淺析螺桿式空壓機(jī)節(jié)能改造方案

1.改造前空壓站問(wèn)題的提出

通常空壓站由多臺(tái)空壓機(jī)組成，每臺(tái)空壓機(jī)都由一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)，獨(dú)立進(jìn)行控制。在實(shí)際工作中，空壓站按最大工作負(fù)荷而設(shè)計(jì)的，所以在用氣量少時(shí)，啟動(dòng)1-2臺(tái)機(jī)組，用氣量大時(shí)，啟動(dòng)多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行，在系統(tǒng)預(yù)設(shè)管網(wǎng)壓力值,系統(tǒng)將自動(dòng)根據(jù)預(yù)設(shè)的壓力值的下限與上限進(jìn)行自動(dòng)的加載和卸載，用來(lái)滿足用氣量。空壓站這種控制方式，帶來(lái)許多問(wèn)題。如：螺桿式空氣壓縮機(jī)氣量的供求關(guān)系主要表現(xiàn)為排氣壓力的變化,當(dāng)排氣量正好滿足生產(chǎn)用氣量要求時(shí),儲(chǔ)氣壓力保持不變,但由于生產(chǎn)用風(fēng)量的不均衡,而裝機(jī)容量需根據(jù)生產(chǎn)最大用風(fēng)量并留有余量設(shè)計(jì),故實(shí)際運(yùn)行中空氣壓縮機(jī)供風(fēng)量遠(yuǎn)大于實(shí)際用風(fēng)量。若空氣壓縮機(jī)仍恒速運(yùn)轉(zhuǎn),則儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氣體壓力越來(lái)越大,當(dāng)罐內(nèi)壓力上升達(dá)到設(shè)定壓力時(shí),一般采用兩種辦法:一種是空氣壓縮機(jī)卸荷運(yùn)行（關(guān)閉入氣閥）,不產(chǎn)生壓縮氣體,電動(dòng)機(jī)處于空載運(yùn)轉(zhuǎn),其用電量仍為滿負(fù)載的30%～50%,還有空壓機(jī)是大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載，電機(jī)空載起動(dòng)時(shí)所需的功率大致相當(dāng)于滿載運(yùn)行所消耗2-3倍，運(yùn)行時(shí)間約為5-60S，在頻繁起動(dòng)控制排氣量時(shí)，對(duì)電網(wǎng)沖擊大，能耗明顯增加，這部分電能也被白白浪費(fèi)廢掉;另外一種辦法是停止空氣壓縮機(jī)運(yùn)行,但將會(huì)帶來(lái)電動(dòng)機(jī)的頻繁啟動(dòng)。空氣壓縮機(jī)的空載啟動(dòng)電流大約是額定電流的5～7倍,對(duì)電網(wǎng)及其它用電設(shè)備沖擊較大,同時(shí)使空氣壓縮機(jī)的使用壽命也會(huì)縮短。為滿足生產(chǎn)設(shè)備用氣要求,儲(chǔ)氣罐內(nèi)空氣運(yùn)行壓力通常設(shè)為0.55～0.65MPa,壓力設(shè)定范圍太大則會(huì)形成管路高壓力，高傳送損耗，漏氣，而且氣壓大范圍波動(dòng)無(wú)法滿足現(xiàn)代生產(chǎn)工藝的需求。

2.變頻器改造節(jié)能方案

變頻恒壓控制方式是通過(guò)系統(tǒng)A/D﹑D/A+變頻器內(nèi)置的PID自動(dòng)調(diào)節(jié)輸氣量與設(shè)定量的差值，使壓力恒定，系統(tǒng)壓力通過(guò)壓力變送器將管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)變成電信號(hào)送到系統(tǒng),經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的計(jì)算后通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換成摸擬信號(hào)給變頻器的PID調(diào)節(jié)單元,使空壓站的拖動(dòng)電機(jī)通過(guò)變頻器輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制壓縮機(jī)的運(yùn)行速度及臺(tái)數(shù)，使實(shí)際壓力與設(shè)定壓力相等來(lái)達(dá)到恒壓目的，實(shí)現(xiàn)供氣的連續(xù)調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。變頻器恒壓供氣系統(tǒng)是根據(jù)管網(wǎng)瞬時(shí)用氣量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)空壓站中央空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速和運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)，使管網(wǎng)壓力始終保持恒定的設(shè)定壓力，從而達(dá)到了空壓機(jī)的節(jié)能降耗和提高供氣質(zhì)量的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了控制過(guò)程的自動(dòng)化，并且對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行了超壓、過(guò)載、過(guò)流、欠壓等自動(dòng)報(bào)警保護(hù)。

1）工作原理

通過(guò)檢測(cè)儲(chǔ)氣罐壓力,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的壓力閉環(huán)控制,自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和空氣壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)。改造后的空壓站控制系統(tǒng)由兩個(gè)基本系統(tǒng)組成,即恒壓變頻調(diào)速系統(tǒng)和微機(jī)控制參數(shù)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)工作時(shí),壓力變送器YB將總管壓力P轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送入A/D與壓力設(shè)定值Po比較,并根據(jù)差值的大小按給定控制模式進(jìn)行運(yùn)算,產(chǎn)生控制信號(hào)送變頻調(diào)速器,通過(guò)變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,通過(guò)控制系統(tǒng),控制空氣壓縮機(jī)運(yùn)行的臺(tái)數(shù),使實(shí)際壓力P始終接近設(shè)定壓力Po。在用風(fēng)系統(tǒng)需一臺(tái)空氣壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí),單臺(tái)空氣壓縮機(jī)變頻運(yùn)行維持恒壓供風(fēng);當(dāng)用風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量不足時(shí),變頻器運(yùn)行頻率升高為50Hz，（或當(dāng)電機(jī)運(yùn)行速度接近工頻速度時(shí)通過(guò)自動(dòng)延時(shí)轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行）,再啟動(dòng)另一臺(tái)空氣壓縮機(jī)變頻運(yùn)行維持恒壓供風(fēng)，這樣如此類(lèi)推。多臺(tái)空氣壓縮機(jī)都由變頻器來(lái)啟動(dòng),實(shí)現(xiàn)帶載軟啟動(dòng),避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給空氣壓縮機(jī)帶來(lái)的機(jī)械沖擊。系統(tǒng)循環(huán)帶載軟啟動(dòng)、循環(huán)停機(jī)的工作方式,實(shí)現(xiàn)了供氣量的連續(xù)調(diào)節(jié),保證了總管壓力穩(wěn)定。如圖:

3．改造后系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)

1）風(fēng)壓幅值變化小

由于該變頻器是以壓力控制的,即保持恒值,使壓力-轉(zhuǎn)數(shù)-功率達(dá)到動(dòng)態(tài)匹配,在設(shè)定的壓力下穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)測(cè)使用變頻運(yùn)行時(shí),其壓力變化幅值為0.034MPa即在設(shè)定壓力為0.5MPa時(shí),其壓力在0.486～0.52MPa區(qū)間變化。而工頻運(yùn)行時(shí),在同樣的條件下,其壓力在0.368～0.523MPa區(qū)間變化,其變化幅值為0.155MPa。因風(fēng)壓幅值變化小,使用風(fēng)負(fù)荷穩(wěn)定,供風(fēng)質(zhì)量好,生產(chǎn)效率高。

2）噪音低

使用變頻運(yùn)行時(shí),機(jī)房平均噪音為72dB（A）,排氣時(shí)機(jī)房噪音平均為81.125dB（A）,不排氣時(shí)機(jī)房噪音平均76.625dB（A）。使用變頻比使用工頻運(yùn)行排氣時(shí)平均降低噪音9.125dB（A）,不排氣時(shí)平均降低噪音4.625dB（A）。由于噪音降低,改善了工作環(huán)境。

3）操作簡(jiǎn)便

使用變頻運(yùn)行,只要按動(dòng)起動(dòng)按鈕就可使設(shè)備運(yùn)行。甩掉了傳統(tǒng)的減荷閥控制,省去了繁瑣的操作程序,同時(shí),可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)循環(huán)軟啟動(dòng),消除了電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)大電流的沖擊現(xiàn)象。

4）節(jié)約空氣壓縮機(jī)潤(rùn)滑油40%

采用變頻調(diào)速后,在空氣壓縮機(jī)低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí),潤(rùn)滑油耗量也就變小,即所謂"低轉(zhuǎn)速,低潤(rùn)滑"。以4L220/3型空氣壓縮機(jī)為例,據(jù)統(tǒng)計(jì)測(cè)算,使用工頻運(yùn)行時(shí),潤(rùn)滑油平均每小時(shí)用105g,而使用變頻運(yùn)行平均每小時(shí)有42g就夠了。

5）延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命

由于變頻器保持恒定值的優(yōu)點(diǎn),使之壓力-轉(zhuǎn)速-功率達(dá)到動(dòng)態(tài)匹配,轉(zhuǎn)數(shù)明顯降低,一般情況在220～584r/min之間,機(jī)械磨損減小,延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

6）提高運(yùn)行可靠性

原電控系統(tǒng)與改造后電控系統(tǒng)可互為備用,提高了運(yùn)行可靠性,同時(shí)各項(xiàng)保護(hù)措施更加完善。

4.　節(jié)能效果分析

設(shè)Po為現(xiàn)有空壓站的壓力設(shè)定值。系統(tǒng)改造前,因人工控制方式下送氣量不能連續(xù)調(diào)節(jié),為保證正常供氣,須使壓力在Po附近上下波動(dòng)。Pmax是最高壓力值,當(dāng)管網(wǎng)壓力達(dá)到此值時(shí),空壓站關(guān)閉吸氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。Pmin是最低壓力值,即能夠保證用氣設(shè)備正常工作的最低壓力,當(dāng)管網(wǎng)壓力達(dá)到此值時(shí),空壓站重新開(kāi)啟吸氣閥。一般情況下,Pmax、P0、Pmin之間關(guān)系可以用下式來(lái)表示:

Pmax=（1+2δ）Pmin

P0=（1+δ）Pmin

δ是一個(gè)百分?jǐn)?shù),其數(shù)值大致在15%～30%之間,即15%≤δ≤30%。改造后,系統(tǒng)可連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量使管網(wǎng)壓力恒定,因此,可將壓力設(shè)定在能滿足設(shè)備用氣的最低壓力值Pmin附近。改造后系統(tǒng)所節(jié)約的能量主要分析為:

（1）超過(guò)Pmin的壓力所消耗的能量

改造后空氣壓縮機(jī)對(duì)氣體所做的功可以表示為W=Pmin×Qmin,可以假設(shè)改造前壓力常年工作在P1附近,此時(shí)空氣壓縮機(jī)所做的功可以表示為:

W1=（Pmin+ΔP）（Qmin+ΔQ）,式中的ΔP=δPmin、ΔQ≈Qo-Qmin,若假設(shè)系統(tǒng)改造前、后的管網(wǎng)的情況和用氣的工況不變,P-Q之間的管阻曲線是一條二次曲線,通常情況下可以用直線來(lái)表示。則系統(tǒng)改造后的節(jié)能率η可以表示為:

η=（W1-W）/W1=1-W/W1

由計(jì)算可知,節(jié)能率η的值可達(dá)相應(yīng)δ值的一倍以上,因此超壓部分的節(jié)能潛力很大。

（2）調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量

通常情況下,當(dāng)壓力達(dá)到Pmax時(shí),空氣壓縮機(jī)通過(guò)關(guān)閉吸氣閥使電機(jī)空轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)排氣量,但空氣壓縮機(jī)在空轉(zhuǎn)中還是帶動(dòng)活塞或螺桿運(yùn)動(dòng),此時(shí)的能耗約占空氣壓縮機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)的30%～50%,將這部分能量節(jié)省下來(lái)的數(shù)量,也相當(dāng)可觀。

（3）電機(jī)起動(dòng)時(shí)所消耗的能量

空氣壓縮機(jī)是大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載,電機(jī)空載起動(dòng)時(shí)所需的功率大致相當(dāng)于電機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)所消耗功率的2～3倍,時(shí)間約為1min,這部分能耗在大多數(shù)空壓站中不占主要部分,在某些靠頻繁起動(dòng)來(lái)控制排氣量的空壓站時(shí),這部分能耗就顯得很大。

5.　結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)利用變頻器實(shí)現(xiàn)多臺(tái)空氣壓縮機(jī)的變頻節(jié)能改造,在降低投資的同時(shí)實(shí)現(xiàn)最佳節(jié)能效果,既降低開(kāi)機(jī)、停機(jī)時(shí)瞬間電流沖擊對(duì)電氣和機(jī)械設(shè)備的影響,又提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，系統(tǒng)至今運(yùn)行十分正常,滿足了生產(chǎn)的需要,達(dá)到了預(yù)期節(jié)能效果。

如一臺(tái)45KW的空壓機(jī)為例:45KW　X　90%　＝　40.5（度/小時(shí)）

電費(fèi)計(jì)價(jià)￥0.85元/度，使用時(shí)間按每月30天,每天20小時(shí)，則每月注塑機(jī)油泵馬達(dá)部分的電費(fèi)約為：

40.5度/小時(shí)X30天X20小時(shí)X￥0.85元/度＝￥20,655元/月

二、改造后

改造后空壓機(jī)的節(jié)電率按平均30%核算，則每月回收效益為:

￥20,655X30%=￥6,196.5元/月

年回收效益為:￥6,196.5元/月X12月=74,358￥元

以上僅為舉例說(shuō)明，具體數(shù)據(jù)以試機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

一般情況下，所有投資可于6-10個(gè)月內(nèi)通過(guò)電費(fèi)節(jié)省回收。（回收期與的開(kāi)機(jī)率相關(guān)）

 詳情歡迎致電 15155063448