓機變頻改造方案

　　● 空壓機變頻改造注意事項

　　1)空壓機（jī）是（shì）大轉動慣量負載，這種啟動特點就很容（róng）易引起V/F控製（zhì）方式的變頻器在啟動時出現跳過流保護的情況，建議選用具（jù）有高啟動轉矩的（de）無速度傳感器矢量變頻器，保證即能實（shí）現恒壓供氣連續性，又保證（zhèng）設備（bèi）可靠穩定的運行；

　　2)空壓機不允許長（zhǎng）時間在低（dī）頻下運行，當空壓機（jī）的轉速過低，一方麵將使空壓機（jī）的工作穩定性變差，另一方麵也使缸體（tǐ）的潤滑變差，會加快磨損（sǔn）。所以工作的下限頻率應不低於（yú）20Hz；

　　3)為（wéi）了有效濾（lǜ）除變頻器輸出電流中的高次諧波分量，減小因高次（cì）諧波引起的電磁幹擾，建議選用輸出交流電抗器，還可以減小電機運行噪音和溫升，提（tí）高電動機的穩定性。

　　● 恒壓供氣節（jiē）能原理

　　如上所述，流量是供氣係統的基本控製對象，供（gòng）氣流量需要隨時滿足用氣流量。在供氣係（xì）統中，儲氣管中的氣（qì）壓（yā）能夠充分反映供氣能力與（yǔ）用氣需求之間的關係：

　　若 供氣流量（liàng） > 用氣流（liú）量 → 儲氣管氣壓上（shàng）升

　　若 供氣流量 < 用氣流量 → 儲氣管氣壓下降

　　若 供氣流量 = 用（yòng）氣流量 → 儲氣管（guǎn）氣壓不變

　　所以,保持管（guǎn）道中的氣壓恒定，就可保證該處供（gòng）氣能力恰好（hǎo）滿（mǎn）足用氣需求，這就是恒壓（yā）供（gòng）氣（qì）係統所要（yào）達到的目的。

　　空氣（qì）壓縮機采用變（biàn）頻（pín）調速技（jì）術進行恒壓供氣控製時，係統原理框（kuàng）圖如圖1所示。

　　變頻調速係統將管網壓力作為（wéi）控製對象，裝在儲氣管出氣口的（de）壓力變送器將儲氣罐的壓（yā）力轉變為電信號送給（gěi）變頻器內部的PID調節器，與壓力給定值進行比較，並根據差值的大（dà）小按既定的（de）PID控製模式（shì）進（jìn）行運算（suàn），產生控製信號去控（kòng）製變頻器的輸出電壓和逆變（biàn）頻率，調整電動機的轉速，從而使實際壓力始終維（wéi）持在給定壓力。另外，采用該方案後，空氣壓縮機電動機（jī）從靜止到穩定轉速（sù）可由（yóu）變頻器實現軟啟動，避免了啟動時（shí）的大電流和啟動給空氣壓縮機帶來的機械衝擊（jī）。正（zhèng）常情況下，空氣壓縮機（jī）在變頻器調速控製方式下工作。變頻器（qì）一（yī）旦出現故障，生產工藝不允（yǔn）許空氣（qì）壓縮機停機（jī），因此，係統設置了工頻與變頻切換功能，這樣當（dāng）變頻器出現（xiàn）故障時，可由工頻電源通過接觸器直接供電，使空氣壓縮機照常工作。

　　整個控製過程如下：

　　用氣需求↑ —— 管路氣（qì）壓↓—— 壓力（lì）設定值與返饋值的差值↑ —— PID輸（shū）出↑ —— 變頻器輸出頻率↑ —— 空壓機電機轉速↑ —— 供氣流量↑—— 管路氣壓趨於穩定

　　特別注意，在壓力容差範圍內，變頻器的PID不調節（jiē），即（jí）保（bǎo）持輸出頻率不變。

　　圖3 空（kōng）壓機（jī）變頻電氣控製圖

　　如圖3,空壓機電機的電路上安裝了“市電（diàn）”、“節（jiē）電”接（jiē）觸器，這（zhè）樣可以有“市電運（yùn）行”與“節電運行”兩種工作（zuò）模式選擇：市電運行模式下，變頻器不工作，整套（tào）係（xì）統按原有方式手動起停、工頻運行；節電（diàn）運（yùn）行模式下，空（kōng）壓機由變頻器直接拖動，係統根據用氣量的變化，自動調節空壓機的電機（jī）轉速，使得儲氣罐始（shǐ）終保持恒定壓力的氣壓輸出。

　　總結

　　將變頻調速技術引入（rù）空氣壓縮機領域，是近幾年來各（gè）空壓機廠家研究的（de）重要課題。各大牌專業（yè）空壓機供應商都推出了自己變頻空壓機產品（pǐn），並迅速在其高（gāo）端市場具有很不（bú）錯的表現。但目前，大量的（de）工頻空壓機的應用非常普遍，因此，空壓機的（de）改造市場非常巨大。衷心（xīn）希望此空壓機變頻改造方案能給廣大係統集成商、空壓機最終用戶、電氣自（zì）動（dòng）化愛好者以幫助，或（huò）者（zhě）是為其提供一（yī）種新的思路。