行業(yè)應(yīng)用
空壓機(jī)應(yīng)用概述
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。它的用途廣泛，可以用于冶金、機(jī)械制造、礦山、電力、紡織、石油化工等各個(gè)行業(yè)。空壓機(jī)占大型工業(yè)設(shè)備(風(fēng)機(jī)、水泵、鍋爐、空壓機(jī)等)耗電量的15%。經(jīng)考察，大部分空壓機(jī)自身存在著以下幾個(gè)缺點(diǎn):
(1) 當(dāng)輸出壓力大于一定值時(shí)，自動(dòng)打開泄載閥，使異步電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，嚴(yán)重浪費(fèi)能源；
(2) 異步電動(dòng)機(jī)易頻繁的啟動(dòng)、停止，影響電機(jī)的使用壽命；
(3) 自動(dòng)化程度低，輸出壓力的調(diào)節(jié)是靠人為調(diào)節(jié)閥的開度來實(shí)現(xiàn)的，調(diào)節(jié)速度慢，波動(dòng)大，不穩(wěn)定，精度低；
(4) 空壓機(jī)工頻啟動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)沖擊大，電機(jī)軸承磨損大，設(shè)備維護(hù)量大。
傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)電能浪費(fèi)分析
傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)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(shí)的電能消耗
加載狀態(tài)是，在壓力達(dá)到最小值后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì)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(jìn)入氣動(dòng)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(gè)耗能過程。
(2) 卸載時(shí)電能的消耗
空載狀態(tài)時(shí)，當(dāng)壓力達(dá)到壓力最大值時(shí)，空壓機(jī)通過如下方法來降壓卸載:關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)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(fèi)。據(jù)我們測(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%～25%,這還是在卸載時(shí)間所占比例不大的情況下。換而言之，該空壓機(jī)20%左右的時(shí)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(jī)電機(jī)存在很大的節(jié)能空間。
傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)的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(jī)輸出壓力的下限，也就是空壓機(jī)開始加載的壓力；再在最低壓力上加1帕左右，作為空壓機(jī)輸出壓力的上限，即開始卸載的壓力?？諌簷C(jī)的輸出工作壓力將在上下限之間波動(dòng)?？諌簷C(jī)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%。
在傳統(tǒng)供氣空壓機(jī)系統(tǒng)中，如果有多臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)運(yùn)行，每臺(tái)空壓機(jī)的輸出壓力都將隨著管網(wǎng)的壓力波動(dòng)而在上下限之間波動(dòng)，所以每臺(tái)機(jī)都多消耗7-10%的額定功率。
傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)中運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定不同也會(huì)造成空壓機(jī)用電量的不同，必須根據(jù)用氣工況進(jìn)行設(shè)定，才能達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行效果。
傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)由于電機(jī)不允許頻繁啟動(dòng)，導(dǎo)致在用氣量少的時(shí)候電機(jī)仍然要空載運(yùn)行，浪費(fèi)電能。經(jīng)常卸載和加載導(dǎo)致整個(gè)氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化，不能保持恒定的工作壓力。
(1) 加載時(shí)的電能消耗
加載狀態(tài)是，在壓力達(dá)到最小值后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì)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(jìn)入氣動(dòng)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(gè)耗能過程。
(2) 卸載時(shí)電能的消耗
空載狀態(tài)時(shí)，當(dāng)壓力達(dá)到壓力最大值時(shí)，空壓機(jī)通過如下方法來降壓卸載:關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)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(fèi)。據(jù)我們測(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%～25%,這還是在卸載時(shí)間所占比例不大的情況下。換而言之，該空壓機(jī)20%左右的時(shí)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(jī)電機(jī)存在很大的節(jié)能空間。
傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)的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(jī)輸出壓力的下限，也就是空壓機(jī)開始加載的壓力；再在最低壓力上加1帕左右，作為空壓機(jī)輸出壓力的上限，即開始卸載的壓力?？諌簷C(jī)的輸出工作壓力將在上下限之間波動(dòng)?？諌簷C(jī)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%。
在傳統(tǒng)供氣空壓機(jī)系統(tǒng)中，如果有多臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)運(yùn)行，每臺(tái)空壓機(jī)的輸出壓力都將隨著管網(wǎng)的壓力波動(dòng)而在上下限之間波動(dòng)，所以每臺(tái)機(jī)都多消耗7-10%的額定功率。
傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)中運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定不同也會(huì)造成空壓機(jī)用電量的不同，必須根據(jù)用氣工況進(jìn)行設(shè)定，才能達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行效果。
傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)由于電機(jī)不允許頻繁啟動(dòng)，導(dǎo)致在用氣量少的時(shí)候電機(jī)仍然要空載運(yùn)行，浪費(fèi)電能。經(jīng)常卸載和加載導(dǎo)致整個(gè)氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化，不能保持恒定的工作壓力。
空壓機(jī)的工作原理
螺桿式空壓機(jī)的工作原理圖如圖1所示，空氣經(jīng)空氣過濾器和吸氣調(diào)節(jié)閥而吸入，該調(diào)節(jié)閥主要用于調(diào)節(jié)氣缸、轉(zhuǎn)子及滑片形成的壓縮腔，陰、陽轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)相對(duì)于氣缸里偏心方式運(yùn)轉(zhuǎn)?；惭b在轉(zhuǎn)子的槽中，并通過離心力將滑片推至氣缸壁，高效的注油系統(tǒng)能夠確保壓縮機(jī)良好的冷卻及潤滑油的最小舒適耗量，在氣缸壁上形成的一層薄薄的油膜可以防止金屬部件之間直接接觸而造成磨損。經(jīng)壓縮后的空氣溫度較高，其中混有一定的油氣，經(jīng)過油氣分離器進(jìn)行分離之后，油氣經(jīng)過油冷卻器冷卻再經(jīng)過油過濾器流回儲(chǔ)油罐，空氣經(jīng)過氣冷卻器(空氣冷卻裝置)進(jìn)行冷卻而進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。
空壓機(jī)改造原理
（1）、出氣口釋放閥全部關(guān)閉，取消用出氣口釋放閥調(diào)節(jié)供氣量方式，以避免由此導(dǎo)致的電能浪費(fèi)。代之以變頻器調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)整氣體流量，使電機(jī)輸出的功率與流量需求基本上成正比關(guān)系，始終使電機(jī)高效率工作，以達(dá)到明顯的節(jié)電效果。例如當(dāng)用氣量是額定供氣量的50%時(shí)，節(jié)電率可達(dá)40%以上；
（2）、利用變頻器的節(jié)能模式，可使電機(jī)在輕載時(shí)以最高效率運(yùn)行，減少不必要的電能損耗；
（3）、根據(jù)嚴(yán)格的EMS標(biāo)準(zhǔn)，高效的PWM變頻器使用高速低耗的IGBT，降低諧波失真和電機(jī)的電能損失。
（4）、可使電機(jī)起動(dòng)、加載時(shí)的電流平緩上升，沒有任何沖擊；可使電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟停，避免反生電流造成的危害，有利于延長設(shè)備的使用壽命；避免因電流峰值帶來的電力公司的罰款；
（5）、采用變頻控制系統(tǒng)后，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供氣管路中氣體的壓力，使供氣管路中的氣體的壓力保持恒定，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；
（6）、由于電機(jī)在高效率狀態(tài)下運(yùn)行，功率因數(shù)較高，降低了無功損耗，節(jié)約了大量電能。
（2）、利用變頻器的節(jié)能模式，可使電機(jī)在輕載時(shí)以最高效率運(yùn)行，減少不必要的電能損耗；
（3）、根據(jù)嚴(yán)格的EMS標(biāo)準(zhǔn)，高效的PWM變頻器使用高速低耗的IGBT，降低諧波失真和電機(jī)的電能損失。
（4）、可使電機(jī)起動(dòng)、加載時(shí)的電流平緩上升，沒有任何沖擊；可使電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟停，避免反生電流造成的危害，有利于延長設(shè)備的使用壽命；避免因電流峰值帶來的電力公司的罰款；
（5）、采用變頻控制系統(tǒng)后，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供氣管路中氣體的壓力，使供氣管路中的氣體的壓力保持恒定，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；
（6）、由于電機(jī)在高效率狀態(tài)下運(yùn)行，功率因數(shù)較高，降低了無功損耗，節(jié)約了大量電能。
（7）、保存原釋放閥系統(tǒng)，在必要時(shí)可參加調(diào)節(jié)，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。
總之，采用恒壓供氣智能控制系統(tǒng)后，不但可節(jié)約30～40%的電力費(fèi)用，延長壓縮機(jī)的使用壽命，并可實(shí)現(xiàn)恒壓供氣的目的，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量
總之，采用恒壓供氣智能控制系統(tǒng)后，不但可節(jié)約30～40%的電力費(fèi)用，延長壓縮機(jī)的使用壽命，并可實(shí)現(xiàn)恒壓供氣的目的，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量
變頻改造方案設(shè)計(jì)原則
原供氣系統(tǒng)介紹
某煉油廠聚丙烯供氣系統(tǒng)共有四臺(tái)37kW空壓機(jī)，如下圖二，是原聚丙烯空壓機(jī)供氣系統(tǒng)工作流程圖，采用三臺(tái)空壓機(jī)工頻供電運(yùn)行，另一臺(tái)空壓機(jī)作備用。
存在問題是由于工作空壓機(jī)是用工頻供電運(yùn)行，始終處于滿負(fù)荷運(yùn)行，趕產(chǎn)量用氣高峰時(shí)有氣壓偏低現(xiàn)象；用氣低谷時(shí)，特別是節(jié)假日休息時(shí)，供氣壓量特別大（該煉油廠聚丙烯供氣系統(tǒng)24小時(shí)運(yùn)行）。容易損壞排氣閥門或氣管爆裂，同時(shí)浪費(fèi)了電能，降低了設(shè)備使用壽命。希望恒壓供氣，三臺(tái)聚丙烯空壓機(jī)均衡工作運(yùn)行。
