空壓機在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛地應(yīng)用，在各種行業(yè)中，它擔(dān)負著為工廠所有氣動元件，包括各種氣動<閥門，提供氣源的職責(zé)。因此它運行的好壞直接影響工廠生產(chǎn)工藝。<空壓機的種類有很多，但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載控制方式。該供氣方式雖然原理簡單、操作方便，但存在耗電量高、進氣<閥易損壞、供氣壓力不穩(wěn)定等問題。

　　傳統(tǒng)空壓機供氣系統(tǒng)電能浪費分析

　　1、傳統(tǒng)空壓機的工作狀態(tài)主要有兩種：一種是加載狀態(tài)，另一種是空載狀態(tài)。

　　(1)加載時的電能消耗 加載狀態(tài)時，在壓力達到最小值后，原控制方式?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入氣動元件前，其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓,這一過程同樣是一個耗能過程。

　　(2)卸載時電能的消耗 空載狀態(tài)時，當(dāng)壓力達到壓力最大值時，空壓機通過如下方法來降壓卸載:關(guān)閉進氣閥使<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。據(jù)測算，空壓機卸載時的能耗約占空壓機滿載運行時的10%～25%,這還是在卸載時間所占比例不大的情況下。換言之，該空壓機20%左右的時間處于空載狀態(tài)，在作無用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下，空壓機<電機存在很大的節(jié)能空間。

　　2、傳統(tǒng)空壓機壓力控制是上下限控制，首先根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的最低壓力要求，設(shè)定空壓機輸出壓力的下限，也就是空壓機開始加載的壓力；再在最低壓力上加1帕左右，作為空壓機輸出壓力的上限，即開始卸載的壓力。空壓機的輸出工作壓力將在上下限之間波動。空壓機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、傳統(tǒng)供氣空壓機系統(tǒng)中，如果有多臺空壓機同時運行，每臺空壓機的輸出壓力都將隨著管網(wǎng)的壓力波動在上下限間波動，所以每臺機都多消耗7-10%的額定功率。

　　4、傳統(tǒng)空壓機供氣系統(tǒng)中運行參數(shù)的設(shè)定不同也會造成空壓機用電量的不同，必須根據(jù)用氣工況進行設(shè)定，才能達到最經(jīng)濟的運行效果。

　　5、傳統(tǒng)空壓機供氣系統(tǒng)由于電機不允許頻繁啟動，導(dǎo)致在用氣量少的時候電機仍然要空載運行，浪費電能。經(jīng)常卸載和加載導(dǎo)致整個氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化，不能保持恒定的工作壓力。

　空壓機工作原理

　　空壓機工作流程如圖1所示：

空壓機恒壓供氣變頻節(jié)能改造方案"

　　螺桿壓縮機的工作原理可分為進氣、壓縮和排氣三個過程。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.進氣過程：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，陰陽轉(zhuǎn)子的齒溝空間在轉(zhuǎn)至進氣端壁開口時，其空間最大。此時轉(zhuǎn)子齒溝空間與進氣口的相通，因在排氣時齒溝的氣體被完全排出，排氣完成時，齒溝處于真空狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)至進氣口時，外界氣體即被吸入，沿軸向進入陰陽轉(zhuǎn)子的齒溝內(nèi)。當(dāng)氣體充滿了整個齒溝時，轉(zhuǎn)子進氣側(cè)端面轉(zhuǎn)離機殼進氣口，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，其陰陽轉(zhuǎn)子齒尖會與機殼封閉，此時氣體在齒溝內(nèi)不再外流。其嚙合面逐漸向排氣端移動。嚙合面與排氣口之間的齒溝空間漸漸變小，齒溝內(nèi)的氣體被壓縮壓力提高。

　　3.排氣過程：當(dāng)轉(zhuǎn)子的嚙合端面轉(zhuǎn)到與機殼排氣口相通時，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。此時陰陽轉(zhuǎn)子的嚙合面與機殼排氣口的齒溝空間為0，即完成排氣過程。與此同時，轉(zhuǎn)子的嚙合面與機殼進氣口之間的齒溝長度又達到最長，進氣過程又再進行。

　　從上述工作原理可以看出，螺桿壓縮機是一種工作容積作回轉(zhuǎn)運動的容積式氣體壓縮機械。氣體的壓縮依靠容積的變化來實現(xiàn)，而容積的變化又是借助壓縮機的一對轉(zhuǎn)子在機殼內(nèi)作回轉(zhuǎn)運動來達到。

　　空壓機恒壓供氣系統(tǒng)改造案例分析

　　1、原供氣系統(tǒng)介紹

　　以我們10月改造過某廠美國壽力的二臺空壓機為例，原空壓機供氣系統(tǒng)采用兩臺空壓機工頻供電運行。下限壓力為0.5MPa，上限壓力為0.7MPa。跟據(jù)生產(chǎn)情況白天兩臺同時運行，晚上一臺運行。一般工作情況為工作20分鐘后壓力達到上限0.7MPa，停機5-7分鐘后壓力下降到下限0.5MPa。然后又重新啟動，如此循環(huán)工作。存在問題是由于工作空壓機是用工頻供電運行，電機的頻繁起停，對電機損害特別大，容易加速電機的老化。另外，長期大氣壓供給很容易造成氣管爆裂，后來客戶為了不讓電機經(jīng)常啟動停止直接把卸壓排空閥壓力調(diào)至0.5MPa，這樣電機始終處于滿負荷運行，同時也浪費了很大一部分電能，降低了設(shè)備使用壽命。根據(jù)實地觀察，空壓機上限設(shè)定壓力為0.7MPa，下限為0.5MPa，而我們實際滿足工作用氣壓力為0.5MPa，因而必須實行恒壓供氣，均衡空壓機工作運行，以達到節(jié)能目的。

　　2、變頻恒壓供氣系統(tǒng)框圖

　　變頻空壓機工作流程如圖所示：

空壓機恒壓供氣變頻節(jié)能改造方案"

　　針對空壓機系統(tǒng)供氣控制方式存在的諸多問題，我們對二臺空壓機同時增加兩臺變頻調(diào)速器進行恒壓供氣控制。使用一臺160kW通用型<變頻器和一臺110kW通用型<變頻器，增加一臺PLC、一個觸摸屏，一個A/D轉(zhuǎn)換模塊，對該供氣系統(tǒng)進行節(jié)能改造。根據(jù)要求，我們設(shè)計了一套實用性很強的方案，我們把空壓機供氣系統(tǒng)的<儲氣罐壓力作為控制對象，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oPLC自整定控制儀，與觸摸屏的壓力設(shè)定值SV作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進行運算，產(chǎn)生控制信號送變頻器，通過變頻裝置來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)定壓力值SV。通過變頻器、壓力<傳感器與PID自整定控制儀的有機結(jié)合，構(gòu)成供氣閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)空壓機的輸出壓力。使每臺空壓機的利用率均等，增加系統(tǒng)、管道壓力的穩(wěn)定性和可靠性，方便技術(shù)員控制和維護設(shè)備。

　　該恒壓供氣控制系統(tǒng)增加了手動自動功能，白天和夜間運行模式自動切換，并保留原有的控制和保護系統(tǒng)。另外，采用該方案后，空壓機電機從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻裝置來啟動，實現(xiàn)了軟啟動，避免了啟動沖擊電流和啟動給空壓機帶來的機械沖擊。

　　3、系統(tǒng)配置

　　（1）硬件采用國內(nèi)頂尖品牌英威騰公司產(chǎn)品：

　　1）觸摸屏：VT070-N0CX-N     1臺

　　2）PLC：IVC1-1410        1臺

　　3）A/D模塊：IVC1-2AD      1臺

　　4）變頻器：CHF100A-160G/185P-4 1臺

　　5）變頻器：CHF100A-110G/132P-4 1臺

　　（2）變頻器參數(shù)

　　P0-01=1：設(shè)定為1，運行指令由外部端子控制

　　P0-03=50：最大輸出頻率

　　P0-04=50：運行頻率上限

　　P0-05=25：下限頻率設(shè)定為25Hz

　　P0-07=7：頻率指令來源

　　P0-11=30：加速時間設(shè)定為30S，具體數(shù)值根據(jù)工況及生產(chǎn)要求

　　P0-12=30：減速時間設(shè)定為30S，具體數(shù)值根據(jù)工況及生產(chǎn)要求

　　注：請按實際工況設(shè)置參數(shù),以上參數(shù)只能供參考。

　空壓機系統(tǒng)節(jié)能分析

　　1、節(jié)電率分析

　　1）空壓機屬于恒轉(zhuǎn)矩負載，即轉(zhuǎn)矩在不同速度下是相同的，但所需功率和速度成正比關(guān)系，所以當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時所需功率也隨之下降，從而達到節(jié)能的目的。

　　2）變頻空壓機的壓力設(shè)定可以是一點，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，變頻空壓機將根據(jù)管網(wǎng)壓力上下波動的趨勢，調(diào)節(jié)空壓機轉(zhuǎn)速的快慢，甚至消除了空壓機的卸載運行，節(jié)約了電能。

　　3）由于變頻空壓機使得管網(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)中所有運行的空壓機都在一個滿足生產(chǎn)要求的較低的壓力下運行，減少了壓力向上波動造成的功率損失

　　。

　　4）由于壓縮機不能排除在滿負載狀態(tài)下長時間運行的可能性，所以，只能按最大需求來決定<電動機的容量，故設(shè)計容量一般偏大。在實際運行中，輕載運行的時間所占的比例是非常高的。如采用變頻調(diào)速，可大大提高運行時的工作效率。因此，節(jié)能潛力很大。

　　5）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<電動機的運行功率。采用了變頻調(diào)速后，當(dāng)需求量較小的情況下，可降低電動機的轉(zhuǎn)速，減小電動機的運行功率，從而進一步實現(xiàn)節(jié)能。

　　6）單電動機拖動系統(tǒng)大多不能根據(jù)負載的輕重連續(xù)地調(diào)節(jié)。而采用了變頻調(diào)速后，則可以十分方便地進行連續(xù)調(diào)節(jié)，能保持壓力、流量、溫度等參數(shù)的穩(wěn)定，從而大大提高壓縮機的工作性能。

　　根據(jù)統(tǒng)計分析所掌握的一手數(shù)據(jù)，初步預(yù)算節(jié)電率為20%左右。

　　2、改造后其它各方面優(yōu)越性

　　1）可以大量節(jié)約電能；

　　2）采用獨特的空間矢量（SVPWM）調(diào)制方式；

　　3）操作簡單，具有鍵盤鎖定功能，防止誤操作；

　　4）電機運行噪聲大大降低；

　　5）供氣壓力平穩(wěn)，提高了壓力控制精度；

　　6）空壓機的加卸載次數(shù)大大減少，降低進氣閥運行部件的磨損；

　　7）具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能；

　　8）在保證潤滑的前提下，對機械方面也是大有益處，由于轉(zhuǎn)動速度。

　　大部分時間在低于原設(shè)計轉(zhuǎn)速的情況下運行，各轉(zhuǎn)動部件的磨損大降低，空壓機的使用壽命得以延長。

　　綜上所述，采用PID自整定控制儀與變頻器為核心部件構(gòu)成的變頻恒壓供氣系統(tǒng)，具有很強的實用性，為供氣領(lǐng)域的技術(shù)革新，為企業(yè)節(jié)省開支、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率、減少設(shè)備維護維修，提高企業(yè)形象等各方面開辟了切實有效的途徑。

　　1）節(jié)電：

　　160kW電機，運行時間按每天運行20小時，一個月30天，電機工作效率按80%計算，電費為0.6元/度，節(jié)電率按分析所得為30%。

　　每月節(jié)省電費=電機功率*運行時間*電機工作效率;電費;節(jié)電率=160*20*30*80%*0.6*20%=9216元

　　2）回收期：投資;月節(jié)電=63000;9216 =6.83個月（約7個月），故按上述工況計算分析，成本投資回收期約為7個月，投資周期短，回報高。如果每天使用更長的時間回收周期會縮短。

　　3）間接經(jīng)濟效益

　　減輕了主送電變壓器的負擔(dān)、增大了變壓器的寬裕度，因而增加了用戶的負荷使用容量；延長設(shè)備的使用壽命20%-30%；提高使用的安全保障，可減少設(shè)備維護支出25%-50%；可節(jié)約工時25%-50%。