空壓機(jī)節(jié)能改造

一.概述

壓縮空氣是工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛的動(dòng)力源之一。由于其具有正常、無公害、調(diào)節(jié)性能好、輸送方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。但要得到品質(zhì)優(yōu)良的壓縮空氣需要消耗大量能源。在大多數(shù)生產(chǎn)型企業(yè)中，壓縮空氣的能源消耗占全部電力消耗的10%—35%。

根據(jù)行業(yè)調(diào)查分析，空壓機(jī)系統(tǒng)5年的運(yùn)行費(fèi)用組成：系統(tǒng)的初期設(shè)備投資及設(shè)備維護(hù)費(fèi)用占到總費(fèi)用的23%，而電能消耗（電費(fèi)）占到77%，幾乎所有的系統(tǒng)浪費(fèi)終都是體現(xiàn)在電費(fèi)上。

根據(jù)對(duì)全球范圍內(nèi)各個(gè)行業(yè)的空氣系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，可以發(fā)現(xiàn)：絕大多數(shù)的壓縮空氣系統(tǒng)，無論其新或舊，運(yùn)行的效率都不理想—壓縮空氣泄漏、人為用氣、不正確的使用和不適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)控制等等均會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)效率的下降，從而導(dǎo)致客戶大量的能耗浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空氣系統(tǒng)的存在的系統(tǒng)浪費(fèi)約15—30%。這部分損失，是可以通過全面的系統(tǒng)解決方案來消除的。

二、空壓機(jī)節(jié)能改造分析

2.1空壓機(jī)加、卸載供氣控制方式存在的問題

（1）空壓機(jī)加、卸載供氣控制方式的能源浪費(fèi)

空壓機(jī)加、卸載供氣控制方式使得壓縮氣體的壓力在Pmin~Pmax之間來回變化。其中，Pmin為能夠用戶正常工作的較低壓力值；Pmax為設(shè)定的高壓力值。一般情況下，Pmin和Pmax之間的關(guān)系可用下式表示: Pmax =(1 )Pmin,式中，的數(shù)值數(shù)值大致在10%~25%在之間。

若采用變頻調(diào)速技術(shù)連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量，則可將管網(wǎng)壓力始終維持在能滿足供氣的工總壓力上，即等于Pmin的數(shù)值。

由此可見，加、卸載供氣控制方式浪費(fèi)的能量主要在三個(gè)部分：

1） 壓力超過Pmin所消耗的能量

當(dāng)儲(chǔ)氣罐中空氣壓力達(dá)到Pmin后，加、卸載供氣控制方式還要使其壓力繼續(xù)上升，直到Pmax。這一過程中需要電源提供壓縮機(jī)提供能量，從而導(dǎo)致能量損失。

2）減壓消耗的能量

氣動(dòng)元件的額定氣壓在Pmin左右，高于Pmin的氣體在進(jìn)入氣動(dòng)元件前，其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓至接近Pmin。這一過程同樣是一個(gè)能耗過程。

3）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)，空壓機(jī)通過如下方法來降壓卸載：關(guān)閉進(jìn)氣閥使空壓機(jī)不需要再壓縮氣體做功，但空壓機(jī)的電動(dòng)機(jī)還是要帶動(dòng)螺桿做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，據(jù)測(cè)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%~15%，在卸載時(shí)間段內(nèi)，空壓機(jī)在在做無用功，白白地消耗能量。同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空，這種調(diào)節(jié)方法也要造成很大的能量浪費(fèi)。

（2）加、卸載供氣控制方式的其他損失

1）靠機(jī)械方式調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，使供氣量無法連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)用氣量不斷變化時(shí)，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)，從而使供氣壓力精度達(dá)不到工藝要求，就會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量甚至造成廢品。再加上頻繁調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，會(huì)加速進(jìn)氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。

2）頻繁地打開和關(guān)閉放氣閥，會(huì)導(dǎo)致放氣閥的壽命大大縮短。

2.2空壓機(jī)變頻調(diào)速機(jī)理

空壓機(jī)是一種把空氣壓入儲(chǔ)氣罐中，使之保持一定壓力的機(jī)械設(shè)備，屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其運(yùn)行功率與轉(zhuǎn)速城正比，即

PL=。式中，PL為空壓機(jī)的功率；TL為空壓機(jī)的轉(zhuǎn)矩；nL為空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速。

所以單就運(yùn)行功率而言，采用變頻調(diào)速控制器節(jié)能效果遠(yuǎn)不如風(fēng)機(jī)泵類二次方負(fù)載，但空壓機(jī)大多處于長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，傳統(tǒng)的工作方式為進(jìn)氣閥開、關(guān)控制方式，即壓力達(dá)到上限時(shí)關(guān)閥，壓縮機(jī)進(jìn)入輕載運(yùn)行；壓力達(dá)到下限時(shí)開閥，壓縮機(jī)進(jìn)入滿載運(yùn)行。這種頻繁地加減負(fù)荷過程，不僅使供氣壓力波動(dòng)，而且是空氣壓縮機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)頻繁的變換。由于設(shè)計(jì)時(shí)壓縮機(jī)不能排除在滿負(fù)荷狀態(tài)下長時(shí)間運(yùn)行的可能性，所以只能按較大需求來選擇電動(dòng)機(jī)的容量，故選擇的電動(dòng)機(jī)容量一般較大。在實(shí)際運(yùn)行中，輕載運(yùn)行的時(shí)間往往所占的比例是非常高的，這就造成巨大的能源浪費(fèi)。

指出的是，供氣壓力的穩(wěn)定性對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響是很大的，通常生產(chǎn)工藝對(duì)供氣壓力有一定要求，若供氣壓力偏低，則不能滿足工藝要求，就可能出現(xiàn)廢品。所以為了避免氣壓不足，一般供氣壓力較要求值要偏高一些，但這樣會(huì)使成本高、能耗大，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的不正常因素。

2.3、空壓機(jī)的控制過程

氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

變頻壓縮機(jī)的氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的根本目的是通過改變壓縮機(jī)的排氣量來保障壓縮機(jī)輸出端氣壓穩(wěn)定。

客戶用氣量是動(dòng)態(tài)變化的，這種變化將導(dǎo)致管線壓力的波動(dòng)，變頻壓縮機(jī)通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制壓縮機(jī)的排氣量，以匹配用戶用氣量的變化，保障管線壓力穩(wěn)定。

每款變頻機(jī)組根據(jù)主機(jī)功率及額定壓力的不同，變頻器較大輸出頻率（即電機(jī)高轉(zhuǎn)速）的限定值也會(huì)有所差別。當(dāng)客戶用氣量大于或等于機(jī)組的額定排氣量時(shí)，變頻機(jī)組將在高輸出頻率（即滿負(fù)荷狀態(tài)）下運(yùn)行；當(dāng)用氣量小于額定排氣量時(shí)，變頻機(jī)組將通過降低變頻電機(jī)的頻率從而降低主機(jī)轉(zhuǎn)速，相應(yīng)降低排氣量；當(dāng)客戶停止用氣時(shí)，變頻電機(jī)的頻率降至較低，同時(shí)進(jìn)氣閥關(guān)閉，停止進(jìn)氣，機(jī)組將在較低的背壓下運(yùn)行，處于空載狀態(tài)。

以下通過變頻壓縮機(jī)運(yùn)行中的三種不同狀態(tài)來說明氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功能，為簡單起見，選用一臺(tái)工作壓力在100 psig(7bar)，上限壓力為110 psig (7.7 bar)之間的壓縮機(jī)來說明。其它型號(hào)的變頻壓縮機(jī)除工作壓力控制壓力點(diǎn)不同外，其控制原理都是一樣的。

起動(dòng)---0至50 psig (0～3.5 bar)

按下起動(dòng)按鈕，變頻電機(jī)從靜止一直加速至較低頻率運(yùn)行，油氣分離器中壓力迅速建立，壓縮空氣通過控制管路關(guān)閉進(jìn)氣閥。壓縮機(jī)輕載起動(dòng)，在此過程中，卸載電磁閥失電，進(jìn)氣閥靠吸氣真空作用微微打開，機(jī)組空載運(yùn)行。

氣量調(diào)節(jié)---工作壓力在100 psig(7bar)

當(dāng)達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，卸載電磁閥通電，進(jìn)氣閥全開，機(jī)組從起動(dòng)狀態(tài)自動(dòng)切換至氣量調(diào)節(jié)狀態(tài)，變頻器輸出頻率上升（如果此時(shí)排氣壓力超過100P sig(7bar)，機(jī)組仍將以較低頻率運(yùn)行）。

分離罐內(nèi)壓力從0升到50 psig (0-3.5 bar)期間，小壓力閥關(guān)閉，壓縮空氣與供氣管斷開，了潤滑油的流動(dòng)壓力；小壓力閥的設(shè)定壓力一般在50 psig (3.5 bar)左右。系統(tǒng)壓力超過50 psig (3.5bar)后，小壓力閥打開，壓縮空氣進(jìn)入供氣管。

若所需氣量高于額定排氣量，排氣壓力下降，當(dāng)?shù)陀?/span>100 psig (7bar)時(shí)，變頻電機(jī)將通過提高頻率的方式，增加排氣量。若所需氣量低于額定排氣量，排氣壓力上升，當(dāng)超過100psig (7bar)時(shí)，變頻電機(jī)將通過降低頻率的方式，減少排氣量。

用戶用氣量恒定時(shí)，機(jī)組的實(shí)際工作頻率也將終穩(wěn)定在較低頻率與高頻率范圍內(nèi)的某一點(diǎn)。用氣量越多，實(shí)際工作頻率越高；用氣量越少，實(shí)際工作頻率越低。

在安裝有螺旋閥的機(jī)組上，當(dāng)變頻電機(jī)以較低頻率運(yùn)行而系統(tǒng)壓力仍繼續(xù)上升時(shí)，螺旋閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開始工作，進(jìn)一步降低壓縮氣量，降低機(jī)組排氣量，從而穩(wěn)定系統(tǒng)壓力和降低能耗。

卸載---壓力超過110 psig (7.7 bar)

當(dāng)用戶所需氣量減少或停止用氣時(shí)，管線壓力將上升，變頻器的輸出頻率開始下降，壓力上升速率越快，變頻器的輸出頻率也下降越快。當(dāng)壓力超過設(shè)定值110 psig (7.7bar)時(shí)（此時(shí)變頻電機(jī)的頻率已降至較低），電腦板發(fā)出卸載指令，使卸載電磁閥失電，關(guān)閉進(jìn)氣閥，打開放空閥，進(jìn)入卸載狀態(tài)，此時(shí)機(jī)器在較低的背壓和較低頻率下運(yùn)行，以減少能耗。

如果此時(shí)電腦板是在手動(dòng)模式下運(yùn)行，機(jī)器會(huì)一直處在卸載運(yùn)行模式下運(yùn)行，直到管線壓力下降到100 psig(7bar)以下時(shí)，電腦板將給卸載電磁閥通電，放空閥關(guān)閉，進(jìn)氣閥打開重新吸氣，機(jī)組進(jìn)入氣量調(diào)節(jié)模式。

如果此時(shí)電腦板是處在自動(dòng)運(yùn)行模式，機(jī)組保持卸載運(yùn)行到規(guī)定的時(shí)間之后將會(huì)自動(dòng)停機(jī)，一旦用戶管線壓力降至100 psig(7bar)以下，壓縮機(jī)將自動(dòng)再啟動(dòng)進(jìn)入氣量調(diào)節(jié)模式。

三、產(chǎn)品的特點(diǎn)

我公司進(jìn)行的空壓機(jī)節(jié)能改造，是在充分了解各種空壓機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上，根椐各種空壓機(jī)的不同的控制方式，制定出相應(yīng)的控制方案，有針對(duì)性的編寫控制程序，設(shè)計(jì)控制電路。改造后，可實(shí)現(xiàn)與空壓機(jī)本身的控制系統(tǒng)完全融合，空壓機(jī)的操作方式仍舊可通過空壓機(jī)上的啟動(dòng)和停止按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制，即當(dāng)按啟運(yùn)按鈕時(shí)，節(jié)能控制系統(tǒng)也同時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)按停止按鈕時(shí)，節(jié)能控制系統(tǒng)也停止，而且一旦變頻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)完全停止空壓機(jī)的工作，直到轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行。根椐空壓機(jī)原工況并結(jié)合生產(chǎn)工藝的要求，對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行變頻技術(shù)改造后，系統(tǒng)

n 施工簡單：只需4步即可完成（對(duì)施工人員的只需簡單培訓(xùn)即可）；

n 操作便捷：只需設(shè)置5個(gè)參數(shù)，即可完成；

n 工頻/變頻模式可選：在變頻模式下恒壓、節(jié)能，在工頻模式下作為正常備用；

n 使用方便、智能：（標(biāo)準(zhǔn)機(jī)配備7寸彩色觸摸屏）

• 設(shè)定、顯示直觀便捷
• 有壓力、功率動(dòng)態(tài)曲線顯示（用于觀察壓力、功率變化趨勢(shì)）
• 有電能統(tǒng)計(jì)功能，在工頻和變頻模式下皆可統(tǒng)計(jì)，方便對(duì)比節(jié)能
• 電氣柜中裝有氣壓傳感器，把空壓機(jī)出氣管并接接到電氣柜上即可

四、產(chǎn)品安裝

步：拆下原工頻空壓機(jī)上的3根電源進(jìn)線，把這三根線接到變頻柜電源進(jìn)線上；

把變頻柜電源出線接到空壓機(jī)的電源進(jìn)線上；

第二步：把變頻柜輔助電源線接到空壓機(jī)上；

第三步：把空壓機(jī)加載閥2根線并接到變頻柜上；

注意：加載閥如果是AC200V的，電氣柜中的KA5用220V

繼電器，如果是DC24V的，KA5用DC24繼電器；

（默認(rèn)KA5是220V繼電器）

第四步：把空壓機(jī)的△接觸器輔助觸點(diǎn)接到變頻柜上；

第五步：把空壓機(jī)的出氣管并接一根到電氣柜的進(jìn)氣孔上；

附圖

附圖一：改造前空壓機(jī)電氣示意圖

附圖二：改造聯(lián)接線線示意圖

五、設(shè)置參數(shù)及觸摸屏操作畫面：

• 按開始按鈕進(jìn)入“主畫面”

• 按參數(shù)開始設(shè)定參數(shù)（把“變頻/工頻”選擇開關(guān)；選擇到“變頻”）
• 
  

• 設(shè)定使用壓力

• 在“主畫面”中，按“能耗測(cè)定”按鈕進(jìn)入，“電能測(cè)定”畫面

選擇“統(tǒng)計(jì)允許”，開始統(tǒng)計(jì)電能；按下“復(fù)位開始”，把當(dāng)前電能清零，并把“當(dāng)前時(shí)間”設(shè)為“起始時(shí)間”；