淺析螺桿式空壓機(jī)節(jié)能改造方案

1.改造前空壓站問題的提出

通常空壓站由多臺空壓機(jī)組成，每臺空壓機(jī)都由一臺電機(jī)拖動，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)計的，所以在用氣量少時，啟動1-2臺機(jī)組，用氣量大時，啟動多臺并聯(lián)運(yùn)行，在系統(tǒng)預(yù)設(shè)管網(wǎng)壓力值,系統(tǒng)將自動根據(jù)預(yù)設(shè)的壓力值的下限與上限進(jìn)行自動的加載和卸載，用來滿足用氣量。空壓站這種控制方式，帶來許多問題。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,儲氣壓力保持不變,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,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),則儲氣罐內(nèi)的氣體壓力越來越大,當(dāng)罐內(nèi)壓力上升達(dá)到設(shè)定壓力時,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)動慣量負(fù)載，電機(jī)空載起動時所需的功率大致相當(dāng)于滿載運(yùn)行所消耗2-3倍，運(yùn)行時間約為5-60S，在頻繁起動控制排氣量時，對電網(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,但將會帶來電動機(jī)的頻繁啟動。空氣壓縮機(jī)的空載啟動電流大約是額定電流的5～7倍,對電網(wǎng)及其它用電設(shè)備沖擊較大,同時使空氣壓縮機(jī)的使用壽命也會縮短。為滿足生產(chǎn)設(shè)備用氣要求,儲氣罐內(nèi)空氣運(yùn)行壓力通常設(shè)為0.55～0.65MPa,壓力設(shè)定范圍太大則會形成管路高壓力，高傳送損耗，漏氣，而且氣壓大范圍波動無法滿足現(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系統(tǒng)A/D﹑D/A+變頻器內(nèi)置的PID自動調(diào)節(jié)輸氣量與設(shè)定量的差值，使壓力恒定，系統(tǒng)壓力通過壓力變送器將管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)變成電信號送到系統(tǒng),經(jīng)過系統(tǒng)的計算后通過D/A轉(zhuǎn)換成摸擬信號給變頻器的PID調(diào)節(jié)單元,使空壓站的拖動電機(jī)通過變頻器輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速來控制壓縮機(jī)的運(yùn)行速度及臺數(shù)，使實(shí)際壓力與設(shè)定壓力相等來達(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)瞬時用氣量的變化自動調(diào)節(jié)空壓站中央空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速和運(yùn)轉(zhuǎn)臺數(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，同時實(shí)現(xiàn)了控制過程的自動化，并且對空壓機(jī)進(jìn)行了超壓、過載、過流、欠壓等自動報警保護(hù)。

1）工作原理

通過檢測儲氣罐壓力,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的壓力閉環(huán)控制,自動調(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)臺數(shù)。改造后的空壓站控制系統(tǒng)由兩個基本系統(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)測管理系統(tǒng)。系統(tǒng)工作時,壓力變送器YB將總管壓力P轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査腿階/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)生控制信號送變頻調(diào)速器,通過變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,通過控制系統(tǒng),控制空氣壓縮機(jī)運(yùn)行的臺數(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)需一臺空氣壓縮機(jī)運(yùn)行時,單臺空氣壓縮機(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,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通過自動延時轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行）,再啟動另一臺空氣壓縮機(jī)變頻運(yùn)行維持恒壓供風(fēng)，這樣如此類推。多臺空氣壓縮機(jī)都由變頻器來啟動,實(shí)現(xiàn)帶載軟啟動,避免了啟動沖擊電流和啟動給空氣壓縮機(jī)帶來的機(jī)械沖擊。系統(tǒng)循環(huán)帶載軟啟動、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)到動態(tài)匹配,在設(shè)定的壓力下穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)測使用變頻運(yùn)行時,其壓力變化幅值為0.034MPa即在設(shè)定壓力為0.5MPa時,其壓力在0.486～0.52MPa區(qū)間變化。而工頻運(yùn)行時,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,機(jī)房平均噪音為72dB（A）,排氣時機(jī)房噪音平均為81.125dB（A）,不排氣時機(jī)房噪音平均76.625dB（A）。使用變頻比使用工頻運(yùn)行排氣時平均降低噪音9.125dB（A）,不排氣時平均降低噪音4.625dB（A）。由于噪音降低,改善了工作環(huán)境。

3）操作簡便

使用變頻運(yùn)行,只要按動起動按鈕就可使設(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,可實(shí)現(xiàn)多臺電動機(jī)循環(huán)軟啟動,消除了電機(jī)起動時對電網(wǎng)大電流的沖擊現(xiàn)象。

4）節(jié)約空氣壓縮機(jī)潤滑油40%

采用變頻調(diào)速后,在空氣壓縮機(jī)低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時,潤滑油耗量也就變小,即所謂"低轉(zhuǎn)速,低潤滑"。以4L220/3型空氣壓縮機(jī)為例,據(jù)統(tǒng)計測算,使用工頻運(yùn)行時,潤滑油平均每小時用105g,而使用變頻運(yùn)行平均每小時有42g就夠了。

5）延長設(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。Pmax是最高壓力值,當(dāng)管網(wǎng)壓力達(dá)到此值時,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,空壓站重新開啟吸氣閥。一般情況下,Pmax、P0、Pmin之間關(guān)系可以用下式來表示:

Pmax=（1+2δ）Pmin

P0=（1+δ）Pmin

δ是一個百分?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Pmin的壓力所消耗的能量

改造后空氣壓縮機(jī)對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,空氣壓縮機(jī)通過關(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)中還是帶動活塞或螺桿運(yùn)動,此時的能耗約占空氣壓縮機(jī)滿載運(yùn)行時的30%～50%,將這部分能量節(jié)省下來的數(shù)量,也相當(dāng)可觀。

（3）電機(jī)起動時所消耗的能量

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

5.　結(jié)語

本系統(tǒng)利用變頻器實(shí)現(xiàn)多臺空氣壓縮機(jī)的變頻節(jié)能改造,在降低投資的同時實(shí)現(xiàn)最佳節(jié)能效果,既降低開機(jī)、停機(jī)時瞬間電流沖擊對電氣和機(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45KW的空壓機(jī)為例:45KW　X　90%　＝　40.5（度/小時）

電費(fèi)計價￥0.85元/度，使用時間按每月30天,每天20小時，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X30天X20小時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

以上僅為舉例說明，具體數(shù)據(jù)以試機(jī)實(shí)測數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

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

 詳情歡迎致電 15155063448