空壓機節能設備

　　空壓機節能改造

　　空壓（yā）機（jī）概況

　　空壓機，全（quán）名為空氣壓縮（suō）機，是一種（zhǒng）工礦（kuàng）企業中最常用的空氣動力提供設備。通常，空壓機分為螺杆式空壓機、活塞式空壓機（jī）等。

　　● 螺杆式空壓機工作原理

　　螺杆式空壓機是由一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（chǐ）槽之間的空氣不斷地產生周（zhōu）期（qī）性（xìng）的容（róng）積變化，空氣則沿著轉子軸線由吸入側輸送至輸出側（cè），實現螺杆式空壓機的吸氣、壓縮和排氣（qì）的全過程。空壓機的進（jìn）氣口和出氣口分別位於殼體的兩端，陰轉子的（de）槽和陽轉子的齒被主電機驅動而旋轉（zhuǎn）。

　　● 活塞（sāi）式空壓機工作原理

　　活塞式空壓（yā）機是由電動機帶動皮帶輪通過聯軸器直（zhí）接驅動曲軸，帶動連杆（gǎn）與活塞杆，使活塞在壓縮機（jī）氣缸內（nèi）作往複運（yùn）動，完（wán）成吸入、壓（yā）縮、排出等過程,將無壓（yā）或低壓氣（qì）體升壓，並輸（shū）出到儲壓罐內。其中，活塞組件，活塞（sāi）與汽缸內壁及汽缸蓋（gài）構成容積可變的工作（zuò）腔，在曲柄連杆（gǎn）帶動（dòng）下，在汽缸內作往複運動以實現（xiàn）汽缸內氣體（tǐ）的壓縮。

　　空（kōng）壓機係統控製

　　空壓機主電機運行方式為星-角降壓起動後全壓運行（háng），供氣係統具體工作流程為：當按下啟動按鈕，控製係統接通啟動器線圈並（bìng）打開（kāi）斷油閥，空壓機在（zài）卸載模式下啟動，這（zhè）時進氣閥處於關閉位置，而放氣閥打開以排放（fàng）油氣分（fèn）離器內的壓力。等降壓n秒（由時間（jiān）繼電器控製）後空壓機開始加載運行，係統壓力（lì）開始上升。如果係統壓力上升（shēng）到壓（yā）力開關上限值，即起跳壓力，控製器使進氣閥關閉，油氣分（fèn）離器（qì）放氣，壓縮（suō）機（jī）空載運行，直到係統（tǒng）壓力降（jiàng）到壓力開關下限值（zhí）後，即回跳壓力下，控製器使進氣閥打開，油氣分離器放氣閥關閉，壓縮機打開，油氣分離器放氣閥關閉，壓（yā）縮機滿載運行。

　　空壓機係統節（jiē）能分析

　　在管道供氣係統中，最（zuì）基本的控製對象（xiàng）是流量（liàng），供氣係（xì）統的基本任務就是要滿足用戶對（duì）流量的（de）需求。目前（qián），常見的（de）氣（qì）體（tǐ）流量控製方式有加、卸（xiè）載供氣（qì）控（kòng）製方式和轉速控製方式（shì）兩種。

　　● 加、卸載供氣控製

　　加、卸載供（gòng）氣控製方式即為（wéi）進氣閥開關（guān）控製（zhì）方式，即壓力（lì）達到上限時關閥（fá），壓（yā）縮（suō）機進人（rén）輕載運（yùn）行；壓力抵（dǐ）達下限時開閥，壓（yā）縮機進入滿載運行（háng）。

　　由於空壓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（lái）決定電（diàn）動機的容量，設（shè）計餘量一般偏大。工頻起動設備時的衝（chōng）擊大（dà），電機軸承的磨損大（dà），所以設備維護量（liàng）大。雖然都是降壓（yā）啟動，但（dàn）起動時的電流仍然很大，會影響電（diàn）網（wǎng）的穩定及其它用電設（shè）備的運行安全，而且大多數是連續運行，由於一般空氣壓縮機的拖動電機本身不能調速，因（yīn）此就不能直接使用壓力或流量的變動來實（shí）現降（jiàng）速調節（jiē）輸出功率的匹（pǐ）配，電機不允許頻繁啟動，導致在用（yòng）氣量（liàng）少的時候電（diàn）機仍然要空（kōng）載運行，電能浪費巨大。

　　經常卸載和加載導致整個氣網壓力經常變化，不能保持恒定的工作壓（yā）力（lì）延長（zhǎng）壓縮機的使用壽命。空壓機的有些調節方式（如調節閥門或調節卸載等方式）即（jí）使在（zài）需要流量較小（xiǎo）的（de）情況下，由於電機轉速不變（biàn），電機功率下降幅度比（bǐ）較（jiào）小。

　　● 轉速控（kòng）製（zhì）

　　即通過改變空壓機的轉速（sù）來調（diào）節流量，而閥（fá）門的開度保持不變（一般保持最大開度）。當空壓機轉速改變時，供氣係統的揚程特（tè）性隨之（zhī）改變，而管（guǎn）阻特性（xìng）不變。

　　在這種控製方式（shì）下，通過變頻調速（sù）技術（shù）改（gǎi）變空壓機電（diàn）機的轉速，空壓機的供氣流量可隨著用氣（qì）流量的改變而改變，達到真（zhēn）正（zhèng）的供（gòng）需平衡（héng），在節能的同時，也可使整個係統達到最佳工作效率。變頻器基於（yú）交一直一交電源變換原理，可（kě）根據控（kòng）製對象的需要輸出頻率連續可調的（de）交（jiāo）流電壓。電動機轉速與電源頻率成正（zhèng）比，因此，用變頻器輸出頻率可調的交流電壓作為空壓機電動機的電（diàn）源電壓，可方便地改變空壓機的轉速。

　　空壓機係統節能原理

　　采用（yòng）變頻（pín）器（qì）控製空壓機的（de）轉速以達到節能是一種較為科學的控製方法。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———空壓機供給管網風量；

　　H———管網（wǎng）壓力；

　　P———電機消耗功率；

　　n———空壓機轉速。

　　由上式可知，當電機轉速降至額定轉速的80%，則空（kōng）壓機供給（gěi）管網風量降為80%，管網壓力（lì）降為（80%）2，電機消耗功（gōng）率則降為（80%）3，即51.2%，去除電機機械損耗和（hé）電機銅、鐵損耗等（děng）影響，節能效（xiào）率也接近40%，這就是調（diào）速節能的（de）原（yuán）理所在。

　　長（zhǎng）期實踐證明，在供氣（qì）係統中接入變頻節能係統，利用變頻（pín）技術改變空壓機轉速來調節管道中的流量，以（yǐ）取代（dài）閥門調節方式（shì），能取得明顯的節能效果，一般（bān）節電率都在30％以上。另外，變頻器的軟啟動功能及（jí）平滑調速的特點可實現對流量的平（píng）穩調節，同時減少啟動衝擊（jī）並延長機組及管組的使用壽命。

　　空壓機變頻改造方案

　　● 空壓機（jī）變頻改造注意事項

　　1)空壓機（jī）是大轉動慣量負載，這種啟動特點就很容易引起V/F控製方式的變頻器在啟動時出現跳過流保護的情況，建議選用具有高啟動轉矩的無速度傳感器矢量變頻器，保證即能實現恒壓供氣連續（xù）性，又保（bǎo）證（zhèng）設備可靠穩（wěn）定的運（yùn）行；

　　2)空壓機不允許長時間在低頻下運（yùn）行，當空壓機的轉速過低，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。所以工作的下限頻率應不低於20Hz；

　　3)為了有效濾（lǜ）除變頻器（qì）輸出電流中的高次諧波分量，減（jiǎn）小因高次諧波引起的電（diàn）磁（cí）幹擾（rǎo），建議選用（yòng）輸出交流電抗器（qì），還可以減小電機運行噪音和溫升，提高電動機（jī）的穩定性。

　　● 恒壓供氣節能原理

　　如（rú）上所述，流量是供氣係統（tǒng）的基本控製對象，供氣流量（liàng）需要隨時滿足用氣流量。在（zài）供氣係統中，儲氣管中的氣壓能夠充分反映供氣能力與用氣（qì）需求之間的關係：

　　若 供氣流量 > 用氣流量 → 儲氣管氣壓上升

　　若 供氣流量 < 用氣流量 → 儲氣管氣壓下降

　　若 供氣流量 = 用氣流量 → 儲（chǔ）氣管氣壓不變

　　所以,保持管道中的氣壓恒定，就可保證該處供（gòng）氣能力恰好滿足用（yòng）氣需求，這就是恒壓供氣係（xì）統所要達到的目（mù）的。

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

　　變頻（pín）調速係統將管網壓力（lì）作為（wéi）控製（zhì）對象，裝（zhuāng）在儲氣管出氣口的壓（yā）力（lì）變送器將儲氣罐的壓力轉變為電信（xìn）號送給（gěi）變頻器內部的（de）PID調（diào）節器，與壓力給（gěi）定值進行比較，並（bìng）根據（jù）差值的大小按（àn）既定的PID控製模式進行運算，產生控製信號去控製變頻器的輸（shū）出電（diàn）壓和逆變頻率，調整電動機的轉速，從而使實（shí）際壓力始終維持在給定壓力。另外，采用該方案後，空氣壓縮機電動機從靜止到穩定轉速可由變（biàn）頻器實現軟啟動，避免（miǎn）了啟動時的大電流和啟動給空氣（qì）壓縮機帶來的機械衝擊。正常情況下，空氣壓（yā）縮機在變（biàn）頻器調速（sù）控製（zhì）方式下工作。變頻器一旦出現故障，生產工藝不允許空氣壓縮（suō）機停機（jī），因此，係統設置了工（gōng）頻與變頻切換功能，這樣當變頻器出現故障時，可由工頻電源通過接觸器直接（jiē）供（gòng）電，使空氣壓縮機照常工（gōng）作（zuò）。

　　整個（gè）控製過程如下：

　　用氣需求↑ —— 管路氣壓↓—— 壓力設定值（zhí）與返饋值的差值↑ —— PID輸（shū）出↑ —— 變頻器輸出頻率↑ —— 空（kōng）壓（yā）機電（diàn）機轉速↑ —— 供氣流量↑—— 管路氣壓趨於穩定

　　特別注意，在（zài）壓力容差範圍內（nèi），變頻（pín）器的PID不調節，即保（bǎo）持輸出頻率不變。

　　圖3 空壓機變頻電氣控製圖（tú）

　　如圖（tú）3,空壓機電（diàn）機（jī）的電路上安裝了“市電”、“節電”接觸器，這樣（yàng）可以有“市電運行”與“節電運行”兩種（zhǒng）工作模式選擇：市電運行模式下，變頻（pín）器不工作，整套係統按原有方式手動起停、工頻運行；節電運行模式下，空壓機由變頻器直接拖動，係統根（gēn）據用氣量的變化，自動調節（jiē）空壓機的電機轉速，使得儲（chǔ）氣罐始終保持恒定（dìng）壓力的氣壓輸出。

　　總（zǒng）結

　　將變頻調速技術（shù）引入空氣壓縮機領域，是（shì）近幾年來各空壓機廠家研究的重要課題。各大牌專業空壓（yā）機（jī）供應商都推出（chū）了自己變頻空壓機產品，並迅速在其高端市場具有很不錯的表現。但目前，大量的（de）工頻空壓機（jī）的應（yīng）用非常普遍，因（yīn）此，空壓機的改造市場非（fēi）常巨大。衷（zhōng）心希望（wàng）此空壓機變頻（pín）改造方案（àn）能給廣大係統集成商、空（kōng）壓機最終用戶、電氣自動（dòng）化愛好者以幫助，或者是為其提供（gòng）一種新的思路。