摘 要：螺桿空氣壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)頻繁加載卸載，不僅供氣壓力不穩(wěn)定影響生產(chǎn)效率，同時(shí)能量消耗量大導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高，因此空壓機(jī)的節(jié)能改造勢在必行。合康變頻憑借優(yōu)異的控制性能和優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)，為河南濮耐集團(tuán)進(jìn)行空壓機(jī)節(jié)能改造，控制性能穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯。

關(guān)鍵詞：合康變頻、螺桿空壓機(jī)、節(jié)能改造

一. 引言

螺桿空氣壓縮機(jī)是提供壓縮空氣的設(shè)備，其電動機(jī)的容量較大，且常年連續(xù)運(yùn)行，一般空壓機(jī)的用電成本占到使用成本的百分之七十以上。因?yàn)樯a(chǎn)情況的變化，工人的交替，使得用氣量的不確定性，空壓機(jī)易出現(xiàn)頻繁加載卸載，造成能源的浪費(fèi)。當(dāng)變頻器和空壓機(jī)配套使用后，空壓機(jī)的供氣壓力會更穩(wěn)定，減少卸載時(shí)間，節(jié)約生產(chǎn)成本。

圖1：合康變頻器應(yīng)用現(xiàn)場

二. 空壓機(jī)改造前運(yùn)行情況

合康變頻經(jīng)節(jié)能改造客戶邀請，對河南濮耐集團(tuán)有限公司四臺空壓機(jī)組成的空壓機(jī)管網(wǎng)進(jìn)行節(jié)能改造。濮耐股份是國內(nèi)最大的鋼鐵行業(yè)耐火材料制品供應(yīng)商，此次改造的空壓機(jī)站共由4臺空壓機(jī)組成，分別為一臺250kW英格索蘭和三臺110kW壽力螺桿式空壓機(jī)。

設(shè)備改造前，四臺空壓機(jī)全部工作在工頻狀態(tài)。壓力采用兩點(diǎn)式控制（上、下限控制），也就是當(dāng)空壓機(jī)氣缸內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定值上限時(shí)，空壓機(jī)通過本身的油壓關(guān)閉進(jìn)氣閥，當(dāng)壓力下降到設(shè)定值下限時(shí)，空壓機(jī)打開進(jìn)氣閥。這樣就導(dǎo)致空壓機(jī)頻繁的卸載和加載，經(jīng)常是晚班用氣量少，而空壓機(jī)全速運(yùn)行，此時(shí)這部分電能被白白地浪費(fèi)。因此對螺桿空壓機(jī)進(jìn)行改造，使其節(jié)能、提高設(shè)備穩(wěn)定性、減少維護(hù)成本、降低噪音污染是非常有必要的。

三. 變頻節(jié)能改造方案設(shè)計(jì)要求

根據(jù)原工況存在的問題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，空壓機(jī)改造后系統(tǒng)需滿足以下要求：

1. 能根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的用氣量調(diào)節(jié)空壓機(jī)產(chǎn)氣量，既能滿足生產(chǎn)要求，同時(shí)又降低能耗。

2. 系統(tǒng)有變頻和工頻兩套控制回路，并在空壓機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，能有效控制空壓機(jī)漏油問題。

3. 原有系統(tǒng)采用變頻器進(jìn)行調(diào)速后，不能改動空壓機(jī)原來的主回路以及二次回路的控制方式。

4. 降低運(yùn)行噪音，特別在啟動時(shí)和滿負(fù)載運(yùn)行時(shí)，噪聲要明顯減小。

四. 空壓機(jī)變頻改造實(shí)施方案

空壓機(jī)的主電動機(jī)是250kW的電動機(jī)，額定電流450A，合康變頻技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，提供一臺HID600A系列高性能變頻器來控制空壓機(jī)，通過遠(yuǎn)傳壓力表來反饋儲氣罐的壓力，當(dāng)反饋壓力高于生產(chǎn)需求壓力時(shí)，變頻器降頻運(yùn)行，直至設(shè)置的下限頻率，當(dāng)下限頻率持續(xù)運(yùn)行300S后，變頻休眠；當(dāng)反饋壓力低于需求壓力時(shí)，變頻器頻率上升，空壓機(jī)加載運(yùn)行。電氣系統(tǒng)采用工變頻旁路設(shè)計(jì)，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過旋轉(zhuǎn)工變頻旁路開關(guān)切換到原有工頻運(yùn)行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其電氣主回路圖如下:

圖2：恒壓供氣原理圖

改造前的主電動機(jī)一直全速運(yùn)行，在運(yùn)行的過程中，氣壓是一直往上升的（就算生產(chǎn)工藝不需要那么大壓力），當(dāng)儲氣罐壓力一直上升到上限壓力，這時(shí)空壓機(jī)才會停止加載。通常在設(shè)置這個(gè)參數(shù)值的時(shí)候，一般會綜合考慮設(shè)備的使用率和生產(chǎn)工藝的需要，上限值一般會設(shè)置比實(shí)際需要值大2bar的壓力作為上限，排氣壓力升高會對功率消耗產(chǎn)生影響，壓力每升高1bar消耗功率增加6%左右。

在采用變頻器PID恒壓控制系統(tǒng)后，變頻調(diào)速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓力作為控制對象，裝在儲氣罐的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺鹘o控制器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器，與壓力給定值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號去控制變頻器的輸出電壓和逆變頻率，調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力始終維持在設(shè)定壓力，從而得到恒定的氣壓。

合康變頻器針對主電動機(jī)啟動時(shí)對電流、設(shè)備的沖擊，使用優(yōu)化后的SPWM算法，使電動機(jī)平穩(wěn)啟動，同時(shí)增加啟動力矩，還減少沖擊電流對其他設(shè)備的干擾；在加速過程采用了先進(jìn)的多點(diǎn)加速曲線，減少因快速啟動對機(jī)頭的軸承和主螺桿的磨損，可以大大地增加設(shè)備的使用壽命及機(jī)械設(shè)備的維護(hù)周期。另外，如果變頻器一旦出現(xiàn)故障，生產(chǎn)工藝不允許空氣壓縮機(jī)停機(jī)，因此，系統(tǒng)設(shè)置了工頻與變頻切換功能，這樣當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，電源通過工頻接觸器直接供電，使空壓機(jī)能照常工作。

五. 節(jié)能效果

250kW的普通機(jī)組，一年運(yùn)行8759小時(shí)，其中加載時(shí)間2442小時(shí)，卸載時(shí)間6317小時(shí)，電費(fèi)以0.7元/度計(jì)算。

1、空載損耗：

卸載時(shí)間×卸載時(shí)所產(chǎn)生的空載電流損耗（1.732×0.38×175×0.85）×6317小時(shí)/年=618442度電；但考慮到螺桿空壓機(jī)在低頻時(shí)能保證潤滑不漏油，一般需將變頻下限頻率設(shè)為30Hz，其變頻節(jié)約電量為：618442×40%=247377度。

2、壓差損耗：

加載時(shí)間×高出1bar壓差所帶來的損耗0.6×7%×250kW×2442小時(shí)/年=25641度。

綜上所述，變頻機(jī)組較普通機(jī)組節(jié)能247377+25641=273018度電。

年節(jié)約電費(fèi)273018×0.7元/度=191111元。

六. 系統(tǒng)改造中應(yīng)注意的問題

1、螺桿機(jī)組不能反向運(yùn)轉(zhuǎn)，改造時(shí)必須注意電機(jī)運(yùn)行方向。

2、將加載壓力調(diào)到與設(shè)定壓力相等（因變頻器設(shè)有下限頻率），這樣防止在卸載狀態(tài)下變頻器加速作無用功。

3、需注意電動機(jī)的散熱問題，電動機(jī)采用變頻進(jìn)行調(diào)速后，轉(zhuǎn)速降低，其電機(jī)風(fēng)扇的散熱效果也要降低。

4、需注意空壓機(jī)的潤滑問題，空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速越低，潤滑油的耗量也就越小，其潤滑效果越差。

5、系統(tǒng)壓力設(shè)定問題在滿足生產(chǎn)工藝的要求下，壓力設(shè)定越低越好，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。

七. 小結(jié)

合康HID600A系列高性能矢量變頻器在空壓機(jī)節(jié)能改造上運(yùn)行良好，有效降低了空壓機(jī)運(yùn)行的耗電量，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少了維護(hù)成本。螺桿空壓機(jī)作為長期提供生產(chǎn)動力源的壓縮設(shè)備，其變頻節(jié)能改造市場前景可觀，合康變頻器在空壓機(jī)上的節(jié)能改造值得廣泛推廣和使用。