空壓機節能設備（bèi）

　　空壓機節能改造

　　空壓機概況

　　空壓機，全（quán）名為空氣壓縮機，是一種工（gōng）礦企業中（zhōng）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、活塞式空壓機等。

　　● 螺杆式空壓機工作原理

　　螺杆式空壓機是（shì）由一對相互平行齧合的陰陽轉子(或（huò）稱螺杆)在氣缸內轉動（dòng），使轉子（zǐ）齒槽之間的空氣不（bú）斷地產生周（zhōu）期性（xìng）的容（róng）積變（biàn）化，空（kōng）氣則沿著轉子軸線由吸入（rù）側輸送至輸出側，實現螺杆式空壓機的吸（xī）氣、壓縮和排氣的全過（guò）程。空（kōng）壓機的進氣口和出氣口分別位於（yú）殼體的兩端，陰轉子的槽和陽轉子（zǐ）的齒被主電機驅動（dòng）而旋（xuán）轉。

　　● 活塞式空壓機（jī）工作原理

　　活塞式空壓機是由電動機帶動皮帶（dài）輪通過聯軸器直接驅動曲軸（zhóu），帶動（dòng）連（lián）杆與活（huó）塞杆，使活塞在（zài）壓縮機氣缸內作往複運動，完成吸入（rù）、壓縮、排出等過程,將無壓或低（dī）壓（yā）氣體升壓，並輸出到儲壓罐（guàn）內。其中，活塞組件，活塞與汽缸（gāng）內壁（bì）及汽缸蓋構成容積可變的工作腔，在（zài）曲柄連杆帶動下（xià），在汽缸內作往複運動以（yǐ）實現汽缸內氣體（tǐ）的壓縮。

　　空壓機係統控製

　　空壓機主電機運行方（fāng）式為星-角降壓起動後全壓運（yùn）行，供氣（qì）係統具體工（gōng）作流程為：當按下啟動按鈕，控製係統接通啟動器線圈並打（dǎ）開斷油閥，空壓機在卸載模式下啟動，這時進氣閥處於關閉位置，而放氣閥打開（kāi）以排放油氣分離器內的（de）壓力。等降壓n秒（由時（shí）間（jiān）繼電器控製）後（hòu）空壓機開始加載（zǎi）運行，係統（tǒng）壓力開始上升。如果係統壓力上升（shēng）到壓（yā）力開關上限（xiàn）值，即起跳壓力，控製器使進氣閥關閉，油氣分離器放氣，壓縮機（jī）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（xià），控製器（qì）使進氣閥打開，油氣分離（lí）器放氣（qì）閥（fá）關閉，壓縮機（jī）打開，油氣分（fèn）離器放氣閥（fá）關閉，壓縮機滿載運行。

　　空壓機係統節能分析（xī）

　　在管道供氣係統（tǒng）中，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（yòng）戶對流量的需（xū）求。目前，常見的氣體流量控（kòng）製方式有加（jiā）、卸載供氣控製方式和轉速控製方式兩種。

　　● 加、卸載供氣控製

　　加、卸載供氣控（kòng）製方式即（jí）為進氣閥開關控製方式，即壓力達到上限（xiàn）時關閥，壓縮機進人輕載運行（háng）；壓力（lì）抵（dǐ）達下限時開（kāi）閥，壓縮機（jī）進（jìn）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（zhī）能按最大需要來決定電動機的容量，設計餘量一（yī）般偏大。工頻起動設備時的衝擊大，電機軸承的磨損大，所以設備維護量大。雖（suī）然（rán）都是降壓啟動，但（dàn）起動時的（de）電流仍然很（hěn）大，會影響電網的穩（wěn）定及其它用電設備的運行安（ān）全，而且大多數是連續運行，由於一般空氣（qì）壓縮機的拖動電機本身不能調速，因（yīn）此就不能（néng）直接使用壓力（lì）或流量的（de）變動來實現降速調節輸出功率的匹配，電機不允許（xǔ）頻繁啟（qǐ）動，導致在用氣量少的時候電機仍然要空（kōng）載運行，電能浪費巨（jù）大。

　　經常卸（xiè）載和加載導致整個氣網壓力經常變化，不能保持恒（héng）定（dìng）的工作壓力延長壓縮機的使用壽命。空壓機的有些調節方式（如（rú）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（diàn）機（jī）轉速不變，電（diàn）機功率下降幅度比（bǐ）較小。

　　● 轉速控製

　　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（一般保持最大開度）。當空壓機轉速改（gǎi）變時，供氣係（xì）統的揚程特性隨之改（gǎi）變，而管阻特性不變。

　　在這種控（kòng）製方式下，通過變頻（pín）調速技術改變空壓機電（diàn）機的（de）轉速，空壓（yā）機的供氣流量可隨（suí）著用氣流量的改變而改（gǎi）變，達到真正的供需（xū）平衡，在（zài）節能的同時，也可使整個係統達到最佳工作（zuò）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（pín）率連續可調的交流電壓。電動機轉速與電（diàn）源頻率成正比，因此，用變頻器輸出（chū）頻率可調的交流（liú）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（jī）係統節能原理

　　采用變頻器控製空壓機的轉速以達到（dào）節能是一種較（jiào）為科學（xué）的控製方法。根據空壓機運行特（tè）性知：

　　Q1 / Q2 = n1 / n2

　　H1 / H2 =（ n1 / n2）2

　　P1 / P2 =（ n1 / n2）3

　　式中 Q———空壓機供給（gěi）管網風量；

　　H———管（guǎn）網壓力；

　　P———電機消耗功率（lǜ）；

　　n———空壓機轉速。

　　由上式可知（zhī），當電機（jī）轉速（sù）降至額定（dìng）轉速的80%，則（zé）空壓機供給管網風量降為80%，管網壓力降為（80%）2，電機消耗功率則降為（80%）3，即51.2%，去除電（diàn）機機械（xiè）損耗和電機銅、鐵損耗等影響，節能（néng）效率也接近40%，這（zhè）就是調速節能的原理所在。

　　長期實踐證明，在（zài）供氣係統中接入變頻節能係統，利用變頻技術改變空壓（yā）機轉速來調節管（guǎn）道中的流量，以取代閥門調節方（fāng）式，能取得明顯的節能效果，一般節電率都在30％以（yǐ）上。另外，變（biàn）頻器的軟啟動（dòng）功能及平滑調速的特點可實現對流量的平穩調節，同時減少啟（qǐ）動衝擊並延長機組及管組的使用壽命。

　　空壓機變頻改造方案

　　● 空壓機變（biàn）頻改造注（zhù）意事項

　　1)空壓機是大轉動慣量負載，這種啟動特點就很容易引起（qǐ）V/F控製方式的變頻（pín）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（qì），保證即能實現（xiàn）恒壓供氣連續性，又（yòu）保證設備（bèi）可靠（kào）穩定的運行；

　　2)空壓機不允許長時間在低頻下運行，當空壓機的轉（zhuǎn）速過低，一方麵將使空壓機的工作（zuò）穩定性變差，另一方麵也使缸體的潤滑變差，會加快磨（mó）損。所以工作的下限（xiàn）頻率（lǜ）應（yīng）不低於20Hz；

　　3)為了有效濾除變頻器輸出電流（liú）中的高次諧（xié）波分（fèn）量（liàng），減小因高次諧波引起（qǐ）的電磁幹擾，建議選用輸出（chū）交流電抗器，還（hái）可以減小電機運行噪音和溫升，提高電動機的（de）穩定性。

　　● 恒（héng）壓供氣節能原理

　　如上所述，流量是供氣係統的基本控製對象，供氣流量需要隨時滿足用氣流量。在供氣係統中（zhōng），儲氣管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（ruò） 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（yā）下降

　　若 供氣流量 = 用氣流量 → 儲（chǔ）氣管（guǎn）氣壓不變

　　所以,保持管道中的（de）氣壓恒定，就可保證該處供氣能力恰好滿足用氣需求，這就是恒壓供氣（qì）係統所要達到的目的。

　　空氣壓縮機采用變頻（pín）調速技術進行恒（héng）壓供氣控（kòng）製時（shí），係統原理（lǐ）框圖如（rú）圖1所示。

　　變頻調速係統（tǒng）將管（guǎn）網壓力（lì）作為控製對象，裝在儲氣（qì）管（guǎn）出氣口（kǒu）的壓力變送器（qì）將儲（chǔ）氣（qì）罐的壓力轉變為電信號送（sòng）給變頻器內部的（de）PID調節器（qì），與壓力給定值進行比較，並根據差值的大小按既定的PID控製模式進（jìn）行運算，產生控製信號去控製（zhì）變（biàn）頻器（qì）的輸（shū）出電壓（yā）和逆變頻率，調整電動機（jī）的轉速，從而使實際壓力始終維持在給定壓力。另外，采用該（gāi）方案後，空氣壓縮機電動機從（cóng）靜止（zhǐ）到穩定轉速（sù）可由變頻器（qì）實現軟啟動，避免（miǎn）了啟動時（shí）的大（dà）電流（liú）和啟動給空氣壓縮機帶來的機械（xiè）衝擊。正常情況下，空氣壓縮機在變頻器調速（sù）控製方式下工作。變頻器一（yī）旦出現故障，生產工藝不允許空氣壓縮機（jī）停機，因此，係統設置了（le）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（diàn）源通過接觸器（qì）直（zhí）接供電，使空氣壓縮機照常工作。

　　整個控製（zhì）過程如下：

　　用氣需求↑ —— 管路氣壓↓—— 壓力設定值與返饋值的差值（zhí）↑ —— PID輸出↑ —— 變頻器輸出（chū）頻率↑ —— 空（kōng）壓機電機轉速↑ —— 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，變頻器的PID不調節，即保持輸出頻率不變。

　　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（zhuāng）了“市電”、“節電”接觸器，這樣可以有“市電運行”與“節電運行”兩種（zhǒng）工（gōng）作模式選擇：市（shì）電運行模式下，變頻器不工作，整套係統（tǒng）按（àn）原有（yǒu）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（zhí）接拖動，係統（tǒng）根據用氣量的變（biàn）化，自動調節空壓機的電機轉速，使（shǐ）得（dé）儲氣罐（guàn）始終保（bǎo）持恒定壓力的氣壓輸出。

　　總結

　　將（jiāng）變頻調速（sù）技術引入空氣（qì）壓縮機領域，是近幾（jǐ）年（nián）來各空壓（yā）機廠家研究的重要課題。各大（dà）牌（pái）專業空壓機供應商都推出了自己變頻空壓機產品，並迅速在其高端市場（chǎng）具有很不錯的表（biǎo）現。但目前，大量的工頻空壓機的應用非常普遍，因此，空壓機的改造市場非常巨大。衷心希望此空壓機變頻改造方案（àn）能給廣大（dà）係統集成（chéng）商、空壓（yā）機（jī）最終用戶、電氣自動化（huà）愛好者以幫助，或者是為其提供一種新的思路。