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空壓機(jī)的變頻節(jié)能改造

文檔作者：閆光啟，顏妍，王琳琳，栗克，程曉東，慎建軍，萬(wàn)朋，高國(guó)防文檔來(lái)源：河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月10日
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中圖分類號(hào)：TQl72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1007—0389(2013)01—60—02
閆光啟，等：空壓機(jī)的變頻節(jié)能改造
空壓機(jī)的變頻節(jié)能改造
閆光啟，顏妍，王琳琳，栗克，程曉東，慎建軍，萬(wàn)朋，高國(guó)防
(河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，河南鄭州450002)
1 空氣壓縮機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)和節(jié)能空間分析
空氣壓縮機(jī)是一種利用電動(dòng)機(jī)將氣體在壓縮腔
內(nèi)進(jìn)行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設(shè)備，
其在水泥企業(yè)生產(chǎn)中也有著廣泛的應(yīng)用。近幾年
來(lái)，在水泥企業(yè)中使用比較多的是螺桿式空壓機(jī)。
螺桿式空壓機(jī)由一對(duì)相互平行嚙合的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子(或
稱螺桿)在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷
地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸
入側(cè)輸送至輸出側(cè)，實(shí)現(xiàn)螺桿式空壓機(jī)的吸氣、壓縮
和排氣的全過(guò)程。空壓機(jī)的進(jìn)氣口和出氣口分別位
于殼體的兩端，陰轉(zhuǎn)子的槽和陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒在豐電機(jī)
驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。在空壓機(jī)選型時(shí)，為了保證在任何情
況下都能滿足生產(chǎn)需求，一般按其額定供氣能力為
最大生產(chǎn)用氣量的1．1～1．2倍左右選擇。而在實(shí)際
生產(chǎn)過(guò)程中，由于工廠的實(shí)際需求存在季節(jié)性及時(shí)
間性波動(dòng)，絕大多數(shù)情況下只能用到額定供氣量的
50％～60％，甚至更低。所以空壓機(jī)多數(shù)時(shí)間并非滿
載運(yùn)行，具有很大的節(jié)能空間。
為了減少空壓機(jī)的電能浪費(fèi)，同時(shí)保持供氣量
與用氣量的平衡，不論是活塞式，還是螺桿式壓縮
機(jī)，比較常用的控制方式是在其中設(shè)置加、卸載機(jī)
構(gòu)。加載時(shí)，空壓機(jī)向儲(chǔ)氣罐提供壓縮氣體；卸載
時(shí)，空壓機(jī)不向儲(chǔ)氣罐提供壓縮氣體，處于“空轉(zhuǎn)”狀
態(tài)而非停運(yùn)狀態(tài)。之所以是空轉(zhuǎn)而不進(jìn)入停止?fàn)?
態(tài)，是因?yàn)榭諝鈮嚎s機(jī)的空載啟動(dòng)電流大約是額定
電流的3～5倍(空氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)一般為星／三角啟
動(dòng)方式)，空轉(zhuǎn)避免了帶載啟動(dòng)時(shí)強(qiáng)大的電流沖擊和
機(jī)械沖擊，以及對(duì)電網(wǎng)中其它用電設(shè)備的沖擊，同時(shí)
使空氣壓縮機(jī)的使用壽命也會(huì)縮短。但其加、卸載
過(guò)程是交替進(jìn)行的。加載期間，儲(chǔ)氣罐壓力在上升，
卸載期間，儲(chǔ)氣罐壓力在下降，總體上儲(chǔ)氣罐的壓力
曲線是“鋸齒”狀(見(jiàn)圖1)。為了保證生產(chǎn)正常進(jìn)
行，其最小壓力(P。。。)必須滿足一定要求；在加載
過(guò)程結(jié)束轉(zhuǎn)入卸載狀態(tài)這一時(shí)刻，儲(chǔ)氣罐壓力最大，
一60—
50Hz工頻
歹＼／—、 —、＼／妙＼—磊Pa
充氣日常J-作區(qū)休眠區(qū)t
抹眠過(guò)a喜
日常工作區(qū)
加裁卸載加載卸載加載卸載加載卸栽
長(zhǎng)期用氣偏少
圖1空壓機(jī)采用加、卸載供氣控制方式下運(yùn)行曲線
用P。。。來(lái)表示，叫最大壓力。一般情況下，P。。。、
P。h之間關(guān)系可以用下式來(lái)表示：
P。。。=(1+8)P。i。(1)
式中艿為一損耗系數(shù)，其數(shù)值大致在0．15～0．30之
間。也就是說(shuō)，在氣壓上存在15％～30％的浪費(fèi)。
縮短加、卸載時(shí)間，可以減小艿，降低浪費(fèi)；但單
位時(shí)間內(nèi)的加、卸載次數(shù)必然增加。而頻繁加、卸載
時(shí)機(jī)械沖擊將嚴(yán)重縮短設(shè)備壽命，且由于頻繁地開(kāi)／
關(guān)放氣閥，會(huì)加速進(jìn)氣閥的磨損，使放氣閥壽命大大
縮短，增加維修量和維修成本；此外，頻繁加、卸載的
過(guò)程，勢(shì)必加大電能的消耗。加、卸載供氣控制方
式浪費(fèi)的能量主要在以下幾個(gè)方面。
(1)加載時(shí)的電能消耗。當(dāng)儲(chǔ)氣罐中空氣壓力
達(dá)到P。j。后，加、卸載供氣控制方式要使其壓力繼
續(xù)上升，直到P。。。這·過(guò)程需要電源繼續(xù)向壓縮
機(jī)提供能量，是一種能量的損失。
(2)卸載時(shí)電能的消耗。當(dāng)壓力達(dá)到最大值
時(shí)，空壓機(jī)通過(guò)關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)的
方法來(lái)降壓卸載。這種調(diào)節(jié)方法造成很大的能量浪
費(fèi)，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％～35％。很明顯，在加載、卸載供氣控制
方式下，空壓機(jī)電機(jī)存在很大的節(jié)能空間。
2空壓機(jī)的節(jié)能措施
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，目前空氣壓縮機(jī)的
水辯工程型墅
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
司光啟，等：空壓機(jī)的變頻節(jié)能改造
最佳節(jié)能措施是實(shí)行變頻調(diào)速。采用變頻調(diào)速控制
時(shí)，就是把管網(wǎng)壓力作為控制對(duì)象，通過(guò)檢測(cè)儲(chǔ)氣罐
壓力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的壓力閉環(huán)控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣壓縮
機(jī)的轉(zhuǎn)速和空氣壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)。改造后的空氣
壓縮機(jī)都由變頻器來(lái)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)帶載軟啟動(dòng)和軟停
機(jī)的工作方式，避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給空氣
壓縮機(jī)帶來(lái)的機(jī)械沖擊，實(shí)現(xiàn)了供氣量的連續(xù)調(diào)節(jié)，
保證了總管壓力穩(wěn)定。變頻器控制模式下的運(yùn)行曲
線，如圖2所示。
變頻加栽區(qū)變頻向城區(qū)變頻加載區(qū)
圖2空壓機(jī)采用變頻供氣控制方式下運(yùn)行曲線
某企業(yè)的空壓機(jī)電機(jī)參數(shù)如下：功率為
160 kW，轉(zhuǎn)速為1 480 r／min，額定電流294 A，功率因
數(shù)為0．89。在傳統(tǒng)的加、卸載供氣控制方式，正常生
產(chǎn)情況時(shí)，壓力需維持在0．60～0．72 MPa范圍內(nèi)，空
壓機(jī)進(jìn)氣閥門開(kāi)關(guān)都呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，即閥門打
開(kāi)加載時(shí)間約為125 S，關(guān)閉卸載時(shí)間約為90 S(即
加載時(shí)間占總時(shí)間的58％，卸載時(shí)間約占42％)；加
載時(shí)電機(jī)電流大約為256A，關(guān)閉閥門電機(jī)電流約
為102 A。
采用變頻恒壓控制以后，正常生產(chǎn)時(shí)，管網(wǎng)壓力
保持在0．60 MPa±0．02 MPa這樣一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，
變頻器顯示36 Hz，電機(jī)電流維持在193 A左右且上
下波動(dòng)很小。如此，年節(jié)約電能約為278．9×
103 kWh。按照目前平均工業(yè)電價(jià)0．615元／kWh．計(jì)
算，每年可節(jié)約生產(chǎn)成本約為17．2萬(wàn)元。
改造前后(即變頻器控制模式和加、卸載供氣控
制模式)空壓機(jī)的能耗運(yùn)行曲線，如圖3所示。其
中，剛啟動(dòng)或休眠后啟動(dòng)時(shí)，普通空壓機(jī)和變頻空壓
機(jī)均運(yùn)行在額定功率附近。因此變頻空壓機(jī)可以保
證充氣的快速性。
空壓機(jī)采用變頻改造后，具有以下系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：
(1)空氣壓力幅值變化小，實(shí)測(cè)其壓力變化幅值大約
為±0．03 MPa，其供氣質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高；(2)平均
降低噪音3～7 dB(A)，改善了工作環(huán)境；(3)操作簡(jiǎn)
便；(4)采用變頻調(diào)速后在低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，空氣壓縮
垂專7～ f＼嘶節(jié)?！?。睜．p+__ 瓶巴節(jié)贏一j
煞旦鱟壬堡墾．堡墅塑一璺墨墾??旦?萱一三，竺一曼?．7
淺灰色一變頻空壓機(jī)功耗曲線；深灰色一變頻空壓機(jī)
比普通空壓機(jī)節(jié)省的能量A；黑色一變頻空壓機(jī)進(jìn)入
停機(jī)休眠階段節(jié)省的能量B(如果變頻空壓機(jī)沒(méi)有進(jìn)入
休眠，則B=0。)
圖3空壓機(jī)采用變頻供氣控制方式下節(jié)能曲線
機(jī)潤(rùn)滑油耗量就小，即所謂“低轉(zhuǎn)速，低潤(rùn)滑”，就此
全年可節(jié)約空氣壓縮機(jī)潤(rùn)滑油20％～35％左右；(5)
由于轉(zhuǎn)速降低，機(jī)械磨損減小，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽
命；(6)將原電控系統(tǒng)與改造后的變頻控制系統(tǒng)可互
為備用，提高了運(yùn)行可靠性，同時(shí)各項(xiàng)保護(hù)措施更加
完善；(7)根據(jù)水泥企業(yè)空壓機(jī)站管理和運(yùn)行方式的
特點(diǎn)，每個(gè)空壓機(jī)站內(nèi)改造二臺(tái)空壓機(jī)為變頻器控
制方式，這樣既就可以滿足生產(chǎn)的需求，又能節(jié)約改
造投資。
但在實(shí)施空壓機(jī)采用變頻系統(tǒng)改造中，應(yīng)注意
的以下方面問(wèn)題：(1)電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)變頻器變頻后，轉(zhuǎn)
速降低，其電機(jī)風(fēng)扇的散熱效果也要相應(yīng)降低；(2)
空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速越低，潤(rùn)滑油的耗量也就越小，設(shè)備巡
視中一定要注意潤(rùn)滑油量的變化；(3)在滿足生產(chǎn)工
藝的要求下，系統(tǒng)壓力設(shè)定是越低越好，因?yàn)榭諌簷C(jī)
的排氣壓力越高，所需的電機(jī)軸功率越大，電機(jī)耗電
也就越多；(4)轉(zhuǎn)速不可過(guò)低控制，因如轉(zhuǎn)速過(guò)低，使
壓縮機(jī)的工作穩(wěn)定性變差、機(jī)械性能變差，因此，把
變頻器運(yùn)行頻率下限設(shè)定為30 Hz。
3結(jié)語(yǔ)
(1)水泥企業(yè)的用電量約占水泥成本的1／3，而
其中的電動(dòng)機(jī)耗能占總負(fù)荷90％以上，所以做好電
動(dòng)機(jī)運(yùn)行的節(jié)能工作至關(guān)重要。
(2)對(duì)空壓機(jī)實(shí)施變頻改造，可獲得很好的節(jié)
能效果。對(duì)于新建的空壓機(jī)，可以按照最合適的計(jì)
算系數(shù)選取空壓機(jī)配套能力。
參考文獻(xiàn)
[1]張燕賓．變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，
2000．
(編輯：劉翠榮)(收稿日期：2012—05—24)

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