空压机变频改动

螺杆式空压机变频节能改造方案

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；用于自动控制，如车辆制动、酿造业的搅拌；用于制冷和气体分离，如冷冻行业与要用到纯氧纯氮的行业等。在工业农业生产的许多领域，如采矿、石油、化工、制冷、动力和冶金等部门中广泛地使用机。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十分重要的现实意义。

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动速度加快后，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。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化，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．空压机的控制过程

空压机供气系统的控制过程一般为：按下启动按钮，控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离器内的压力。等降压2秒后空压机开始加载运行，系统压力开始上升。如果系统压力上升到压力开关上限值，即起跳压力时，控制器使进气阀关闭，油气分离器放气，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，控制器使进气阀打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机满载运行。

3．天晟生物科技有限公司发酵用空压机原先存在的问题

该厂发酵用空压机为螺杆式，由大tb2台组成，大的一台型号为BLT-120A，排气量16.5㎥／m i n，额定／最大排气压力为0．7／0．75MPa，电机功率为90Kw，电机转速为2970r／m i n。小的一台型号为BLT-50A，轴功率为37KW，容积流量为6.8㎥／rain，额定电压为380V，供气压力为0．7MPa。该空压机的作用是产生高压气体，用于发酵过程用气以及后提取车间吹板。由于在用气过程中造成风量不均衡，空压机供风量一般大于实际用风量，为保持储气压力不变，就必须要采用调节方式。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足工况需求时，就加开小压缩机；而当压缩空气过剩时，就进行放空，能源浪费严重。另外，该空压机组在变频改造前采用星一三角起动，虽为PLC控制，但空压机采用间歇控制运行方式，运行状态很不经济。存在着：(1)大小主电机虽然以星一三角降压起动，但起动电流仍较大，对电网与其他设各造成一定的冲击与影响。(2)大电机时常空载运行，电能浪费较严重。(3)小电机常频繁起动、停止，影响电机使用寿命

(4)主电机工频运行造成空压机运行时噪音很大。针对除尘空压机控制方式欠缺和能耗大等问题，厂里于2012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控制调节系统两方面进行。机械系统方面的改造主要为

改进、优化管道系统等，以降低管网阻力，降低功耗。控制调节系统方面改造主要是选择合理的流量调节方式。目前空压机的流量调节方式一般有压缩机间歇控制运行、吸气调节、气缸卸载、无级变速调节等。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浪费，且会加剧设备磨损，增加了运营成本。目前越来越多的采用无级变速调节，即变频调速技术。通过变频器使电机输入电压的频率变化，控制电机的转速变化，进而控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。这种调节方式可以实现电机转速的连续调节，使空压机在设计的情况下运行，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，创造较好的经济效益，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，采用变频器可通过改变螺杆转子转速的方式来改变排气量，当用气量发生变化时，变频器改变转速的方式调节空压机的排气量，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控制系统方面存在的问题，天晟生物科技有限公司于2012年对其进行了变频节能改造。

2．变频节能分析

(1)变频控制原理

根据异步电动机转速公式：：(1-s)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，所以改变电源频率即可改变电机转速n，从而实现变频调速。

(2)变频节能原理

根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节电机转速，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，使电机转速升高，增加了轴输出功率。因此，变频空压机系统通过压力闭环，可实时跟踪供气系统负载变化，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。避免了原控制方式空压机频繁的加载与卸载，频繁地起动与停机，使得从电网吸收的电能大大下降。(3)变频控制过程

变频调速系统以空压机压缩空气的输出压力作为控制对象，由变频器，压力传感器、PLC、电机组成闭环恒压控制系统，工作压力值由操作面板直接设置，现场压力由传感器来检测，转换成4~20mA电流信号后反馈到变频器，变频器通过内置PI D进行比较计算，从而调节其输出频率，达到调节电机转速，进而调节电机输出功率的目的。由此可见只要调节电机的转速，就可以调节电机轴输出功率，也即调节了空压机的输入功率，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

根据原空压机组控制系统存在的问题并结合生产工艺要求，机组控制系统变频改造后系统应满足

以下要求：

(1)系统应具有变频和工频两套控制回路。

(2)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±0．02MPa。

(3)一台变频器能控制两台空压机组，可用转换开关切换。

(4)根据空压机的工控要求，控制系统应使电动机具有恒转矩运行特性。

(5)控制系统仍由PLC进行控制。

2．控制系统组成框图