空壓機的變頻節能改造

電氣控制閆光啟，等：空壓機的變頻節能改造空壓機的變頻節能改造閆光啟，顏妍，王蝸林，栗克，程曉東，慎建軍，萬朋，高國防U可南建筑材料研究設計院有限責任公司，河南鄭州450002）1空氣壓縮機運行特點和節能空間分析空氣壓縮機是種利用電動機將氣體在壓縮腔內進行壓縮并使壓縮的氣體具有定壓力的設備，其在水泥企業生產中也有著廣泛的應用。近幾年來，在水泥企業中使用比較多的是螺桿式空壓機。

　　螺桿式空壓機由一對相互平行嚙合的陰陽轉子（或稱螺桿）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，空氣沿著轉子軸線由吸入側輸送至輸出側，實現螺桿式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程?？諌簷C的進氣口和出氣口分別位于殼體的兩端，陰轉子的槽和陽轉子的齒在主電機驅動下旋轉。在空壓機選型時，為了保證在任何情況下都能滿足生產需求，般按其額定供氣能力為*大生產用氣量的1.1~1.2倍左右選擇。而在實際生產過程中，由于工廠的實際需求存在季節性及時間性波動，絕大多數情況下只能用到額定供氣量的50%~60%，甚至更低。所以空壓機多數時間并非滿載運行，具有很大的節能空間。

　　為了減少空壓機的電能浪費，同時保持供氣量與用氣量的平衡，不論是活塞式，還是螺桿式壓縮機，比較常用的控制方式是在其中設置加、卸載機構。加載時，空壓機向儲氣罐提供壓縮氣體；卸載時，空壓機不向儲氣罐提供壓縮氣體，處于"空轉"狀態而非停運狀態。之所以是空轉而不進入停止狀態，是因為空氣壓縮機的空載啟動電流大約是額定電流的3~5倍（空氣壓縮機電動機般為星/三角啟動方式），空轉避免了帶載啟動時強大的電流沖擊和機械沖擊，以及對電網中其它用電設備的沖擊，同時使空氣壓縮機的使用壽命也會縮短。但其加、卸載過程是交替進行的。加載期間，儲氣罐壓力在上升，卸載期間，儲氣罐壓力在下降，總體上儲氣罐的壓力曲線是"鋸齒"狀（見）。為了保證生產正常進行，其*小壓力（P）必須滿足定要求；在加載過程結束轉入卸載狀態這時刻，儲氣罐壓力*大，用Pmax來表示，叫*大壓力。一般情況下，Pmax、之間關系可以用下式來表示：間。也就是說，在氣壓上存在15%~30%的浪費。

　　縮短加、卸載時間，可以減小8，降低浪費；但單位時間內的加、卸載次數必然增加。而頻繁加、卸載時機械沖擊將嚴重縮短設備壽命，且由于頻繁地開/關放氣閥，會加速進氣閥的磨損，使放氣閥壽命大大縮短，增加維修量和維修成本；此外，頻繁加、卸載的過程，勢必加大電能的消耗。力卩、卸載供氣控制方式浪費的能量主要在以下幾個方面。

　?、偶虞d時的電能消耗。當儲氣罐中空氣壓力達到Pmm后，加、卸載供氣控制方式要使其壓力繼續上升，直到。這過程需要電源繼續向壓縮機提供能量，是一種能量的損失。

　?。?卸載時電能的消耗。當壓力達到*大值時，空壓機通過關閉進氣閥使電機處于空轉狀態的方法來降壓卸載。這種調節方法造成很大的能量浪費，據測算，空壓機卸載時的能耗約占空壓機滿載運行時的10%35%.很明顯，在加載、卸載供氣控制方式下，空壓機電機存在很大的節能空間。

　　2空壓機的節能措施隨著電力電子技術的發展，目前空氣壓縮機的閆光啟，等：空壓機的變頻節能改造電氣控制*佳節能措施是實行變頻調速。采用變頻調速控制時，就是把管網壓力作為控制對象，通過檢測儲氣罐壓力，實現系統的壓力閉環控制，自動調節空氣壓縮機的轉速和空氣壓縮機的運轉臺數。改造后的空氣壓縮機都由變頻器來啟動，實現帶載軟啟動和軟停機的工作方式，避免了啟動沖擊電流和啟動給空氣壓縮機帶來的機械沖擊，實現了供氣量的連續調節，保證了總管壓力穩定。變頻器控制模式下的運行曲線，如所示。

　　某企業的空壓機電機參數如下：功率為160kW，轉速為1 480r/min，額定電流294A，功率因數為0.89.在傳統的加、卸載供氣控制方式，正常生產情況時，壓力需維持在0.600.72MPa范圍內，空壓機進氣閥門開關都呈現一定的規律性，即閥門打開加載時間約為125s，關閉卸載時間約為90s（即加載時間占總時間的58%，卸載時間約占42%）；加載時電機電流大約為256A，關閉閥門電機電流約%采用變頻恒壓控制以后，正常生產時，管網壓力保持在0.60MPa*0.02MPa這樣一個相對穩定的值，變頻器顯示36Hz，電機電流維持在193A左右且上下波動很小。如此，年節約電能約為278.9x103kWh.按照目前平均工業電價0.615元/kWh計算，每年可節約生產成本約為17.2萬元。

　　改造前后*卩變頻器控制模式和加、卸載供氣控制模式）空壓機的能耗運行曲線，如所示。其中，剛啟動或休眠后啟動時，普通空壓機和變頻空壓機均運行在額定功率附近。因此變頻空壓機可以保證充氣的快速性。

　　空壓機采用變頻改造后，具有以下系統優點：⑴空氣壓力幅值變化小，實測其壓力變化幅值大約為*0.03MPa，其供氣質量好、生產效率高；（3平均降低噪音37dB（A），改善了工作環境；（3）操作簡便；（4）采用變頻調速后在低轉速運行時，空氣壓縮變頻空壓機張燕賓。變頻調速應用實踐。北京：機械工業出版社，2000.輯：劉翠榮）敗稿日期：2012-05-24）