上海田策空氣壓縮機節(jié)能方案

一、 引言

空氣壓縮機在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用?？諝鈮嚎s機的種類有很多，有活塞式空氣壓縮機、螺桿式空氣壓縮機、離心式空氣壓縮機，但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載控制方式。該供氣控制方式雖然原理簡單、操作簡便，但存在能耗高，進(jìn)氣閥易損壞、供氣壓力不穩(wěn)定等諸多問題。隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，高效低耗的技術(shù)已愈來愈受到人們 的關(guān)注。在空氣壓縮機供氣領(lǐng)域能否應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，節(jié)省電能同時改善空氣壓縮機性能，提高供氣品質(zhì)就成為我們關(guān)心的一個話題。

二、空氣壓縮機工作原理

目前空氣壓縮機上都采用兩點式控制（上、下限控制）或啟停式控制（小型空氣壓縮機），也就是當(dāng)壓縮氣體氣缸內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定值上限時，空氣壓縮機通過本身氣壓或油壓關(guān)閉進(jìn)氣閥，小型空氣壓縮機則停機。當(dāng)壓力下降到設(shè)定值下限時，空氣壓縮機打開進(jìn)氣閥，小型空氣壓縮機則又啟動。傳統(tǒng)的控制方式容易對電網(wǎng)造成沖擊，對空氣壓縮機本身 也有一定的損害，當(dāng)用氣量頻繁波動時，尤其明顯。
正常工作情況下，空氣被壓縮到儲氣罐?？諝鈮嚎s機各點的檢測（包括壓縮空氣溫度、壓力，鏍桿溫度、冷卻水壓力、溫度和油壓、油溫等等）和整體控制由主控制單板機控制。當(dāng)空氣壓縮機出口壓力達(dá)到設(shè)定值上限時，通過油壓分路閥關(guān)閉進(jìn)氣口，同時打開內(nèi)循環(huán)管路，作自循環(huán)運行。此時用氣單位繼續(xù)用氣。當(dāng)壓力下降到設(shè)定值下 限時，油壓分路閥關(guān)閉循環(huán)管路，打開空氣進(jìn)口，空氣又由過濾器經(jīng)壓縮到儲氣罐中。在靜態(tài)，原起動方式（Y-△），及加載、卸載時對電網(wǎng)供配電設(shè)備及鏍桿都 會造成極大的沖擊。尤其是能源的嚴(yán)重浪費。主電機轉(zhuǎn)速下降，軸功率將下降很多。節(jié)能潛力相當(dāng)大。)

三、加、卸載供氣控制方式存在的問題

1、耗能分析
我們知道，加、載控制方式使得壓縮氣體的壓力在Pmin～Pmax之間來回變化。Pmin是最低壓力值，即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下， Pmin、Pmax之間關(guān)系可以用下式來表示：CPmax=（1+δ）Pmin 是一個百分?jǐn)?shù)，其數(shù)值大致在10%～25%之間。 而若采用變頻調(diào)速技術(shù)可連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量的話，則可將管網(wǎng)壓力始終維持在能滿足供氣壓力上，即Pmin附近。
由此可知，在加、卸載供氣控制方式下的空氣壓縮機較之變頻系統(tǒng)控制下的空氣壓縮機，所浪費的能量主要在2個部分：
（1）壓縮空氣壓力超過Pmin所消耗的能量
在壓力達(dá)到Pmin后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升（直到Pmax）。這一過程同樣是一個耗能過程。
（2）卸載時調(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，空氣壓縮機通過如下方法來降壓卸載：關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時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)方法要造成很大的能量浪費。
2、其它不足之處
（1）靠機械方式調(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，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動。用氣精度達(dá)不到工藝要求。再加上頻繁調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，會加速進(jìn)氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。
（2）頻繁采用打開和關(guān)閉放氣閥，放氣閥的耐用性得不到保障。

四、空氣壓縮機系統(tǒng)節(jié)能原理

采用變頻器控制空氣壓縮機的轉(zhuǎn)速以達(dá)到節(jié)能是一種較為科學(xué)的控制方法。根據(jù)空氣壓縮機運行特性知：
Q1 / Q2 = n1 / n2
H1 / H2 =（ n1 / n2）2
P1 / P2 =（ n1 / n2）3
式中 Q———空氣壓縮機供給管網(wǎng)風(fēng)量；
H———管網(wǎng)壓力；
P———電機消耗功率；
n———空氣壓縮機轉(zhuǎn)速。
由上式可知，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速的80%，則空氣壓縮機供給管網(wǎng)風(fēng)量降為80%，管網(wǎng)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銅、鐵損耗等影響，節(jié)能效率也接近40%，這就是調(diào)速節(jié)能的原理所在。

五、恒壓供氣控制方案的設(shè)計

針對原有供氣控制方式存在的諸多問題，經(jīng)過上述分析，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣。通過壓力變送器采集實際壓力P送給PID智能調(diào)速器，與壓力設(shè)定值P0作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運算，產(chǎn)生控制信號送變頻調(diào)速器VVVF，通過變頻器控制電機的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實際壓力 P始終接近設(shè)定壓力P0。本系統(tǒng)采用壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)方式，在原來的壓力儲氣罐上加裝一個壓力傳感器，將壓力信號轉(zhuǎn)換成4-20mA的電信號，送到變頻器內(nèi)部 的PID調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將信號與壓力設(shè)定值進(jìn)行比較運算后輸出控制信號，變頻器根據(jù)該信號輸出頻率，改變電動機的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)供氣壓力，保持壓力的恒定，使空氣壓縮機始終處于節(jié)電運行狀態(tài).
同時，該方案可增加工頻與變頻切換功能，并保留原有的控制和保護(hù)系統(tǒng)，另外，采用該方案后，空氣壓縮機電機從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來啟動，實現(xiàn)了軟啟動，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。

六、投資與回報：

1、以一臺65KW、380V空氣壓縮機為例：
每天工作24小時，全年運行320天，電費為0.6元/度，電機工作效率80%，節(jié)電效果按20%計算：
投資費用： 元/臺
年節(jié)省電費=65KW×24小時/天×320天/年×0.6元/度×80%電機工作效率×20%節(jié)電效果=47923.2元。
回收期= ÷47923.2= 年。
2、以一臺55KW、380V空氣壓縮機為例：
每天工作24小時，全年運行320天，電費為0.6元/度，電機工作效率80%，節(jié)電效果按20%計算：
投資費用： 元/臺
年節(jié)省電費=55KW×24小時/天×320天/年×0.6元/度×80%電機工作效率×20%節(jié)電效果=40550.4元。
回收期= ÷40550.4= 年