空（kōng）壓機節能設備

　　空壓機節能改造

　　空壓機概況

　　空壓機，全名為空氣壓縮機，是一（yī）種工礦企業（yè）中最常用的（de）空氣動力提供設備（bèi）。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

　　螺杆式空壓機是由一對相互平行齧合的（de）陰陽轉子(或稱螺杆)在氣缸內轉動，使轉（zhuǎn）子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的容積變化，空（kōng）氣則沿著（zhe）轉子軸線由吸入側輸送（sòng）至（zhì）輸出側，實現螺杆式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的（de）全過程。空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（cáo）和陽轉子的齒被主電機驅動而旋轉。

　　● 活塞式空壓機工作原理

　　活塞式（shì）空（kōng）壓機是由（yóu）電動（dòng）機帶動皮帶輪通（tōng）過聯軸器（qì）直接驅（qū）動曲軸，帶動連杆與活塞（sāi）杆（gǎn），使活（huó）塞在壓縮機氣缸內作往複運動，完成吸（xī）入、壓（yā）縮、排出（chū）等過程（chéng）,將無壓或低壓氣（qì）體升壓，並輸出（chū）到（dào）儲壓罐內。其中，活塞組件，活塞與汽缸內壁及汽缸蓋構成容積可變的工作腔，在曲柄連杆帶動下，在汽缸內作往複運（yùn）動以實現汽缸內氣體的壓縮。

　　空（kōng）壓機係（xì）統控製

　　空壓機主電機運行方式為星-角降壓起動後全壓運行，供（gòng）氣係統具體工作流程為：當按下（xià）啟動按鈕，控製係統接通啟動器（qì）線圈（quān）並打開斷油閥，空壓機在卸載模式下啟動，這時進（jìn）氣（qì）閥處於關閉位置，而放氣閥打開以排放油氣分（fèn）離器內的壓（yā）力。等降壓n秒（由時間（jiān）繼電器控製）後空壓機開始加載運行，係（xì）統壓力開始上升。如果係統壓力上升到壓力開關上限值（zhí），即起跳壓力，控製器使進氣閥關閉，油氣分離器放氣，壓縮機空載運行，直到係統壓力降到（dào）壓力開關下限值（zhí）後，即回跳壓力下，控製器使進氣閥打開，油氣分離器放氣閥關（guān）閉，壓縮機打（dǎ）開，油氣分離器放氣閥關閉，壓縮機滿載運（yùn）行。

　　空壓機係統節能分析（xī）

　　在管道（dào）供氣係（xì）統中，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戶對流量的需求。目前，常見的氣體流量控製方式有加、卸（xiè）載供氣控製方式和（hé）轉速控製方式兩種。

　　● 加、卸載供氣控製

　　加、卸載供氣控製方式即為進氣閥（fá）開（kāi）關（guān）控製方式，即壓力達（dá）到上限時關閥（fá），壓縮機進（jìn）人輕載運行；壓力抵（dǐ）達下限（xiàn）時開閥，壓縮機進（jìn）入滿載運行。

　　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，所以隻能按（àn）最大需要來（lái）決（jué）定電動機的容量，設計餘量一般偏大。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（liàng）大。雖然都是（shì）降壓啟動，但起動時（shí）的電流仍（réng）然很大，會影響電網的穩定及其它（tā）用電設備的運行安全，而且大（dà）多數是連續運行（háng），由於一般（bān）空氣壓縮機的拖動電機本（běn）身不能（néng）調速（sù），因此就不能直接使用壓力或（huò）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（zài）用氣量少的時候電機仍然要空（kōng）載（zǎi）運行，電能浪（làng）費巨大。

　　經常卸載和加載導致（zhì）整（zhěng）個氣網壓力經常變化，不能保持恒定（dìng）的工作壓力延長壓縮機的使用壽（shòu）命（mìng）。空壓機的有些調節方式（如調節閥門或調節卸載等（děng）方式）即使在需（xū）要流量較小的情況下，由於電（diàn）機轉速不變，電機功率下降幅度比較小。

　　● 轉（zhuǎn）速控製

　　即通過（guò）改（gǎi）變空壓機的轉速來調節流量（liàng），而閥（fá）門（mén）的開度保持不變（biàn）（一（yī）般保持最大開度）。當空壓機轉速（sù）改變時，供（gòng）氣（qì）係統的揚程（chéng）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（jì）術改變空壓機電機（jī）的轉速，空壓（yā）機的供氣流量可隨著用（yòng）氣流量（liàng）的改變而改變，達到真正的供需（xū）平衡，在節能的同時，也可使整個係統達到最佳工作效率（lǜ）。變頻器基於交一直一交電源變換原理，可根據（jù）控製對象的需要輸出頻率連續可調的交流電壓。電（diàn）動機轉速與電源頻率成正比，因此，用變頻器輸出頻率可調的交流電壓作為空壓機電動機的電源電壓，可方便（biàn）地改變空壓機的轉速。

　　空壓機係統節能原理（lǐ）

　　采用變頻器控製空壓（yā）機的轉速（sù）以達到節能是一種較為（wéi）科學的控製方（fāng）法（fǎ）。根據空壓（yā）機運行特性知：

　　Q1 / Q2 = n1 / n2

　　H1 / H2 =（ n1 / n2）2

　　P1 / P2 =（ n1 / n2）3

　　式中 Q———空壓機供給管網風量；

　　H———管網壓力；

　　P———電機消耗功率；

　　n———空壓（yā）機轉速。

　　由上式可（kě）知，當電機轉速降至額定（dìng）轉速的80%，則空（kōng）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%，去除電機機械損耗和電機（jī）銅、鐵（tiě）損耗等影響，節能效率也（yě）接近40%，這就是調速（sù）節能的原理（lǐ）所在。

　　長期實踐證明，在供氣係統中接入變頻節能係統，利用變頻技術改變（biàn）空壓機轉（zhuǎn）速來調節管道中的流量，以取代閥門調節方式（shì），能取得明顯的節能效果（guǒ），一般節電率都在30％以（yǐ）上。另外，變頻器的（de）軟啟動功能及平滑調速的特點可實（shí）現對流量的平穩調節，同時減少啟（qǐ）動衝擊（jī）並延長機組及管組（zǔ）的使用壽命。

　　空（kōng）壓機變頻改造方案（àn）

　　● 空壓（yā）機（jī）變頻改造（zào）注意事項

　　1)空壓機是大轉動慣量負載，這種啟動特點就很容易引起V/F控製方式的變頻器在（zài）啟動時出現跳過流保護的情況，建議選用具有高啟動轉（zhuǎn）矩的無速度傳感器矢量變頻器，保證即能實現恒（héng）壓供氣（qì）連續（xù）性，又保證設備可靠穩定的運行；

　　2)空壓（yā）機不允許長時間在低頻下運行，當空壓機的轉速過低，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（sǔn）。所以（yǐ）工作的下限頻率應不低於20Hz；

　　3)為了有效濾除變頻器（qì）輸出電流中（zhōng）的高次諧波（bō）分量，減（jiǎn）小（xiǎo）因高次（cì）諧波引起的電磁幹擾，建議選用輸出交流電抗器，還可以減小電機（jī）運行噪音和溫升，提高電動機的穩定性。

　　● 恒壓供氣節能原理

　　如上所述，流量（liàng）是供（gòng）氣係統的基本控製對（duì）象，供氣流量需要（yào）隨時滿足用氣流量。在供氣係統中，儲（chǔ）氣管中的氣壓能夠（gòu）充分反映供氣能（néng）力與用氣需求之（zhī）間的關係：

　　若 供氣流量 > 用氣流量 → 儲（chǔ）氣管氣壓上升

　　若 供氣流量 < 用氣流量 → 儲（chǔ）氣管氣壓下降

　　若 供氣（qì）流量（liàng） = 用（yòng）氣流（liú）量 → 儲氣管（guǎn）氣壓不變

　　所以,保持管道中的氣壓恒定，就可保證該處供氣能力（lì）恰（qià）好滿足用氣需求，這就是（shì）恒壓供氣係統所要達到的目的。

　　空氣壓（yā）縮機采用變（biàn）頻（pín）調（diào）速技術進行恒壓供氣控製時，係統原理框圖如（rú）圖1所示（shì）。

　　變頻調速係統將管網壓力作為控製對象，裝（zhuāng）在儲氣管出氣口的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉變為電信號送給變頻器內部的PID調節器，與（yǔ）壓力給定值進行比較，並根據差值（zhí）的大（dà）小按既定的（de）PID控製模式進行運算，產生控製信號去控製變頻器的輸出電壓和（hé）逆變（biàn）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（cǎi）用該方案後，空氣壓縮（suō）機電動機從靜止到穩定轉（zhuǎn）速可由變頻器實現軟（ruǎn）啟動（dòng），避免了啟動時的大電流和啟動給空氣壓縮機帶來的機械衝擊。正常情況下，空氣（qì）壓縮機在變頻器調速控製方式下工作。變頻器一（yī）旦出現故（gù）障，生產工藝不允許空氣壓縮機（jī）停機，因此，係統設置了工頻與變頻切換功能，這樣當變頻器出現故障時，可由（yóu）工頻（pín）電源（yuán）通過接觸器直接供電，使空氣壓縮機照常工作。

　　整個控製過程如下：

　　用氣需求↑ —— 管路氣壓↓—— 壓力設定值與（yǔ）返饋值的差值↑ —— PID輸出↑ —— 變頻（pín）器輸出頻率↑ —— 空壓機電機轉速（sù）↑ —— 供氣流量↑—— 管路氣壓趨於穩定（dìng）

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

　　圖3 空壓機變頻電氣控製圖

　　如圖3,空壓機（jī）電機的（de）電路上（shàng）安裝了“市電（diàn）”、“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（shì）選擇：市電運行模（mó）式下，變頻器不工（gōng）作，整套係統按原有（yǒu）方式手動起停、工頻運行；節電（diàn）運行模式（shì）下，空壓機由變頻器直接拖動，係統根據用氣量的變化，自動調節空壓機的電機轉速，使得儲氣罐始終保持恒（héng）定壓力的氣壓（yā）輸出。

　　總結

　　將變頻調速（sù）技術引入空氣壓（yā）縮機領域，是近幾年來各空壓機廠家（jiā）研究的重要課題。各大牌專業（yè）空壓機（jī）供應商都推出了自己變頻空壓機產品，並（bìng）迅速在（zài）其高（gāo）端（duān）市場具有很不錯的表現。但目前，大量的工頻空壓機的（de）應用（yòng）非常（cháng）普遍，因此，空壓機（jī）的改（gǎi）造市場非常巨大。衷心希望此空壓機（jī）變頻改造方案能給廣大係統集成商、空壓機最終用戶、電氣自動化愛好者以幫助，或者是為其提供一（yī）種新的思路。