空压机变频改造技术方案

空压机变频改造技术方案

一、概述

空气压缩机是利用电能将空气压缩使之作为一种动力源的设备,

在工矿企业中应用十分普遍, 配套电动机的容量一般较大，且大多是常年连续运行的，故节能的潜力很大。

目前常见的压缩机有活塞式、螺杆式、离心式，不论哪一种工作方式，压缩机单位时间内产气量是一定的，目前压缩机都采用上下限控制或启停式控制，也就是说，当气缸内的压力达到设定值的上限时，空压机通过本身的压力或油压开关闭进气阀，这种工作方式频繁出现加载卸载，而且对电网、螺杆空压机本身都有极大的破坏性。

二、系统原工频运行概况

1、空压机工作原理简述：

原空压机的运行方式为工频状态。压力采用两点式控制（上、下限控制），也就是当空压机气缸内压力达到设定值上限时，空压机通过本身的油压关闭进气阀，当压力下降到设定值下限时，空压机打开进气阀。生产的工作状况决定了用气量的时常变化，这样就导致了空压机在半载或轻载下运行，或者经常是加载几分钟，卸载几分钟，频繁的卸载和加载，对电动机、空压机和电网造成很大的冲击。再说，空压机卸荷运行时，不产生压缩空气，电动机处于空载状态，其用电量为满负载的60%左右，这部分电能被白白的浪费。

系统在设计时是针对全厂满负荷用气量来设计的，并考虑了富余，

是按最大量来设计的的，而现在的工况是用气量经常变化，且经常在半载下运行，在整个系统运行时存在着严重的“大马拉小车”的现象。为了解决这种现象，节约能源，提高经济效益，有必要对现有系统进行变频改造。

2、原系统工况存在的问题

1）主电机全压起动，起动时的电流很大,会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全，对机械设备的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护工作量大。

2）主电机时常轻载运行，属非经济运行，电能浪费严重。

3）主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。

4）经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的工作压力。

3、拖动系统的特点：

1）机械特性具有恒转矩性质，电机的轴功率PL与转速n 成正比。

2）大多处于长时间连续运行状态，但负载大小常有变动，为连续变动负载。

3）飞轮力矩大，故要求有较大的启动转矩；

4）有自动卸载与装载装置，在自动卸载或装载时，负载将突变。

4、压缩机的主要控制对象是空气的压力,常见的控制方式有：

1）手动调节输入或输出口的阀门开度；

2）用机械方式进行自动卸载与装载控制；

3）通过改变叶片的角度来调节压力或流量。

三、采用变频调速拖动系统必要性

随着电力电子技术的发展，变频器在调速领域中的应用越来越广泛。它具有性能稳定，操作方便，节能效果明显等优点。它是一种较为成熟的高科技产品，越来越受到国内外工程技术人员和管理人员的关注和重视。因此,对空压机进行变频改造具有很高的经济效应和社会效益。

1、从节能的角度看：

由于压缩机不能排除在满负载状态下长时间运行的可能性，所以，只能按最大需求来决定电动机的容量，故设计容量一般偏大。在实际运行中，轻载运行的时间所占的比例是非常高的。如采用变频调速，可大大提高运行时的工作效率。因此，节能潜力很大。

有些调节方式（如调节阀门开度和改变叶片的角度等），即使在需求量较小的情况下，也不能减小电动机的运行功率。采用了变频调速后，当需求量较小的情况下，可降低电动机的转速，减小电动机的运行功率，从而进一步实现节能。

2、从运行质量的角度看：

单电动机拖动系统大多不能根据负载的轻重连续地调节。而采用了变频调速后，则可以十分方便地进行连续调节，能保持压力、流量等参数的稳定，从而大大提高压缩机的工作性能。

3、从减少运行成本方面看

传统压缩机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占压缩机运行成本的77%。通过能源成本降低20%-40%，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低。

4、从提高压力控制精度方面看

变频控制系统具有精确的压力控制能力。使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。不再频繁的加载和卸载，变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制电机速度的精度提高，所以它可以使管网的系统压力变化保持恒定，有效地提高了工况的质量。

5、从延长压缩机的使用寿命方面看

变频器从2HZ起动压缩机，它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。此外，变频控制能够减少机组起动时电流波动，这一波动电流会影响电网和其它设备的用电，变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。

6、从降低噪音，改善工作环境来看

根据压缩机的工况要求，变频调速改造后，电机运转速度明显减慢，有效地降了空压机运行时的噪音，提高了操作工人的工作环境。

四、变频改造后节能分析

变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较，根据空气量需求的

多少来供给的压缩机运行工况，是经济的运行状态，能源节约是最有实际意义的。众所周知，空压机负载为恒转矩负载，其转速n与流量Ｑ、轴功率P的关系为Ｑ１＝Ｑ２（n1/n2）、P1＝P2(n1/n2) 、也就是说流量和功率成正比。

由于实际用气量的变动，假定空压机的运行情况如下：（改造前）在满载下运行的时间为10%，此时电机消耗功率为（P1=P0）；

在70%负载下运行的时间为30%，此时电机消耗功率为

（P2=0.9P0）；

在半载下运行的时间为30%，此时电机消耗功率为（P3=0.85P0）；

在30%负载下运行的时间为20%，此时电机消耗功率为

（P4=0.8P0）；

在空载下运行的时间为10%，此时电机消耗功率为（P5=0.6P0）；

（P0为电机额定功率250KW）。

空压机每日用电量计算如下：

W前=（0.1P1+0.3P2+0.3P3+0.2P4+0.1P5）х24

=（0.1+0.3х0.9+0.3х0.85+0.2х0.8+0.1х0.6）ХP0х24

=（0.1+0.27+0.255+0.16+0.06）ХP0х24

=0.845ХP0х24

=20.28P0（KWh）

假定空压机改造后的运行情况如下：（改造后）