空壓機節能設備

　　空壓機（jī）節能改造

　　空壓機概況

　　空壓機，全名為空氣（qì）壓縮機，是一種工礦企業中最常用的空氣動力提供設備。通常（cháng），空壓機分為螺杆式空壓機（jī）、活塞式空壓機等。

　　● 螺杆（gǎn）式空壓機工作原理

　　螺杆式空壓（yā）機是由一（yī）對相互平行齧合的陰（yīn）陽（yáng）轉子(或稱螺杆)在氣缸（gāng）內轉動，使轉子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性（xìng）的容積變化（huà），空氣（qì）則沿著轉子軸線由吸入側輸送至輸出（chū）側，實現螺杆式（shì）空壓機的（de）吸氣、壓縮和排氣的全過程。空壓（yā）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。

　　● 活塞式空壓機工（gōng）作原理

　　活塞式空（kōng）壓機是由電（diàn）動機帶動皮帶輪通過聯（lián）軸器直接（jiē）驅動曲（qǔ）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（wán）成吸入、壓（yā）縮、排出等過程,將無壓或低壓氣體升壓，並輸出到儲壓罐內。其中，活塞組（zǔ）件，活塞與汽缸內壁及汽缸蓋構成容積（jī）可變的工作腔，在曲柄連杆帶動下，在汽缸內作往複運動以實（shí）現汽缸內氣體的壓縮。

　　空壓機係統控製

　　空壓機主（zhǔ）電機運行方式為星-角降壓起動後全壓（yā）運行，供氣係統具（jù）體工作流程為：當（dāng）按下啟動按鈕，控製（zhì）係統接通啟動器線圈並（bìng）打開斷油閥，空壓機在卸載模式下啟動，這時進氣閥處於關閉位（wèi）置，而放氣閥打開以排放油氣（qì）分離器內的壓力。等降壓n秒（miǎo）（由時間繼電器控製）後空壓機開始加載（zǎi）運行，係（xì）統壓力開始（shǐ）上升（shēng）。如果係統壓（yā）力（lì）上升到壓力開關上限值，即起跳壓力（lì），控製器使（shǐ）進氣閥關閉，油氣分離器放氣，壓縮機空載運行，直到係（xì）統壓力降到壓力開關下限值後，即回跳壓力下，控製器使進氣（qì）閥打開，油（yóu）氣分離器放氣閥關閉，壓縮機打開，油（yóu）氣分離器放氣閥關閉，壓縮機（jī）滿載運行。

　　空壓機係統節能分析

　　在管道供氣係統中，最基本的（de）控製（zhì）對象是流量，供氣係統的（de）基本任務就是要滿足用戶對流量的需（xū）求。目前，常見的氣體流量控製方式有加、卸載供氣（qì）控（kòng）製方（fāng）式和轉速控（kòng）製方式兩種。

　　● 加、卸（xiè）載供氣控製

　　加（jiā）、卸載供氣控製方式即為進氣閥開關控製方式，即（jí）壓力達到（dào）上限時關閥，壓（yā）縮機進人輕載運行；壓力抵（dǐ）達下（xià）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狀態（tài）下長（zhǎng）時間運行（háng）的可能性，所（suǒ）以隻能按最大需要來決定電動（dòng）機的容量，設計餘量一般偏大。工頻起動（dòng）設備時（shí）的衝擊大，電機（jī）軸承的磨損大（dà），所以（yǐ）設備維護量大。雖然都是降（jiàng）壓啟動，但起動時的電流仍然很大，會影響電網的穩定及其（qí）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電機本身不能調（diào）速，因此就不能直接使用壓力或流量的變動來實現降速調節輸出功率的匹配，電機不允許頻繁啟動，導致在用氣量少的時候電機仍然（rán）要空載運行，電能浪費巨大。

　　經（jīng）常卸載和（hé）加（jiā）載導致整個氣網（wǎng）壓力經常（cháng）變化，不能保持恒定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（shì）（如調節閥門或調節卸載等方式）即（jí）使在需要流量較小的情況下，由於電（diàn）機轉速不變，電機功率下降幅度（dù）比較小。

　　● 轉速控（kòng）製

　　即通過改（gǎi）變空壓機的轉（zhuǎn）速來調節流量，而閥門的開度保持不變（一般保（bǎo）持最大開度）。當（dāng）空壓（yā）機（jī）轉速改變時，供氣係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，通過變頻調速技術改變（biàn）空壓機電機的轉速，空壓機的供氣流量可隨著用氣流（liú）量的改變而改變，達（dá）到真正的供需平衡，在（zài）節能的同時，也（yě）可使整個係統達（dá）到最佳工作效率。變頻器基於交一直一交電源變換（huàn）原理，可（kě）根據控製（zhì）對象的需要輸出頻率連續可調的交（jiāo）流電壓。電動機轉（zhuǎn）速與電源頻率成正比，因此，用變頻器輸出頻（pín）率（lǜ）可（kě）調的交流電壓作為空壓機電動（dòng）機的電源電壓，可方便地（dì）改變空壓機的轉速。

　　空壓（yā）機係（xì）統節能原理

　　采用變頻器控製空壓機的轉速以達到節能（néng）是一種較（jiào）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（kōng）壓機供給管（guǎn）網風（fēng）量；

　　H———管網壓力；

　　P———電機消耗功率；

　　n———空壓機轉速。

　　由上式可（kě）知，當電機轉速降至額定轉速的80%，則空壓機供給管（guǎn）網風量降為80%，管網壓力降為（80%）2，電機（jī）消耗功（gōng）率則降為（80%）3，即51.2%，去除（chú）電機機（jī）械損耗和電（diàn）機銅、鐵損耗等影響，節能（néng）效率也接近40%，這就（jiù）是調速節能的原理所在。

　　長（zhǎng）期實踐證（zhèng）明，在供氣係統中接入變頻（pín）節能係統（tǒng），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（shì），能（néng）取得明顯的節能效果，一般節電率都在30％以（yǐ）上。另外，變頻器的軟啟動功能及平滑調速的（de）特點可實現（xiàn）對流量的平穩調節（jiē），同時減少啟動衝擊並延長機（jī）組及管組的使用壽命。

　　空壓機變頻改造方案

　　● 空壓機變頻（pín）改造注意事項

　　1)空壓機是大轉動慣（guàn）量負載，這種啟動特點就很（hěn）容易引起V/F控製方式的變頻器在（zài）啟動時出（chū）現跳過（guò）流保護的情況，建（jiàn）議選用具有高啟動轉矩的（de）無速度傳感（gǎn）器（qì）矢量變頻器，保證即能實現恒壓供氣連續性（xìng），又保證設備可靠穩定的運行；

　　2)空壓（yā）機不允許（xǔ）長時間在低頻下運行，當空壓機的轉速過低，一（yī）方（fāng）麵（miàn）將使空（kōng）壓機的工（gōng）作穩定性變差，另（lìng）一（yī）方（fāng）麵也使（shǐ）缸體的潤滑變差，會（huì）加快磨損。所以工（gōng）作的下限（xiàn）頻（pín）率應不低於20Hz；

　　3)為了有效濾除變頻器（qì）輸出電流中的高次諧波分量，減小因高次諧波引起（qǐ）的電磁幹擾，建（jiàn）議選用輸出交（jiāo）流電抗器，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（néng）原理

　　如上（shàng）所述，流量是（shì）供氣係統的基本控製對（duì）象，供氣流量（liàng）需（xū）要隨時滿足用氣流量。在供（gòng）氣係（xì）統中（zhōng），儲氣管（guǎn）中的氣壓（yā）能夠充分反映供氣能力與用氣（qì）需求之間的關係：

　　若 供（gòng）氣流量 > 用氣流量 → 儲氣（qì）管氣壓上升

　　若 供氣流量 < 用氣流量 → 儲氣管氣壓下降

　　若（ruò） 供氣（qì）流量（liàng） = 用氣流量 → 儲氣管氣壓不變

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

　　空氣壓縮機采用變頻調速技術進行恒壓（yā）供氣控製時，係統原（yuán）理框圖如圖1所示。

　　變頻調速（sù）係統將（jiāng）管網壓力作為控製對象，裝在儲（chǔ）氣管出氣口的壓力變送器將儲氣罐的壓力（lì）轉變為電（diàn）信號送給變頻器內部的PID調節器，與壓力給定值進行比較，並根據差值的大（dà）小按既定的PID控製模式進行運算，產生控製信號（hào）去控製變頻器的輸出電壓和逆變頻率，調整電動機的轉速，從而使實際壓力始終維持在給定壓力。另外（wài），采用該方（fāng）案後，空氣壓縮機電動機從靜（jìng）止到穩定轉速可由變頻器實現（xiàn）軟啟動，避免了啟動時的大電流和啟動給空氣壓（yā）縮機（jī）帶來的（de）機械衝擊。正常情況下，空氣壓縮機在變頻器調速控製方式下工作。變頻器（qì）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（qì）出現故（gù）障時，可由工頻電源通過接觸（chù）器直接供電（diàn），使空氣壓（yā）縮（suō）機照常工（gōng）作。

　　整個控製過程如下（xià）：

　　用氣需求（qiú）↑ —— 管路氣壓↓—— 壓力設定值與返饋值的差值↑ —— PID輸出↑ —— 變頻器輸出頻率（lǜ）↑ —— 空壓機電機轉（zhuǎn）速↑ —— 供氣（qì）流量（liàng）↑—— 管路氣壓趨於穩定

　　特別注意，在壓力容差範圍內，變頻（pín）器的PID不調節，即保持輸出頻率（lǜ）不變。

　　圖3 空壓機變頻電氣控製圖（tú）

　　如圖3,空壓機電機的電路上安裝了“市電”、“節電”接觸器，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（mó）式下，變頻器不工作，整套係（xì）統按原（yuán）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，係統根據用氣量的變化，自動調（diào）節空壓機的（de）電機（jī）轉速，使得儲（chǔ）氣罐始終保持（chí）恒定（dìng）壓力的（de）氣壓輸出。

　　總結

　　將變（biàn）頻調（diào）速技（jì）術引入空（kōng）氣壓縮機領域，是近幾年來各空壓機廠家研究的重要課題。各大牌專業空壓機供（gòng）應商都推（tuī）出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，大量的工頻空壓機的應用非常普遍，因此，空壓機的改造市場非（fēi）常巨大。衷心希望此空（kōng）壓機（jī）變頻改造方案能給廣（guǎng）大係統集成商、空（kōng）壓機最終用戶、電氣自動化愛好者以幫助，或者是為其提供一種新（xīn）的思路。