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1、螺杆式空压机变频节能改造谢水英1韩承江1徐伟君2浙江工业职业技术学院浙江绍兴3120002.绍兴漓铁球团厂浙江绍兴312041摘要：本文阐述绍兴漓铁集团公司球团厂竖炉除尘用螺杆空压机的变频改造原理、变频限制系统组成及工作过程，分析了变频改造前后优缺点，计算了变频改造后的节能效果。该空压机的节能改造，既是对国家节能减排政策的主动响应，也为其他企业的技术改造供应了胜利的借鉴阅历。关键词：空压机；变频调速；变频节能；节能改造一、概述空压机是空气压缩机的简称。其主要用途有：压缩气体用于作为动力,如气动扳手、风动机械；用于自动限制，如车辆制动、酿造业的搅拌;用于制冷和气体分别，如冷冻行业与要用到纯氧纯氮
2、的行业等。在工业农业生产的很多领域，如采矿、石油、化工、制冷、动力和冶金等部门中广泛地运用压缩机。据统计，在一个大型冶炼厂中，全年为压缩机配套的电动机功率常达上万千瓦；在冶金工业和机械制造行业中，冶炼用的氧气压缩机和空气压缩机动力站所消耗的电能，几乎占全厂电能消耗的30%以上。如何降低空压机运行所消耗的能源对于响应国家节能降耗的政策以及提高企业的经济效益都具有非常重要的现实意义。二、空压机节能改造分析1 .空压机工作原理空压机按工作原理分类有速度式（透平式）和容积式二种。速度式空压机的作用原理是通过某种方式使气体流淌速度加快后，再在扩压装置中急剧减速后将气体动能转化为气体静压能，以提高气体压力
3、。容积式空压机的作用原理是通过压缩空气体积达到使气体压力增加的目的。容积式空压机以螺杆式空压机最为常见，其工作原理是：由一对相互平行齿合的阴阳转子（或称螺杆）在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变更，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，从而实现空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端，阴转子的槽及阳转子齿被主电机驱动而旋转。2 .空压机的限制过程空压机供气系统的限制过程一般为：按下启动按钮，限制系统接通启动器线圈并打开断油阀，空压机在卸载模式下启动，这时进气阀处于关闭位置，而放气阀则打开以排放油气分别器内的压力。等降压2秒后空压机起先加
4、载运行，系统压力起先上升。假如系统压力上升到压力开关上限值，即起跳压力时，限制器使进气阀关闭，油气分别器放气，压缩机空载运行。当系统压力下降至压力开关下限值，即回跳压力时，限制器使进气阀打开,油气分别器放气阀关闭，压缩机满载运行。3 .漓铁球团厂竖炉除尘空压机原先存在的问题该厂竖炉除尘用空压机为螺杆式，由大小2台组成，大的一台型号为SA60-7,排气量10.3m3min,额定/最大排气压力为07/0.75MPa,电机功率为55Kw,电机转速为2970rmin。小的一台型号为0G-50W,轴功率为37KW,容积流量为6.Im3Inin,额定电压为380V,供气压力为0.7MPao该空压机的作用是
5、产生高压气体，用于输送从竖炉除尘下来的球粉到制球原料库，以便回收利用。由于在除尘输送系统中用风量不均衡，空压机供风量一般大于实际用风量，为保持储气压力不变，就必须要采纳调整方式。其中大压缩机时常处于满负荷运行状态，当压缩空气产量无法满意工况需求时，就加开小压缩机；而当压缩空气过剩时，就进行放空，能源奢侈严峻。另外，该空压机组在变频改造前采纳星一三角起动，虽为P1.C限制，但空压机采纳间歇限制运行方式，运行状态很不经济。存在着：大小主电机虽然以星一三角降压起动，但起动电流仍较大，对电网与其他设备造成肯定的冲击与影响。大电机时常空载运行，电能奢侈较严峻。小电机常频繁起动、停止，影响电机运用寿命主电
6、机工频运行造成空压机运行时噪音很大。针对除尘空压机限制方式欠缺和能耗大等问题，厂里于2009年对空压机进行了节能改造。三、空压机节能方案选择1 .空压机的节能方案选择空压机的节能改造可以从机械系统和限制调整系统两方面进行。机械系统方面的改造主要为进、优化管道系统等，以降低管网阻力，降低功耗。限制调整系统方面改造主要是选择合理的流量调整方式。目前空压机的流量调整方式一般有压缩机间歇限制运行、吸气调整、气缸卸载、无级变速调整等。空压机间歇运行会带来压缩机频繁起停，增大电能损耗，引起电网波动增大，同时也会影响设备寿命；而气缸卸载不但能量奢侈，且会加剧设备磨损，增加了运营成本。目前越来越多的采纳无级变
7、速调整，即变频调速技术。通过变频器使电机输入电压的频率变更，限制电机的转速变更，进而限制电机的输出功率与空压机的输入功率，使空压机的制风量与实际用风量相匹配。这种调整方式可以实现电机转速的连续调整，使空压机在设计的状况下运行，使空压机在轻载运行时的工作效率大大提高，降低空压机的能耗，创建较好的经济效益，对响应目前国家节能降耗的号召有着重要的意义。对于螺杆空压机来说，采纳变频器可通过变更螺杆转子转速的方式来变更排气量，当用气量发生变更时，变频器变更转速的方式调整空压机的排气量，达到排气压力恒定不变，并节约能源的目的。针对竖炉除尘空压机限制系统方面存在的问题，绍兴漓铁集团球团厂于2009年对其进行
8、了变频节能改造。2 .变频节能分析变频限制原理Uo7）包依据异步电动机转速公式：p式中，f为电源频率，S为电动机转差率，P为电动机的极对数。当P和S确定后，电动机转速与电源频率成正比，所以变更电源频率即可变更电机转速n,从而实现变频调速。变频节能原理依据空压机的运行特性知，空压机基本属于恒转矩负载，用变频调速的方法据供气量大小来调整电机转速，能使电机的输出功率基本与转速（供气量）成正比关系。当用气量减小时，排气口压力上升，通过闭环反馈给变频器，使电机转速降低，减小了轴输出功率；当用气量增加时，排气口压力下降，通过闭环反馈给变频器，使电机转速上升，增加了轴输出功率。因此,变频空压机系统通过压力闭
9、环，可实时跟踪供气系统负载变更，调整空气压缩机电机的转速，保证排气口压力恒定，使压缩机电机工作在最经济的运行状态下。避开了原限制方式空压机常见的加载与卸载，频繁地起动与停机，使得从电网汲取的电能大大下降。变频限制过程变频调速系统以空压机压缩空气的输出压力作为限制对象，由变频器，压力传感器、P1.C,电机组成闭环恒压限制系统，工作压力值由操作面板干脆设置，现场压力由传感器来检测，转换成42011A电流信号后反馈到变频器，变频器通过内置PID进行比较计算，从而调整其输出频率，达到调整电机转速，进而调整电机输出功率的目的。由此可见只要调整电机的转速，就可以调整电机轴输出功率，也即调整了空压机的输入功
10、率，使空压机的制风量与用风量相匹配，达到恒压供气与节能的目的。四、空压机变频节能改造1 .节能改造设计要求依据原空压机组限制系统存在的问题并结合生产工艺要求，机组限制系统变频改造后系统应满意以下要求：(1)系统应具有变频和工频两套限制回路。保持储气罐出口压力稳定。电机变频运行时，出口压力波动范围不能超过002MPao一台变频器能限制两台空压机组，可用转换开关切换。(4)依据空压机的工控要求，限制系统应使电动机具有恒转矩运行特性。限制系统仍由P1.C进行限制。2 .限制系统组成框图整个系统由变频器、P1.C、压力变送器、工频接触器、电机、空压机等组成压力闭环限制系统，自动调整电机转速，进而调整空
11、压机的进气量，使储气罐内空气压力稳定在设定范围内，进行恒压限制。反馈压力与设定压力进行比较运算，通过P1.C实时限制变频器的输出，从而调整电机转速，达到节能的目的。空压机组变频调速系统原理框图如图1所示。图1空压机变频调速系统原理框图3 .工作过程变频限制接线示意图如图1所示。在空压机排气出口处安装压力传感器的采样点，通过压力传感器获得所须要的电流信号，当系统用气量小时，空压机排气口的压力上升，压力传感器的阻值减小，24V直流电源把压力传感器的阻值转变为电流信号，通过P1.C使其对变频器输入的电流信号增大，变频器与设定值比较后得到偏差,经过PID调整后使输出电源的频率渐渐变小，电动机转速下降，
12、同时空压机电机的转速也下降，压力降低。当系统用气量大时，系统压力渐渐降低，变频器输出电源频率上升，电动机转速增加，制气量增加，使空压机出口处压力上升，满意系统用气量要求。当供气量与用气量基本持平，变频器就会以该点的频率运行，这样就实现了系统压力的恒定,同时电机与空压机也始终运行于最经济运行状态。为了平安起见，在安装变频器装置时，保留了原有的工频限制电路，在变频柜上设置了工频/变频转换开关，当变频装置出现故障时，可便利地转换到工频运行状态，正常供气不影响生产（如图2所示）。38W田拨图2变频控制接线示意图五、变频改造后优点1.启动电流小，对电网无冲击变频器可使电机起动、加载时的电流平缓上升，没有
13、任何冲击；可使电机实现软停，避开反生电流造成的危害，有利于延长设备的运用寿命2 .输出压力稳定采纳变频限制系统后，可以实时监测供气管路中气体的压力，使供气管路中的气体的压力保持恒定，提高生产效率和产品质量3 .设备维护量小空压机变频启动电流小，小于2倍额定电流，加卸载阀无须反复动作,变频空压机依据用气量自动调整电机转速，运行频率低，转速慢，轴承磨损小，设备运用寿命延长，维护工作量变小。4 .噪音低变频依据用气须要供应能量，没有太多的能量损耗，电机运转频率低,机械转动噪音因此变小，由于变频以调整电机转速的方式，不用反复加载、卸载，频繁加卸载的噪音也没有了，持续加压，气压不稳产生的噪音也消逝了。5
14、 .节能效果明显变频器改造节能效果非常明显。经过该厂试验，一台55KW的空压机,加载时间15秒，加载电流达110A；卸载时间20秒，卸载电流约80A,工作压力上下限为0.75MPa0.62MPa,依据加卸载时间与电流，可以算出该空压机节能改造前耗电量45度/小时。变频改造后节电率约30乐按每度电0.75元计算，一年可节约电费：45X0.75义24*365*30%=88695（元）=8.8695（万元）空压机变频改造费用约10万元约（10/8.870）X12=13.52即约14个月就可以收回投资。而以后每年可节约电费8万多元。因此，在供气系统中接入变频节能系统，利用变频技术变更空压机转速来调整管
15、道中的流量，以取代阀门调整方式，不但能实现恒压供气的目的，并且能取得明显的节能效果。另外，变频器软起动功能及平滑调整特点可实现对流量的平衡调整，削减了起动冲击，还可以延长压缩机与机组管组的运用寿命。六、留意事项1 .空压机属于大转动惯量负载，这种起动特点很简单引起V/F限制方式的变频器在起动时出现跳过电流爱护的状况。建议选用具有高起动转矩的无速度传感器矢量变频器，保证既能实现恒压供气的连续性，又保证设备牢靠稳定运行。2 .空压机不允许长时间低频下运行，若空压机转速过低，一方面将使空压机工作稳定性变差，另一方面使缸体润滑性变差，会加速磨损。所以工作下限频应不低于20Hzo3 .为了有效滤去变频器输出端电流中高次谐波重量，削减因高次谐波引起的电磁干扰，建议选用输出沟通电抗器，还可以削减电机运行噪声与温升，提高电机运行稳定性。4 .建议功率选用比空压机功率大一等级的变频器，以免空压机启动出现频繁跳闸的状况。
