1、摘要：本文介紹了螺桿式空壓機(jī)的工作原理,分析了傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)電能浪費(fèi)的幾個(gè)方面,講述了珠海市亞太節(jié)能設(shè)備利用電騎士變頻器對中聯(lián)麓谷工業(yè)園空壓機(jī)供氣系統(tǒng)的節(jié)能改造與節(jié)能效果.關(guān)鍵詞：恒壓供氣變頻器空壓機(jī)1、概述空壓機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛地應(yīng)用.在名種行業(yè)中,它擔(dān)負(fù)著為工廠所有氣動元件,包括各種氣動閥門,提供氣源的責(zé)任.因此它運(yùn)行的好壞直接影響工廠生產(chǎn)工藝.空壓機(jī)的種類有很多,但其供氣限制方式幾乎都是采用加、卸載限制方式.例如臺灣復(fù)盛空壓機(jī)、德國螺霸螺桿式空壓機(jī)和尚愛中高壓活塞式空壓機(jī)都采用了這種限制方式.該供氣方式雖然原理簡單、操作方便,但存在耗電量高、進(jìn)氣閥易損壞、供氣壓力不穩(wěn)定等問題.隨

2、著我國經(jīng)濟(jì)的飛快開展,國家越來越關(guān)注高效低耗的技術(shù),而這種技術(shù)已受到人們的關(guān)注.在空壓機(jī)供氣領(lǐng)域能否應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù),節(jié)省電能的同時(shí)也能改善空壓機(jī)性能、提升供氣品質(zhì)就成為我們關(guān)心的一個(gè)話題.2、傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)電能浪費(fèi)分析2.1傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)電能浪費(fèi)主要有如下幾個(gè)方面：1)、傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)的工作狀態(tài)主要有兩種：一種是加載狀態(tài),另一種是空載狀態(tài).(1)加載時(shí)的電能消耗加載狀態(tài)是,在壓力到達(dá)最小值后,原限制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升直到最大壓力值.在加壓過程中,一定要向外界釋放更多的熱量,從而導(dǎo)致電能損失.另一方面,高于壓力最大值的氣體在進(jìn)入氣動元件前,其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓,這一過程同

3、樣是一個(gè)耗能過程.(2)卸載時(shí)電能的消耗空載狀態(tài)時(shí),當(dāng)壓力到達(dá)壓力最大值時(shí),空壓機(jī)通過如下方法來降壓卸載關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài),同時(shí)將別離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空.這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費(fèi).據(jù)我們測算,空壓機(jī)卸載時(shí)的能耗約占空壓機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)的10%25%,這還是在卸載時(shí)間所占比例不大的情況下.換而言之,該空壓機(jī)20%左右的時(shí)間處于空載狀態(tài),在作無用功.很明顯在加卸載供氣限制方式下,空壓機(jī)電機(jī)存在很大的節(jié)能空間.2)、傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)的壓力限制是上下限限制,首先根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的最低壓力要求,設(shè)定空壓機(jī)輸出壓力的下限,也就是空壓機(jī)開始加載的壓力；再在最低壓力上加1帕左右,作為

4、空壓機(jī)輸出壓力的上限,即開始卸載的壓力.空壓機(jī)的輸出工作壓力將在上下限之間波動.空壓機(jī)的功率消耗和輸出壓力成正比.輸出的壓力越高消耗的功率也越大,從輸出壓力的下限到上限的1帕的壓差將多消耗總功率的7-10%.3)、在傳統(tǒng)供氣空壓機(jī)系統(tǒng)中,如果有多臺空壓機(jī)同時(shí)運(yùn)行,每臺空壓機(jī)的輸出壓力都將隨著管網(wǎng)的壓力波動而在上下限之間波動,所以每臺機(jī)都多消耗7-10%的額定功率.4)、傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)中運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定不同也會造成空壓機(jī)用電量的不同,必須根據(jù)用氣工況進(jìn)行設(shè)定,才能到達(dá)最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行效果.5)、傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)由于電機(jī)不允許頻繁啟動,導(dǎo)致在用氣量少的時(shí)候電機(jī)仍然要空載運(yùn)行,浪費(fèi)電能.經(jīng)常卸載和加

5、載導(dǎo)致整個(gè)氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化,不能保持恒定的工作壓力.3、空壓機(jī)工作原理螺桿壓縮機(jī)的工作原理可分為進(jìn)氣,壓縮和排氣三個(gè)過程.隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán).(1)進(jìn)氣過程：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí),陰陽轉(zhuǎn)子的齒溝空間在轉(zhuǎn)至進(jìn)氣端壁開口時(shí),其空間最大,此時(shí)轉(zhuǎn)子齒溝空間與進(jìn)氣口的相通,因在排氣時(shí)齒溝的氣體被完全排出,排氣完成時(shí),齒溝處于真空狀態(tài),當(dāng)轉(zhuǎn)至進(jìn)氣口時(shí),外界氣體即被吸入,沿軸向進(jìn)入陰陽轉(zhuǎn)子的齒溝內(nèi).當(dāng)氣體充滿了整個(gè)齒溝時(shí),轉(zhuǎn)子進(jìn)氣側(cè)端面轉(zhuǎn)離機(jī)殼進(jìn)氣口,在齒溝的氣體即被封閉.(2)壓縮過程：陰陽轉(zhuǎn)子在吸氣結(jié)束時(shí),其陰陽轉(zhuǎn)子齒尖會與機(jī)殼封閉,此時(shí)氣體在齒溝內(nèi)不再外流.其嚙合面逐漸向排氣端

6、移動.嚙合面與排氣口之間的齒溝空間漸漸件小,齒溝內(nèi)的氣體被壓縮壓力提升.(3)排氣過程：當(dāng)轉(zhuǎn)子的嚙合端面轉(zhuǎn)到與機(jī)殼排氣口相通時(shí),被壓縮的氣體開始排出,直至齒尖與齒溝的嚙合面移至排氣端面,此時(shí)陰陽轉(zhuǎn)子的嚙合面與機(jī)殼排氣口的齒溝空間為0,即完成排氣過程,在此同時(shí)轉(zhuǎn)子的嚙合面與機(jī)殼進(jìn)氣口之間的齒溝長度又到達(dá)最長,進(jìn)氣過程又再進(jìn)行.從上述工作原理可以看出,螺桿壓縮機(jī)是一種工作容積作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的容積式氣體壓縮機(jī)械.氣體的壓縮依靠容積的變化來實(shí)現(xiàn),而容積的變化又是借助壓縮機(jī)的一對轉(zhuǎn)子在機(jī)殼內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動來到達(dá).4.空壓機(jī)恒壓供氣系統(tǒng)案例介紹4.1原供氣系統(tǒng)介紹中聯(lián)麓谷混凝土公業(yè)園供氣系統(tǒng)共有三臺110KW英格

7、索蘭回轉(zhuǎn)式螺桿空氣壓縮機(jī),原空壓機(jī)運(yùn)行方式是采用兩臺空壓機(jī)工頻供電運(yùn)行,另一臺空壓機(jī)作備用.存在問題是由于工作空壓機(jī)是用工頻供電運(yùn)行,始終處于滿負(fù)荷運(yùn)行,趕產(chǎn)量用氣頂峰時(shí)有氣壓偏低現(xiàn)象；用氣低谷時(shí),特別是節(jié)假日休息時(shí),供氣壓量特別大供氣系統(tǒng)24小時(shí)運(yùn)行.容易損壞排氣閥門或氣管爆裂,同時(shí)浪費(fèi)了電能,降低了設(shè)備使用壽命.希望恒壓供氣,三臺空壓機(jī)均衡工作運(yùn)行.4.2針對空壓機(jī)系統(tǒng)供氣限制方式存在的諸多問題,我們對公司三臺110KW空壓機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣限制.使用三臺132KW電騎士通用型變頻器,對該供氣系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造,根據(jù)廠家的要求設(shè)計(jì)了一套實(shí)用性很強(qiáng)的方案,采用一拖一帶工頻旁路,兩臺

8、運(yùn)行一臺備用的方式.我們把空壓機(jī)供氣系統(tǒng)的管網(wǎng)壓力作為限制對象,用壓力變送器SP采集儲氣罐的壓力P轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒oPID自整定限制儀,與PID自整定限制儀的壓力設(shè)定值SV作比擬,并根據(jù)差值的大小按既定的PID限制模式進(jìn)行運(yùn)算,產(chǎn)生限制信號送變頻器,通過變頻器來限制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速,從而使實(shí)際壓力P始終接近設(shè)定壓力值SV.還在PID自整定限制儀上預(yù)設(shè)了報(bào)警功能,當(dāng)測量值超出上限設(shè)定值時(shí)AL1發(fā)出報(bào)警信號,當(dāng)測量值低于下限設(shè)定值時(shí)AL2發(fā)出報(bào)警信號.通過變頻器、壓力傳感器與PID自整定限制儀的有機(jī)結(jié)合,構(gòu)成供氣閉環(huán)自動限制系統(tǒng),自動調(diào)節(jié)空壓機(jī)的輸出壓力.使每臺空壓機(jī)的利用率均等,增加系統(tǒng)、管道

9、壓力的穩(wěn)定性和可靠性,方便技術(shù)員限制和維護(hù)設(shè)備.該恒壓供氣限制系統(tǒng)增加工頻與變頻切換功能,并保存原有的限制和保護(hù)系統(tǒng),另外,采用該方案后,空壓機(jī)電機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來啟動,實(shí)現(xiàn)了軟啟動,預(yù)防了啟動沖擊電流和啟動給空壓機(jī)帶來的機(jī)械沖擊.4 .3系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置F0-000=1:設(shè)定為1,運(yùn)行指令由外部端子限制F0-001=3:選擇CCI輸入模擬信號DC“4-20MA調(diào)節(jié)頻率F0-007=30:加速時(shí)間設(shè)定為30S,具體數(shù)值根據(jù)工況及生產(chǎn)要求F0-008=30:減速時(shí)間設(shè)定為30S,具體數(shù)值根據(jù)工況及生產(chǎn)要求F0-005=50:最大頻率設(shè)定為50Hz等于電機(jī)額定頻率F0-006=25:下限

10、頻率設(shè)定為25HzF0-024=210:電機(jī)過載保護(hù)水平：具體數(shù)值根據(jù)工況及生產(chǎn)要求F0-019=8.5:最大給定壓力值,PI數(shù)字給定值10對應(yīng)10KGF0-020=2:最小給定壓力值注：請按實(shí)際工況設(shè)置參數(shù),以上參數(shù)只能供參考.5 .4系統(tǒng)節(jié)能改造后的節(jié)能效果1 .空壓機(jī)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,即轉(zhuǎn)矩在不同速度下相同的,但所需功率也和速度成正比關(guān)系,所以當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)所需功率也隨之下降,從而到達(dá)節(jié)能的目的.2 .變頻空壓機(jī)的壓力設(shè)定可以是一點(diǎn),即可以將滿足生產(chǎn)設(shè)備要求的最低壓力作為設(shè)定壓力,變頻空壓機(jī)將根據(jù)管網(wǎng)壓力上下波動的趨勢,調(diào)節(jié)空壓機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢,甚至消除了空壓機(jī)的卸載運(yùn)行,節(jié)約了電能.3 .由于

11、變頻空壓機(jī)使得管網(wǎng)上下壓力穩(wěn)定,可以降低甚至消除壓力的波動,從而使系統(tǒng)中所有運(yùn)行的空壓機(jī)都在一個(gè)滿足生產(chǎn)要求的較低的壓力下運(yùn)行,減少了壓力向上波動造成的功率損失.4 .由于壓縮機(jī)不能排除在滿負(fù)載狀態(tài)下長時(shí)間運(yùn)行的可能性,所以,只能按最大需求來決定電動機(jī)的容量,故設(shè)計(jì)容量一般偏大.在實(shí)際運(yùn)行中,輕載運(yùn)行的時(shí)間所占的比例是非常高的.如采用變頻調(diào)速,可大大提升運(yùn)行時(shí)的工作效率.因此,節(jié)能潛力很大.5 .有些調(diào)節(jié)方式如調(diào)節(jié)閥門開度和改變?nèi)~片的角度等,即使在需求量較小的情況下,也不能減小電動機(jī)的運(yùn)行功率.采用了變頻調(diào)速后,當(dāng)需求量較小的情況下,可降低電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,減小電動機(jī)的運(yùn)行功率,從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能

12、.6 .單電動機(jī)拖動系統(tǒng)大多不能根據(jù)負(fù)載的輕重連續(xù)地調(diào)節(jié).而采用了變頻調(diào)速后,那么可以十分方便地進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié),能保持壓力、流量、溫度等參數(shù)的穩(wěn)定,從而大大提升壓縮機(jī)的工作性能.6 .電騎士通用型變頻器的優(yōu)點(diǎn)1 .可以大量節(jié)約電能；2 .采用獨(dú)特的空間矢量SVPWM調(diào)制方式；3 .操作簡單,具有鍵盤鎖定功能,預(yù)防誤操作；4 .電機(jī)運(yùn)行噪聲大大降低；5 .供氣壓力平穩(wěn),提升了壓力限制精度；6 .空壓機(jī)的加卸載次數(shù)大大減少,降低進(jìn)氣閥運(yùn)行部件的磨損；7 .具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護(hù)功能及聲光報(bào)警功能；8 .在保證潤滑的前題下,對機(jī)械方面也是大有益處,由于轉(zhuǎn)動速度大局部時(shí)間在低于原設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速的情況下運(yùn)行,各轉(zhuǎn)動部件的磨損大降低,空壓機(jī)的使用