空壓（yā）機節能設備

　　空壓機節能改造（zào）

　　空（kōng）壓（yā）機概況

　　空（kōng）壓機，全名為空（kōng）氣壓縮機，是一種工礦企業（yè）中最常用的空（kōng）氣（qì）動力提供設備。通常，空壓機分為螺杆式空壓機、活塞式空壓機等。

　　● 螺杆式空壓機工作原理

　　螺（luó）杆式空壓機是由一對相（xiàng）互平行齧合的陰陽轉子(或稱螺杆)在氣缸（gāng）內轉（zhuǎn）動，使（shǐ）轉子齒槽之間的（de）空氣不斷地產生周期性的容積變化，空氣則沿著轉子軸線由吸入側輸送至（zhì）輸出（chū）側，實現（xiàn）螺杆式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。空壓機的進氣口和出氣口（kǒu）分別位於殼體的兩端，陰轉子（zǐ）的槽和陽轉子的齒被主電機驅動而旋轉（zhuǎn）。

　　● 活（huó）塞式空壓機工作原理

　　活塞（sāi）式空（kōng）壓機是由電動機帶動皮帶輪通過聯軸器直接驅動曲軸，帶動連杆與活塞杆，使活塞在壓縮機氣缸內作往複運動，完成吸入、壓縮、排出等過程,將無壓或低壓氣體升壓，並（bìng）輸出到儲壓罐內。其中，活塞（sāi）組（zǔ）件，活（huó）塞與汽缸內壁及汽缸蓋構（gòu）成（chéng）容積可變的工作腔，在（zài）曲柄連杆帶動下，在汽缸內作往複運動（dòng）以（yǐ）實現汽缸內（nèi）氣體的壓縮。

　　空壓（yā）機係統控製

　　空壓機主電機運行方式為（wéi）星-角降壓起動後全壓運行，供氣係統（tǒng）具體工作流程為（wéi）：當按下啟動按鈕，控製係統接通啟動（dòng）器線（xiàn）圈並打開斷油（yóu）閥，空壓機（jī）在卸載（zǎi）模式下啟動，這（zhè）時進氣閥（fá）處於關閉（bì）位置，而放氣閥打開以排放油（yóu）氣分離器內的壓力。等降壓n秒（由時間繼電器控製）後空壓機開始加載運行，係統壓力開始上升。如果係統（tǒng）壓力（lì）上升到壓力開關上限值，即起跳壓（yā）力，控製器使進氣閥關閉，油氣分（fèn）離器放氣，壓縮機空載運行，直到係統壓（yā）力降到壓力開關下限值後，即回跳（tiào）壓力下（xià），控製器使進氣閥打開，油氣分離器放氣閥（fá）關閉（bì），壓縮機打開，油氣分離器放氣閥關閉，壓縮機滿載運行（háng）。

　　空壓機係統節能分析

　　在（zài）管道供氣係統中，最基本的控製對象（xiàng）是流量，供氣係統的基本任務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、卸載供氣控製方式和轉速控製方式兩（liǎng）種。

　　● 加、卸（xiè）載供氣（qì）控製

　　加（jiā）、卸（xiè）載（zǎi）供（gòng）氣控製（zhì）方式即為進氣閥（fá）開關控（kòng）製方式，即壓力達到（dào）上限時（shí）關（guān）閥，壓縮機進人輕載運行；壓力抵（dǐ）達下限時開閥，壓縮機進入滿載運行。

　　由於空壓機（jī）不能排除在滿負荷狀態下長時間運（yùn）行的可能性（xìng），所（suǒ）以隻能按最大（dà）需要來決定電動機的容量，設計餘量（liàng）一般偏大（dà）。工頻（pín）起動設（shè）備時的衝擊大，電機軸（zhóu）承的磨損大，所以（yǐ）設備維（wéi）護量大。雖然都是降壓啟動，但起動時的電流仍然很大，會影響電網的穩定及其它用電設備的運行安全，而且大多數是連（lián）續運行，由（yóu）於一般空氣壓縮機的拖動（dòng）電機本身不能調速，因此就不（bú）能直接使用壓力或流量的變動來實現降速調（diào）節（jiē）輸出（chū）功率的匹配，電機（jī）不允許頻繁啟動，導致在用氣量少的時（shí）候電機仍然要空載運行，電能浪費巨大。

　　經常卸載和（hé）加載導致整個氣網壓（yā）力（lì）經常變化，不能保持恒定的工作壓力延長（zhǎng）壓縮（suō）機的使用（yòng）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）即使（shǐ）在需要流量較小的情況下，由於電機轉速不變，電（diàn）機功（gōng）率下降幅度比較小。

　　● 轉速控製

　　即通過改（gǎi）變空壓機的轉速（sù）來調節流量，而閥門的開度保持不變（一般保持（chí）最大（dà）開度）。當空壓（yā）機轉速改變時，供氣係（xì）統的揚程特性隨之改變，而管阻特性不變。

　　在這種控製方式下（xià），通（tōng）過變頻調速技術改變空壓機電機的轉速，空壓機的（de）供氣流量可隨著用氣流量的改變而改變，達到（dào）真正的供需平衡，在節能的同時，也可使整個係統達到（dào）最佳工作效率。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要輸出頻率連續可（kě）調的交流電壓。電動（dòng）機轉速與電源頻率成正比，因此，用變頻器輸出頻率可調（diào）的交流電壓作為空壓（yā）機電動機的電源電壓，可方（fāng）便（biàn）地改變空壓機的轉速。

　　空壓機係統（tǒng）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法。根據空壓機（jī）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———管網壓力；

　　P———電機（jī）消（xiāo）耗功率；

　　n———空壓機（jī）轉（zhuǎn）速。

　　由（yóu）上式可知，當電機（jī）轉速降至額定轉速（sù）的80%，則空壓機供給管網風量降為80%，管網壓（yā）力降為（80%）2，電機消耗功率則降為（80%）3，即51.2%，去除電機（jī）機械（xiè）損耗和電機銅、鐵損耗等（děng）影響，節能效率也接近40%，這就是調速節能的原理所（suǒ）在。

　　長期實踐證明，在供氣係（xì）統中接入變頻節能係統，利用變頻技（jì）術改變空壓機轉速來調節（jiē）管道（dào）中的（de）流量，以取代閥門調節方式，能取得明顯的節能效果，一般節電率都在30％以上。另外（wài），變頻器的軟（ruǎn）啟動功能及（jí）平滑調速的特點可實現對流量的平穩（wěn）調節，同時減（jiǎn）少啟動（dòng）衝擊並延長機組及管組的使用壽命（mìng）。

　　空壓機變（biàn）頻改造方案

　　● 空壓機變頻改造注意事項

　　1)空壓機是大轉動慣量（liàng）負載，這種啟動特點就很（hěn）容（róng）易引起V/F控製方式的變頻器在啟動時出現跳（tiào）過流保護的情況，建議選用（yòng）具（jù）有高啟動轉矩的無速度傳感器矢量（liàng）變頻器，保證即能實現恒壓供氣（qì）連續（xù）性（xìng），又保證設備可（kě）靠穩定（dìng）的運行；

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

　　3)為了有效濾除（chú）變頻器輸出電流中的高次諧波分量，減小因高次諧波引起的電（diàn）磁幹（gàn）擾（rǎo），建議選用輸出交流電抗器，還可以減小電（diàn）機運行噪音和溫（wēn）升，提高電動機的穩定性。

　　● 恒壓供氣節能原理

　　如上（shàng）所述，流量是（shì）供氣係統的基本控（kòng）製（zhì）對象，供氣流量（liàng）需（xū）要隨時滿足用氣流量。在供氣係統中，儲氣管中的氣壓能夠充分反映供氣能力與用氣需求之間（jiān）的關係：

　　若 供氣流量 > 用氣流量 → 儲（chǔ）氣管氣壓上升

　　若（ruò） 供氣流量 < 用氣流量 → 儲氣管（guǎn）氣壓下降

　　若 供氣流量 = 用氣流量 → 儲氣管氣壓不變

　　所以,保持管道中的氣壓恒定，就可保證該處供氣能力恰好滿足用氣（qì）需求，這就是（shì）恒壓供（gòng）氣係統（tǒng）所要達（dá）到的（de）目的。

　　空氣壓縮機采用變頻調速（sù）技術進行恒壓供（gòng）氣（qì）控（kòng）製時，係統原理框圖（tú）如圖1所示（shì）。

　　變頻調速係統將管（guǎn）網壓力作為（wéi）控製對象，裝在儲氣管出氣口的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉變為電信號送給變頻器內部的PID調節器，與壓力給定值（zhí）進行比較（jiào），並（bìng）根據差（chà）值的大小按既定的PID控製模式進行運（yùn）算，產生控製信號去控製（zhì）變頻器的輸出電壓和逆變頻率，調整電動（dòng）機的轉速，從而使實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（dào）穩定轉速（sù）可由變頻（pín）器實現軟啟動，避免了啟動時的大電流和啟動給空氣壓縮機帶來的（de）機械衝擊。正常情況（kuàng）下，空氣壓（yā）縮機在變頻器調速控製方式下工（gōng）作。變頻器一（yī）旦出現（xiàn）故障，生產工藝不（bú）允許空氣壓縮機停機，因此，係統設置了工頻與（yǔ）變頻切換功能，這樣當變頻器出現故障時，可由工頻電源（yuán）通過接觸器直接（jiē）供電，使空（kōng）氣壓（yā）縮機照常工作。

　　整個控製過程如下：

　　用氣（qì）需求↑ —— 管路氣（qì）壓↓—— 壓（yā）力設定值與返饋值的差值（zhí）↑ —— PID輸出↑ —— 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（yì），在壓力容差範圍內，變頻器的PID不調節，即保持輸出頻率不變。

　　圖3 空壓機變（biàn）頻電氣控製圖

　　如圖3,空（kōng）壓機電（diàn）機的電路上安裝了“市電”、“節電”接觸器（qì），這樣可以有“市電運行”與“節電運行”兩種工作模式選（xuǎn）擇：市電運行（háng）模式下，變頻器不工作，整套係統按原有方式手動起停、工頻運（yùn）行；節電運行模式下，空壓機由（yóu）變頻器直接（jiē）拖動，係統根據用（yòng）氣量的變化，自動調節空壓機的電機轉速，使得（dé）儲氣罐始（shǐ）終保持（chí）恒定壓力（lì）的氣壓（yā）輸（shū）出。

　　總結

　　將變頻（pín）調速（sù）技術（shù）引入空氣壓縮機領域，是近幾年來各空壓機廠家研究的重要課題（tí）。各大牌專業空壓機供應商都推出（chū）了自己變頻空壓機產品，並（bìng）迅速在其高端市場具有很不錯的表（biǎo）現。但目前，大量的工（gōng）頻空壓機（jī）的應用非常普遍，因此，空壓機的改造市（shì）場非（fēi）常巨大。衷心希望此空壓機變頻改造方案（àn）能給廣大係統集成商、空（kōng）壓機（jī）最終用（yòng）戶、電（diàn）氣自動化愛好者以幫助，或者是為（wéi）其提供一種新的思路。