空壓機節能設備

　　空壓機節能改造

　　空（kōng）壓機概況

　　空壓機，全（quán）名為空氣壓縮機，是一種工礦企業中最常用（yòng）的空氣動（dòng）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

　　螺杆（gǎn）式空壓機是由一對相互平行齧（niè）合的陰陽轉子(或稱螺杆)在氣缸內轉動，使轉子齒槽之間的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輸出側，實（shí）現螺杆式空壓機的吸氣、壓縮和排（pái）氣的全過程。空壓機的進氣口和出氣口分別位於殼體的兩端（duān），陰轉子的槽和陽轉子的齒被主電機驅動而旋轉。

　　● 活塞式空壓機工作原理

　　活塞式空壓機是由（yóu）電動機帶動（dòng）皮帶輪通過聯軸器直（zhí）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（děng）過程,將無壓或低壓氣體升壓，並輸出到儲壓罐內。其中，活塞組件，活塞與汽缸內壁及汽（qì）缸蓋構成（chéng）容積可（kě）變的（de）工作（zuò）腔，在（zài）曲柄連杆帶動下，在汽缸內作往複運動以實現汽缸內氣體的壓縮。

　　空壓機係統控製

　　空壓機主電（diàn）機運行方式為（wéi）星-角降（jiàng）壓（yā）起動後全壓運（yùn）行，供氣（qì）係統具體工作流（liú）程為：當按下啟動按（àn）鈕，控製係統接通啟動器線圈並（bìng）打開斷油閥，空壓機在卸載模式（shì）下啟動，這時（shí）進氣閥處於關閉位（wèi）置，而放氣閥打開以排放油氣分離器內（nèi）的壓力。等降（jiàng）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（yā）力開始上升。如果係統壓力上升到壓力開關上（shàng）限值，即起跳壓（yā）力，控製（zhì）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（tiào）壓力下，控製器使進氣閥打開，油氣分（fèn）離器放氣閥關閉，壓縮機打開，油氣分離（lí）器放氣閥關閉，壓縮機滿載運行。

　　空壓機係統節（jiē）能（néng）分析

　　在（zài）管道供氣係（xì）統中（zhōng），最基本的控製對象是流量，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（qì）體流量控製方式有加、卸載供氣（qì）控製（zhì）方式和轉（zhuǎn）速控製方式兩種。

　　● 加、卸載供氣控製

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

　　由於空壓機不能排除在滿負荷（hé）狀態下長時間運行的可能性，所（suǒ）以隻（zhī）能按最大需要（yào）來決定電動機的容量，設計餘量一般偏大。工頻起動設備時的衝擊大，電機軸承的磨損大，所以設備維（wéi）護量（liàng）大。雖然都是降壓啟動，但起動時的電流仍然很大（dà），會（huì）影響（xiǎng）電網（wǎng）的（de）穩定及其它用電（diàn）設備的運行安（ān）全，而且大多數是連續運行，由於（yú）一般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（lái）實現降速調節輸出（chū）功（gōng）率的（de）匹配，電機不允許頻繁啟動，導致在用氣量少的時候電機仍（réng）然要空載運行，電能浪費巨大。

　　經常卸載和加載（zǎi）導致整個氣網壓力經常變化，不能保持（chí）恒定的工作壓力延長壓縮（suō）機的使（shǐ）用壽命。空壓（yā）機的有些調節方式（如調（diào）節閥門或調節卸載等方式）即使在需要流量較小的情況下，由於電機轉速不變（biàn），電機功率下降幅度（dù）比較小。

　　● 轉速控製（zhì）

　　即通過改變空壓機的轉速來調節流量，而閥門的開度保持（chí）不變（一般（bān）保持最大開度（dù））。當空壓機轉（zhuǎn）速改變時，供氣係統的揚程特性隨（suí）之改（gǎi）變，而管阻特性不（bú）變（biàn）。

　　在這種控製方式下，通過變（biàn）頻（pín）調速技術改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，在節能的（de）同（tóng）時，也可使整個係統達到最佳工作效率。變（biàn）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。電（diàn）動機轉速與電源頻率成正比，因此，用變頻器輸出頻率可調的交流電壓作為（wéi）空壓機電動機的電源電壓，可方便地改變空壓機的轉速。

　　空（kōng）壓機係統節能原理

　　采用變頻器控製空（kōng）壓機的轉速（sù）以達到節能是一（yī）種較為科學的控製方法。根據空（kōng）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（liàng）；

　　H———管網壓力；

　　P———電機消耗功率；

　　n———空（kōng）壓機轉速。

　　由上式可知，當電機轉（zhuǎn）速降至額定轉速的（de）80%，則空（kōng）壓機（jī）供給管網風量降為80%，管網壓力降為（80%）2，電機消耗功率（lǜ）則降為（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（yě）接近40%，這（zhè）就是調速節能的原理所在。

　　長（zhǎng）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（qǔ）代閥（fá）門調節方式，能（néng）取得明顯的節能效（xiào）果，一般節電率都在30％以上。另外，變頻器的軟啟動功能及平滑調（diào）速的特點可實現對流量的（de）平穩調節，同時減少啟動衝擊並延長機組及（jí）管組的使用壽命。

　　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（dòng）慣量（liàng）負載，這種啟動特（tè）點就很容易引（yǐn）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（qǐ）動轉矩的無速度傳感器矢（shǐ）量變頻器，保證即（jí）能實現恒壓供（gòng）氣連（lián）續性，又保證設備可靠穩定的運行；

　　2)空壓機不允許長時間在低（dī）頻下運行，當空壓機的轉速過低，一方麵（miàn）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（sǔn）。所以工（gōng）作的（de）下限頻率應不低於20Hz；

　　3)為了有效濾除變頻（pín）器輸出電流中（zhōng）的（de）高次諧（xié）波（bō）分量，減小因高次諧波（bō）引起的電磁幹擾，建（jiàn）議選用輸出交流電抗器，還可（kě）以減小電（diàn）機運行噪音（yīn）和溫升，提高電動機的穩定性。

　　● 恒壓供氣節（jiē）能原理

　　如上所述，流量是供氣係統（tǒng）的基本控製對（duì）象，供氣流量需要隨時滿足用氣流量。在供氣係統中，儲氣管（guǎn）中的氣壓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 < 用氣流量 → 儲氣管氣壓下降

　　若 供氣流量 = 用氣流量 → 儲氣管氣壓不（bú）變

　　所（suǒ）以,保（bǎo）持管道中的（de）氣壓恒定，就可保證該處供氣能力恰好滿（mǎn）足用氣需求，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術進（jìn）行恒壓供氣控（kòng）製時，係統原理框圖如圖1所（suǒ）示。

　　變頻調速係統將管網壓力作為控製對象（xiàng），裝在（zài）儲氣管出（chū）氣口的壓力變送（sòng）器將（jiāng）儲氣罐的壓力轉變（biàn）為電信號送（sòng）給變頻器內部的PID調節器，與壓力給定值進行比較，並根據差值的大小按既定的PID控製模（mó）式（shì）進行運算，產生控（kòng）製信（xìn）號去控製變頻器的輸出電壓和逆（nì）變頻率，調整電動機的轉速，從而使實際（jì）壓力始終維（wéi）持在（zài）給定壓（yā）力。另外，采用該方案後，空氣壓縮機電動（dòng）機從靜止到穩定轉（zhuǎn）速可由變頻器實現軟啟動，避免了（le）啟動時的大電流和啟動給空氣壓縮機帶來的機械衝擊。正常情況下，空（kōng）氣（qì）壓縮機在變頻器調速控製方式下工作。變頻器一旦出現故障，生產工藝不允許空氣壓縮機停機，因此，係統設置了工頻與變頻切換功能，這樣當變頻器出現故障時，可由工頻電源通過接觸器直接供（gòng）電，使空（kōng）氣壓縮機照常（cháng）工作。

　　整（zhěng）個控製過程如下：

　　用氣需求↑ —— 管路（lù）氣壓↓—— 壓力設定值（zhí）與返饋值的差值↑ —— PID輸出↑ —— 變頻器輸出頻率↑ —— 空壓機電機轉速↑ —— 供（gòng）氣流量↑—— 管路氣壓趨於穩定

　　特別注意，在壓力（lì）容差範圍內，變頻器（qì）的PID不調節，即保持輸出頻（pín）率不變。

　　圖3 空壓機變頻（pín）電氣控製圖

　　如圖3,空壓（yā）機電機的電路上安裝（zhuāng）了（le）“市電”、“節電”接觸器，這樣可以有“市電運行”與“節電運行”兩種工（gōng）作模式選擇：市電運行模式下，變頻器不工作，整套係統按原有方式手動起停、工頻（pín）運行；節電運行模式下，空壓（yā）機由變頻器直接拖動，係統根據用氣量（liàng）的變化，自動調節空壓機的電機轉速，使（shǐ）得儲氣（qì）罐始（shǐ）終保持恒定壓力的氣壓輸出。

　　總結

　　將變頻調速技（jì）術引入空氣壓縮機領域，是近幾年（nián）來（lái）各空壓機（jī）廠家研究的重要課題。各大（dà）牌專業空（kōng）壓機供應商都推出了自己變頻空（kōng）壓機產品，並迅速在其高端市場具有很不錯（cuò）的表現。但（dàn）目前，大量的工頻空壓機的應（yīng）用非常普遍，因此，空（kōng）壓機的改造市場非常巨大。衷心希（xī）望此空壓機（jī）變頻（pín）改造（zào）方（fāng）案能給廣大係統集成商、空壓機最終（zhōng）用戶、電氣自動化（huà）愛好者以幫助，或者（zhě）是為其提供一種（zhǒng）新的思路。