空壓機節能設備

　　空壓機節（jiē）能改造

　　空壓機概況

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

　　● 螺（luó）杆式空壓機工作原理（lǐ）

　　螺杆式空壓機是由一（yī）對相互平（píng）行齧合的陰陽轉子(或稱（chēng）螺杆)在氣缸內轉動（dòng），使轉子齒槽之間（jiān）的空（kōng）氣不斷地產生周（zhōu）期性的容積變化，空（kōng）氣則沿著轉子軸線由吸入側（cè）輸送至輸（shū）出（chū）側，實現螺杆（gǎn）式空壓機的（de）吸氣、壓縮和排氣的全過程。空壓機的進氣口和出氣口分別位於殼體的（de）兩端，陰轉子的槽和陽（yáng）轉（zhuǎn）子的（de）齒被主電機驅（qū）動而旋轉。

　　● 活塞式空壓機工作原（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（dòng）曲軸（zhóu），帶動連杆與活塞杆，使活塞在（zài）壓縮機氣缸內作往複運動（dòng），完（wán）成吸入、壓縮、排出等過（guò）程,將無壓或低壓氣體升壓，並輸出到（dào）儲壓罐內。其中，活塞組（zǔ）件，活塞與汽缸內（nèi）壁及汽缸蓋構成容（róng）積可變的工作腔，在曲（qǔ）柄（bǐng）連杆帶動下，在汽缸內作往複運動以實現汽（qì）缸內氣體的壓縮。

　　空壓機係統控製

　　空壓（yā）機主電（diàn）機運行方式為星（xīng）-角降壓（yā）起動後全壓運行，供氣係統具體工作流程（chéng）為：當按下（xià）啟動按鈕，控製係統（tǒng）接通啟動器線圈並打（dǎ）開（kāi）斷油閥，空壓機在卸（xiè）載模式（shì）下啟動，這時進氣（qì）閥處於（yú）關閉位置，而放（fàng）氣閥打開（kāi）以排放油氣（qì）分離器內的壓力。等降壓n秒（由時（shí）間繼電器控製）後空壓機開（kāi）始加載運行，係統壓力開始上升。如果係統壓（yā）力上升到壓力開關（guān）上限值（zhí），即起跳壓力（lì），控製器使進氣閥關閉，油氣分離（lí）器放氣，壓縮機空載運（yùn）行（háng），直到係統壓力降到壓力開關下限值後，即（jí）回跳壓力下，控製器使（shǐ）進氣閥打開，油氣分離器放氣閥關閉，壓縮（suō）機打開，油氣分離器放氣閥關閉，壓縮機滿載運行。

　　空壓（yā）機係（xì）統節能分析（xī）

　　在管道供氣係統中，最基（jī）本的控（kòng）製對象是（shì）流量，供氣係統的基本任務就是要（yào）滿足用戶對（duì）流（liú）量的需求。目前，常見的氣體（tǐ）流量控製方式有加、卸載供氣（qì）控製方（fāng）式和轉速控製方式（shì）兩種。

　　● 加、卸載供（gòng）氣控製

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

　　由於空壓（yā）機不能（néng）排（pái）除（chú）在滿負荷狀態下長時間運行的（de）可（kě）能性，所以隻能按最大需要來決定電動機（jī）的容量，設計餘量一般偏大。工（gōng）頻起動設備時的衝擊大，電（diàn）機軸承的磨損大，所以設（shè）備維護量大（dà）。雖然（rán）都是降壓啟動，但起動時的電流仍然很（hěn）大，會影響電（diàn）網的（de）穩定及其它用電設備的運（yùn）行（háng）安全，而且大多數是連續運行，由（yóu）於一般空氣壓縮機（jī）的拖動電機本身（shēn）不能調速（sù），因此就不能直（zhí）接使用壓力或流量的變動來實現（xiàn）降速調節輸出功率的匹配，電機（jī）不（bú）允許頻繁啟動，導致在用氣量少的時候（hòu）電（diàn）機仍然要空載運行，電能浪費巨大。

　　經常卸載和加載（zǎi）導致（zhì）整個氣網壓力經常變化（huà），不能保持恒定的（de）工作壓力延長壓縮機（jī）的使用壽命。空壓機的有些調節方式（如調節閥門（mén）或調節卸載等方式）即使（shǐ）在（zài）需要（yào）流量較小（xiǎo）的情況下，由（yóu）於電機轉（zhuǎn）速不變，電機功率下降幅度比較小。

　　● 轉（zhuǎn）速控製

　　即通過改變空（kōng）壓機的轉速來調節流量，而（ér）閥門的（de）開度保持不變（biàn）（一般保持最大開度（dù））。當空壓機轉（zhuǎn）速改變時，供氣係統（tǒng）的揚程特性隨之改變，而管阻特性不變。

　　在這種控（kòng）製方式下，通過變頻調（diào）速技術改（gǎi）變空壓機電機的轉速，空壓機的供氣流量可隨著用氣流量的改變而改變，達到真正的供需平衡，在（zài）節能的同時，也可使整個係（xì）統達到最佳工作效率。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（lǜ）連續可調的交流電壓（yā）。電動機轉速與（yǔ）電源頻率成（chéng）正比（bǐ），因此，用變頻器輸出頻率（lǜ）可調的交流電壓作為空壓機（jī）電動機的電源電壓，可（kě）方便地改變空壓機的轉速。

　　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（dào）節（jiē）能（néng）是一種較為科學的控製方法。根據空壓機運行特性知（zhī）：

　　Q1 / Q2 = n1 / n2

　　H1 / H2 =（ n1 / n2）2

　　P1 / P2 =（ n1 / n2）3

　　式中 Q———空壓機（jī）供給管網風量；

　　H———管網壓力；

　　P———電機消耗功率；

　　n———空壓機轉速。

　　由上式（shì）可知（zhī），當電機轉速降至（zhì）額定轉速的80%，則空壓機供給管網風量降為（wéi）80%，管（guǎn）網壓（yā）力降為（80%）2，電機（jī）消耗功率則降（jiàng）為（80%）3，即51.2%，去除電機機械損耗和電機銅、鐵損耗等影響，節能效率也接近40%，這就是調（diào）速節能的原理所在（zài）。

　　長期實踐證明，在供氣係統中接入變頻節能係統，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（qǔ）得明顯的節能效果，一般節電率都在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穩調（diào）節，同（tóng）時減少啟動衝擊並延長機組及（jí）管組的（de）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)空壓機是大轉動慣量負載，這種啟動特點就（jiù）很容（róng）易引起V/F控製方式的變頻（pín）器在啟動（dòng）時出現跳過（guò）流（liú）保護的情況，建議（yì）選用具有高啟（qǐ）動轉矩的（de）無速度傳感器矢量變頻器，保證即能實現恒壓供氣連續性，又保證設備可靠穩（wěn）定的運行；

　　2)空壓機不允許長時間在低頻下運行（háng），當空壓機的（de）轉速過低，一方麵將使空壓機的工作穩定（dìng）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（xiào）濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分量，減（jiǎn）小因高次（cì）諧波引起的（de）電磁幹擾，建議選用輸出交流電（diàn）抗器，還可以減小電機運行噪音和溫升，提高電動機的穩定性。

　　● 恒壓供氣節能原理

　　如上所（suǒ）述，流量是供氣係統的基本控製（zhì）對象，供氣流量需（xū）要隨時滿足用氣流量。在供（gòng）氣係統中，儲氣管中的氣壓能夠充分反映供氣能力與用（yòng）氣需求之間的關係：

　　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 → 儲氣管（guǎn）氣壓不變

　　所（suǒ）以,保持管道中的氣（qì）壓恒定，就可保證該處供氣（qì）能力恰（qià）好滿足用氣（qì）需求，這就是恒壓供氣係統所要達到的目的。

　　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（lǐ）框圖（tú）如圖1所示。

　　變頻調速（sù）係統將管網壓力作為控製（zhì）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（gěi）定值進行比較，並（bìng）根（gēn）據差值的大小按既定的（de）PID控製模式進行運算，產（chǎn）生控製信（xìn）號去控製變頻器的（de）輸（shū）出電壓（yā）和逆變頻率，調整電動機的轉（zhuǎn）速，從而使實際壓力（lì）始終維持（chí）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（wěn）定轉速可由（yóu）變頻器（qì）實現軟啟動，避免了啟（qǐ）動時的大電流和啟動給空氣壓縮機帶來（lái）的機械衝擊。正常情況下，空氣壓縮機（jī）在變頻器調速控製方式下工作。變頻器一旦出現故障（zhàng），生產工藝不（bú）允許空氣壓（yā）縮機停機，因此，係統設（shè）置了工頻與變（biàn）頻切換功能，這樣當變頻（pín）器出現故障時（shí），可由工（gōng）頻電源（yuán）通過接觸（chù）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↑ —— 管路氣壓（yā）↓—— 壓力設定值與返饋值（zhí）的差值↑ —— PID輸出↑ —— 變頻器輸出頻率↑ —— 空壓機（jī）電機轉速↑ —— 供氣流量↑—— 管路氣壓趨於穩（wěn）定

　　特別注意，在壓力容差（chà）範圍內，變頻器的PID不（bú）調節，即保（bǎo）持（chí）輸（shū）出頻率不變。

　　圖3 空壓機變頻電（diàn）氣控製圖

　　如圖3,空壓機電機的電路上安（ān）裝了（le）“市（shì）電”、“節（jiē）電”接觸器（qì），這樣可以有“市電運行”與“節電運行”兩種工作模式選擇：市電運（yùn）行（háng）模式下，變頻器不工作，整套係統按原有方式手動起停、工頻運行；節電運（yùn）行模式下，空壓機由（yóu）變頻器（qì）直接拖動，係統根據用氣量（liàng）的變化，自（zì）動調節空壓機的（de）電（diàn）機轉速，使得儲氣罐始終保持恒定壓力的氣壓輸出。

　　總結

　　將變頻調速技術引入空氣壓縮（suō）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了自己變頻（pín）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，大量的工頻空壓機的應用非常普遍，因此，空壓機的改造（zào）市場非常巨大。衷心希（xī）望此空壓機變頻改造方案能（néng）給（gěi）廣大係統集成商、空壓機最終用（yòng）戶、電氣自動化愛好者以幫助，或者（zhě）是為其提供一種新的（de）思路。