空壓機節能設備

　　空壓機節能改造

　　空壓機概況

　　空壓機，全名為空氣壓縮機，是一（yī）種工礦企業中最常用的空氣（qì）動力提供設備。通常，空壓機分為螺杆式空壓機（jī）、活塞式空壓機等。

　　● 螺（luó）杆式空（kōng）壓機工作原理

　　螺杆式空壓機是由一（yī）對相互平行齧合的陰陽轉子(或稱螺杆)在氣缸內轉動，使轉子齒槽之間的空氣不斷（duàn）地產生周（zhōu）期性的容（róng）積（jī）變化，空氣則沿著轉子軸線由（yóu）吸入側輸送至輸出側，實現螺杆式空壓機的吸氣、壓（yā）縮和排（pái）氣的（de）全過程。空壓機的進氣口和出氣（qì）口分別位於殼體的兩端，陰轉子的槽和陽（yáng）轉子的（de）齒被（bèi）主電機驅動而旋轉。

　　● 活塞式空壓（yā）機工作（zuò）原理

　　活塞式空壓機是由電（diàn）動機帶動皮帶（dài）輪通過聯軸器直接驅動曲（qǔ）軸，帶動連杆與活塞杆，使活塞在壓縮機（jī）氣缸（gāng）內作往複運動，完成吸入（rù）、壓縮、排出等過程（chéng）,將無壓或低壓氣體升壓，並輸出到儲壓罐內。其中，活（huó）塞組件，活塞與（yǔ）汽缸內壁及汽缸蓋構成容積可變的工作腔，在曲柄連杆帶動下，在汽缸內作往複運動以實現汽缸（gāng）內氣體的（de）壓縮。

　　空壓機係（xì）統控製

　　空壓機主電機運行方式為星-角降壓起動後全壓運行，供氣係統具（jù）體工作流程（chéng）為：當按下啟動按鈕（niǔ），控（kòng）製係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，這時（shí）進氣閥處（chù）於關閉位（wèi）置，而放氣閥打開（kāi）以排放油氣分離器內的壓力。等（děng）降壓n秒（由（yóu）時間（jiān）繼電器（qì）控製）後空壓機開始加（jiā）載運行，係統壓力開始上升。如果係統壓力上升到壓力開關上限值，即起跳壓力，控製器使進氣（qì）閥關閉，油（yóu）氣分離器放氣，壓縮機空載運行，直到係統壓力降到壓力開（kāi）關下限值後，即回跳壓力下，控製器（qì）使進氣閥打開，油氣分離器放氣閥（fá）關閉，壓縮機打開，油氣分離器放氣閥關（guān）閉（bì），壓縮（suō）機滿載運行。

　　空壓機係統節能（néng）分析

　　在管道供氣係統中，最基（jī）本的控製對象是流量，供氣係統的基本任務就（jiù）是要滿足用（yòng）戶（hù）對流量的（de）需求。目前，常見的氣體流（liú）量控製方式有加、卸載供（gòng）氣控製方式和轉速控製方式兩種。

　　● 加、卸載供氣（qì）控製

　　加、卸載（zǎi）供氣控製方式即為進氣閥開關控製方式，即壓力達到上限時關閥，壓縮機進人輕載（zǎi）運行；壓力抵達下限（xiàn）時開閥，壓縮機進入滿載運行。

　　由（yóu）於空壓機不能排除在（zài）滿（mǎn）負荷狀態（tài）下長時（shí）間運行的可（kě）能性，所以隻能按最大需要來決定電（diàn）動（dòng）機的容量，設計餘量一般偏大。工頻起動設（shè）備時的衝擊大，電機軸承的磨損大，所以設備維護量大（dà）。雖然都是降壓啟動，但起動時的電流仍（réng）然很大，會影響電網的穩定及其它用電設備的運行（háng）安全，而且大多數是連（lián）續運行，由於（yú）一般空氣壓縮機的拖動電機（jī）本身不能調速，因此（cǐ）就不能直接使用壓力或流量（liàng）的變動來實現降速調節輸出功率的匹配，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（jīng）常卸載和加載導致整（zhěng）個氣網壓力經（jīng）常（cháng）變（biàn）化，不能保持恒定的工作壓力延長壓縮機的使用壽命。空壓機的有些調節方（fāng）式（如調節閥門或調節卸載等方式）即使在需要流量（liàng）較小的情況（kuàng）下，由於電機轉速不變，電機功率下降幅度（dù）比較小。

　　● 轉速控製

　　即通過改變空壓機的轉速來（lái）調節流量，而閥門的開度保持不（bú）變（一般（bān）保持最大（dà）開度）。當空壓機轉速改變時，供氣係統的（de）揚程特性隨之改變，而管阻（zǔ）特性不變。

　　在這種控製方式下（xià），通過變頻調速技術改變空壓機電（diàn）機的（de）轉速，空壓機的供氣流量（liàng）可隨著用氣流量的改變而改變（biàn），達到（dào）真（zhēn）正的供需平衡，在節能的同時，也可使整個係統達到最（zuì）佳工作效率。變頻器基於交一直一交電源變換原理，可根據控製對象的需（xū）要輸出頻率連續可調的交流電壓。電（diàn）動機轉速與電源頻（pín）率成正比，因此（cǐ），用變頻器輸出頻（pín）率可調的交流電壓作為空（kōng）壓機電動機的電源（yuán）電壓，可方便地改變空壓（yā）機的轉速。

　　空壓機係統節能原理

　　采用變頻器控製空壓機的轉速以達到節能是一種較為科學的控製方（fāng）法。根據空壓機運行特性知：

　　Q1 / Q2 = n1 / n2

　　H1 / H2 =（ n1 / n2）2

　　P1 / P2 =（ n1 / n2）3

　　式中 Q———空壓（yā）機供給（gěi）管網風量；

　　H———管網壓力；

　　P———電（diàn）機消耗（hào）功（gōng）率；

　　n———空（kōng）壓機轉速。

　　由（yóu）上式可知，當電（diàn）機轉速降至額定轉速的80%，則空壓機供給管網（wǎng）風量降為80%，管網壓力降為（80%）2，電機消耗功率則降為（80%）3，即51.2%，去除（chú）電機機械損耗和電機銅、鐵損耗等影（yǐng）響，節能效率也接近40%，這就是調速節能的原理所在。

　　長期實踐證明，在供（gòng）氣係統中接入變頻節能係統，利用變頻技術改變空（kōng）壓機轉（zhuǎn）速來調節管道中的流（liú）量，以取代閥門調節方式，能取得明顯的節能效（xiào）果，一般節電率都在30％以上。另外，變頻器的軟啟動（dòng）功能及（jí）平（píng）滑調速的特（tè）點（diǎn）可實現對流量的平穩調節，同（tóng）時減少啟動衝擊並延長機（jī）組及管組的使用壽命。

　　空（kōng）壓機變頻改造方案

　　● 空壓機變頻改造注（zhù）意事項

　　1)空壓機是大轉動慣量負（fù）載，這種啟動特點就很容易（yì）引起V/F控製方式的（de）變頻器在啟動時出現跳過流保護的情況，建議（yì）選用具有高（gāo）啟動轉矩的無速度傳（chuán）感器矢量變頻器，保證即能實現恒（héng）壓供氣連續性，又保證設備可靠（kào）穩定（dìng）的運行；

　　2)空壓機不允許長時間在（zài）低頻下運行，當（dāng）空壓機的轉（zhuǎn）速過低，一方麵將使空壓機的工作穩定性變差，另一方麵也使缸體的潤滑變差，會加快磨損。所以工作（zuò）的下限頻率應不低於20Hz；

　　3)為了有效濾除變頻器輸出（chū）電流中的高次諧波分量，減小因高次諧波引起的（de）電磁幹擾，建議選（xuǎn）用輸出（chū）交流電（diàn）抗（kàng）器，還可以減小電機運行噪音和（hé）溫升，提高電動機的穩（wěn）定性。

　　● 恒壓供（gòng）氣節能（néng）原理（lǐ）

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

　　若 供氣流量 > 用氣流量 → 儲氣管氣壓上升

　　若 供氣流量 < 用氣（qì）流量 → 儲氣（qì）管氣壓下降

　　若 供氣流量 = 用氣（qì）流量 → 儲氣管氣壓（yā）不（bú）變（biàn）

　　所以（yǐ）,保持管道中的氣壓恒定，就可保證該處供氣能力恰好滿足用氣需（xū）求，這（zhè）就（jiù）是恒壓供氣係統所要達（dá）到的目的。

　　空氣壓縮機采用變頻調速技（jì）術進行恒壓供氣控製時，係統原理框圖如圖1所示。

　　變頻調速（sù）係統將管網壓力作為控製對象，裝在儲氣管出氣（qì）口的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉（zhuǎn）變為電信號送給變頻（pín）器內部的PID調節器，與壓力（lì）給定值進行比較（jiào），並根（gēn）據（jù）差值的大小（xiǎo）按既定的PID控製模式進行運算，產生控製信號（hào）去控製變頻器的輸出電壓和逆變頻率，調整電動機的轉速，從而使實際壓力始終維持在給定壓力。另外，采（cǎi）用該方案後，空氣（qì）壓縮機電動機從靜止到穩定轉速可由變頻器實現軟（ruǎn）啟動，避免了啟動時的大電流和啟動給空（kōng）氣（qì）壓縮機帶來的機械衝擊。正常（cháng）情況下，空氣壓縮（suō）機在變頻器調速控製方式下工（gōng）作。變頻器一旦出現故（gù）障，生產工藝不允許空氣壓縮機停機，因此，係統設置了（le）工頻與變頻切換功能，這樣當變頻（pín）器出現故障時，可由工頻電源通過接（jiē）觸器直接（jiē）供電，使空氣壓縮機照（zhào）常工作。

　　整個控製過程如下：

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

　　特別注意（yì），在壓（yā）力容差範（fàn）圍內，變頻器的PID不（bú）調節，即保持輸出頻率不（bú）變。

　　圖3 空壓機變頻電氣控製圖

　　如圖3,空壓機電機的電路上安裝了“市（shì）電”、“節電”接觸器，這樣可以有“市電運行”與“節電運行”兩種工作模式選擇：市電運行模式下，變頻器（qì）不（bú）工作，整套係統按原有方式手動起停、工（gōng）頻運行；節電運（yùn）行模式下，空（kōng）壓機由變頻器直（zhí）接拖（tuō）動（dòng），係統根據用氣量的（de）變化，自動調節空壓機的電機轉速，使得儲氣罐始終保（bǎo）持恒定壓力的（de）氣（qì）壓輸出（chū）。

　　總結

　　將變頻調速技術引入空（kōng）氣壓縮機領域（yù），是近幾年（nián）來各空壓機廠家研究（jiū）的重要課題。各大牌專業空壓機供應商都推出了自己變頻空壓機產品，並迅速在其高端（duān）市場具有很不錯的表（biǎo）現（xiàn）。但目前，大（dà）量的工頻空壓機的應用非常普遍，因此，空壓（yā）機的改造市場非常巨大。衷心希望此空壓機變頻改造方案能給廣大係統集成（chéng）商、空壓機最終用戶、電氣自動化愛好者以幫（bāng）助，或者是（shì）為其提供一種新的思路（lù）。