空压机变频节能及余热回收方案

节能项目方案设计

1空压机变频节能改造

1.1企业空压机系统基本情况介绍

某某科技（深圳）有限公司共有五台空气压缩机，其中三台用于A栋厂房，两台螺杆式空压机37kW、型号：OGFD37；一台活塞式空压机15kW、型号：AW19008。供A栋厂房冲压车间、自动组装机以及研发部门用气。另外两台螺杆式空压机22kW、型号：OGFD22，供C栋厂房注塑车间、机加工车间、组装、包装车间用气。

1.2空压机变频节能改造分析

一：原空压机系统工况的问题分析

1.主电机虽然以星-角降压起动，但起动时的电流仍然很大，会影响

电网的稳定及其它用电设备的运行安全。

2.主电机时常空载运行，属非经济运行，电能浪费最为严重。

3.主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。

4.主电机工频起动设备的冲击大，电机轴承的磨损大，所以对设备

的维护量大。

空压机节能改造的必要性：

鉴于以上对空压机的原理说明以及目前的工况分析，我们认为对空压机的节能降噪改造是必要的，这样不仅能够节约大量的运行费用，降低生产成本，同时还可以降低空压机运行时产生的噪音，减少设备维护费用。

二：螺杆式空压机的工作原理介绍

单螺杆空压机空气压缩机工作原理，如图1所示为单螺杆空气

压缩机的结构原理图。螺杆式空气压缩机的工作过程分为吸气、密封及输送、压缩、排气四个过程。当螺杆在壳体内转动时，螺杆与壳体的齿沟相互啮合，空气由进气口吸入，同时也吸入机油，由于齿沟啮合面转动将吸入的油气密封并向排气口输送；在输送过程中齿沟啮合间隙逐渐变小，油气受到压缩；当齿沟啮合面旋转至壳体排气口时，较高压力的油气混合气体排出机体。

图1 单螺杆空气压缩机原理图

三：压缩气供气系统组成及空压机控制原理

⑴、压缩气供气系统组成

工厂空气压缩气供气系统一般由空气压缩机、过滤器、储气罐、干燥机、管路、阀门和用气设备组成。如图2所示为压缩气供气系统组成示意图。

图2 压缩气供气系统组成示意图

⑵、空气压缩机的控制原理

工厂的空气压缩机控制系统中，普遍采用后端管道上安装的压力继电器来控制空气压缩机的运行。空压机启动时，加载阀处于不工作态，加载气缸不动作，空压机头进气口关闭，电机空载启动。当空气压缩机启动运行后，如果后端设备用气量较大，储气罐和后端管路中压缩气压力未达到压力上限值，则控制器动作加载阀，打开进气口，电机负载运行，不断地向后端管路产生压缩气。如果后端用气设备停止用气，后端管路和储气罐中压缩气压力渐渐升高，当达到压力上限设定值时，压力控制器发出卸载信号，加载阀停止工作，进气口关闭，电机空载运行。

四：螺杆式空气压缩机变频改造

⑴、空压机工频运行和变频运行的比较

空压机电机功率一般较大，启动方式多采用空载（卸载）星-三角启动，加载和卸载方式都为瞬时。这使得空压机在启动时会有较大

的启动电流，加载和卸载时对设备机械冲击较大；不光引起电源电压波动，也会使压缩气源产生较大的波动；同时这种运行方式还会加速设备的磨损，降低设备的使用年限。

对空压机进行变频改造，能够使电机实现软起软停，减小启动冲击，延长设备使用年限；同时由于电机运行频率可变，实现了空压机根据用气量的大小自动调节电机转速，减少了电机频繁的加载和卸载，使得供气系统气压维持恒定，在一定程度上节约了电能。

⑵、空压机主电路和控制电路的变频改造

空压机采用星-三角启动方式，在其控制电路上有加载继电器。在主电路改造时，将变频器串接进原有的电源进线中；并适当修改控制回路，实现变频器的启停。

图3 空压机电气原理图

⑶、空压机变频改造后的启动和运行方式

空压机变频改造后，电机启动时原有的交流接触器仍然由其控制PLC按星-三角方式动作，但在交流接触器连接为星型时，角形交流接触器的常开触点没有闭合，变频器不启动、无输出；当PLC控制交流接触器转换为三角形接法后，变频器开始空载变频启动电机。当变频器启动电机完成后，变频器自动变频运行。

五、螺杆式空气压缩机变频改造后的工频运行

在考虑变频器发生故障或是检修时，空压机能按原有的工频控制

方式运行，这保证了空压机在变频和工频状态下都可以运行，也使得

改造时可以不用重新编写PLC 程序，为此增加了一套工频、变频自由

切换电路，以方便系统的切换。

图4 工频、变频转换示意图

六、螺杆式空气压缩机变频改造节能分析

如式1所示拉力F 与摩擦力F`大小相等、方向相反，拉力F 在

时间T 内拉动物体做直线运动，移动位移S 。拉力F 在时间T 内作

的功率P 为

v F v F T

S F T W P `=⋅=⋅== （式1） 由数学知识可知线速度v 和旋转角速度ω之间的关系如式2所

示,式中f 为旋转体的旋转频率。 fr r v πω2== （式2）

将式2代入式1可以求得旋转物体摩擦阻力功率如式3所示

fr F r F v F P πω2```=== （式3）

由式3可以知道,克服旋转体的摩擦阻力使旋转体匀速转动,需要向旋转体提供的功率按式3公式计算（忽略机械效率损失，认为η为1）。式3中F`为旋转体的旋转摩擦阻力，r为旋转体的旋转半径，f为旋转体的旋转频率。所以我们可以在忽略空气压缩机机械效率损失，同时忽略空压机机械效率因为电机转速变化而变化的情况下，即始终认为空压机机械效率η为1，可以近似地认为变频器的输出功率与空压机电机的转速成正比，即成一次方正比例关系。

图5 空压机工频运行时的转速/功率-周期示意图

图6 变频运行时的转速/功率-周期示意图

如图5所示是螺杆式空压机工频运行时的转速/功率-周期示意图。t1是空压机加栽运行时间，t2是空压机卸栽运行时间，加栽/卸栽时的转速和功率分别为P1/n1和P2/n2。忽略空压机机械效率η的变化，W1和W2分别为空压机加栽运行时间t1和卸栽运行时间