【壓縮機網】引言

 

　　長期以來，空氣壓縮機（以下簡稱空壓機）一直采用降壓啟動，以工頻恒轉速運行模式進行工作，因選擇空壓機時是根據壓縮空氣最大需要量來確定的。為保證用氣壓力在一定范圍內，空壓機要根據用氣需求量經常改變運行方式。常見的有采用進氣閥門控制的方法，即當管路壓力達到設定壓力上限時，進氣閥門關閉，空壓機處于空載運行，雖然在電動機帶動下運轉，但不輸出壓縮空氣，管路壓力不再上升；當管路壓力達到設定下限時，進氣閥打開，輸出壓縮空氣，管路壓力上升。如此往復，整個運行過程電動機保持運行，但空壓機不時地進入空載運行，出現頻繁起動，造成能源浪費。由于設計時空壓機不能排除在滿負荷狀態(tài)下長時間運行的可能性。所以，只能按最大需求來選擇電動機，故電動機容量一般較大。在實際運行中，輕載運行的時間往往所占的比例是非常高的，這就造成較大的能源浪費。本文就空壓機系統(tǒng)節(jié)能降耗的一些具體途徑進行了探討。

 

　　一、優(yōu)化空氣壓縮系統(tǒng)的設計

 

　　實行空壓站集中供氣，不僅便于管理，節(jié)約投資，還可以提高設備的利用率，更方便地調節(jié)供氣壓力和供氣量，滿足生產的需要。設計時，首先要根據用氣裝置的分布情況，各裝置用氣時間和用氣壓力的情況，盡可能地避免輸送管道過長而引起的較大的阻力損失和泄漏損失，而設計一個或兩個甚至更多的空壓站，實行分片供氣或分片聯網供氣，同時空壓站的位置應該位于該片供氣系統(tǒng)的中心，并盡量離用氣量多的或用氣壓力高的裝置近一些。其次，對輸送管道的設計也要認真對待，盡量做好在沒有障礙物的情況下，管道越短越好；為盡量降低泄漏率，管道鋪設設計時優(yōu)先采用輻射狀而少采用樹枝狀方式輸送壓縮空氣；優(yōu)化保障重點裝置的供氣壓力和供氣量。最后，設計時還應考慮空壓機的運行環(huán)境，盡可能降低吸氣溫度，保障吸氣清潔度，并配備良好的冷卻系統(tǒng)。

 

　　二、變頻調速方式

 

　　1、變頻調速的工作原理

 

　　變頻調速技術是一種以改變電機頻率和改變電壓來達到點擊調速目的的技術，空壓機所使用的電動機通常為交流異步電動機，其輸出轉速為：

 

　　n=60f (1-s)/p ……………………… (1)

　　n—電動機的轉速

　　f—電源的頻率，Hz

　　p—電動機的極對數

　　s—電動機的轉差率，（0-6%）

 

　　由交流異步電動機的轉速公式(1)可知，只要設法改變三相交流電動機的供電頻率f，就能十分方便地改變電動機轉速n。而當轉差率s變化不大時，交流電動機的轉速n基本與f 基本成正比，即當調節(jié)供電頻率時便可調節(jié)異步電機的轉速，這是變頻的理論基礎。因此采用變頻調速器來改變電動機的供電頻率，也就改變了電動機轉速，同時也改變了空壓機氣缸的運動頻率，進而改變了空壓機輸出的氣體壓力，達到調節(jié)空壓機輸出氣體壓力的目的。根據電磁感應原理，在變頻調速時，只要磁通Φ保持不變，則電源頻率f 就與電機定子電壓成正比，那么電機的轉速和輸出功率就隨著電源頻率的變化而變化。當電源頻率減小時，電機的轉速也隨之減小，改變定子側的輸入電壓，即可調節(jié)電動機的頻率，這就是恒壓頻比（v／f）的控制方式。該方法實現起來簡單，便于控制在調速性能要求不是很高的場合，也是目前廣泛采用的一種調速方法。

 

　　空氣壓縮機采用變頻調速技術進行恒壓供氣控制時，系統(tǒng)原理如圖1所示。

 

 

 　　該系統(tǒng)的說明：它以輸出壓力為控制對象，由壓力變送器取出的反饋信號接到本身具有PID調節(jié)功能的變頻器上，與預設的壓力給定信號進行比較，經PID調節(jié)后綜合信號接到變頻器的輸入給定端，從而按壓力的變動量決定電機M的工作頻率和轉速的大小，實現變頻調節(jié)的方式。

 

　　2、變頻調速節(jié)能分析

 

　?。?）恒轉矩負載類應用

 

　　恒轉矩負載即不管轉速如何變化，負載轉矩是恒定的。其公式如下:

 

　　P=K×T×n……………………………… (2)

 

　　式中：P為軸功率，K為系數，T為負載轉矩， n為轉速。

 

　　從公式(2)可以看到，軸功率與電機的轉速成正比。應用變頻調速技術后，如當由于工藝的需要而降低電機轉速n至額定轉速的80％時，相應的電能消耗降低為原來的80％。

 

　?。?）變轉矩負載類應用

 

　　通過流體力學的基本定律可知：風機、泵類、壓縮機設備均屬變轉矩負載，其轉速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關系：Q∝n，H∝n2， P∝n3；也就是說，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。當電機轉速稍有下降時，軸功率將大幅下降。如當流量為額定流量的80％時，Pn僅為0.51Pe，即電機軸功率僅為額定功率的51％，下降近一半。因而當變頻器應用于風機、水泵、壓縮機等負載，當流量有變化時就能夠節(jié)能，且節(jié)能效果非常顯著。

 

　　三、余熱回收原理

 

　　對于空壓機來說，其輸入能源的80％左右將轉化為熱能，如果根據相應類型空壓機的結構和原理，適當地進行改造，將其熱量回收，就可以變廢為寶，將原本排入環(huán)境的熱量收集利用，減少用于其他用途加熱的燃料消耗量。熱回收原理如圖2所示。

 

 

 　　基于余熱回收的原理，我們通過在空壓機的油路中增加換熱器及相應的控制裝置，將全部或部分原本由油冷卻器排風扇帶走的熱量收集起來，對冷水進行加熱，從而減少了原先加熱所需的能源。冷卻器進口油溫大概為85～100℃，通過安裝相應的換熱器，使用逆流換熱和合適的油溫和水溫控制措施，將出口水溫提高到65～80℃，同時保證壓縮機的正常運行。具體的熱回收系統(tǒng)流程如圖3所示。
 

 

　　四、提高空壓機的運行效率

 

　　提高空壓機運行效益的關鍵，是提高空壓機的排氣量。影響空壓機排氣量的因素很多，通過運行實踐，可以從下面幾方面著手，取得很明顯的效果。

 

　　1.保證良好的吸氣環(huán)境和冷卻條件。加強吸氣點的通風，定期清洗更換吸氣過濾網，既能減少阻力又能有效地阻止大氣中的粉塵進入氣缸，防止粉塵加劇活塞環(huán)與氣缸的磨損和破壞氣閥的氣密性而造成的內漏。因為任何一級的吸氣溫度提高1℃，排氣量就減少2％左右，而功率并不減少，所以冷卻水最好采用經加氯、加藥處理的循環(huán)水或軟化水，保證熱交換器的冷卻效果，并確?？諌簷C所需的冷卻水量和水壓。

 

　　2.搞好維護保養(yǎng)，合理確定維修周期，嚴格要求維修質量。定期清洗空氣過濾網、空壓機冷卻系統(tǒng)，定期修理或更換氣閥、活塞環(huán)和填料環(huán)；并由專業(yè)技術人員進行維修質量檢查，確檢修后氣缸余隙容積控制在合理范圍內，確?；钊h(huán)的裝配質量和氣閥的維修質量。

 

　　3.加強運行管理，將檢查落實到實處。操作人員要求對各級冷凝器、各輔助設備及時排水、排油和排塵，確保各吹除閥不漏氣；要及時檢查和調節(jié)冷卻水水壓和水量，保證冷卻水進出水溫差大于10℃，中間冷卻器出口氣溫小于40℃；要仔細檢查各氣閥工作狀態(tài)，發(fā)現問題及時處理或匯報。

 

　　空氣壓縮系統(tǒng)的節(jié)能降耗，直接影響企業(yè)的生產成本和投資效益，通過優(yōu)化空氣壓縮系統(tǒng)設計，采用變頻調速技術和余熱回收技術，加強對空氣壓縮系統(tǒng)運行管理，提高空壓機的運行效益和加強對空壓機的維護保養(yǎng)等措施，我們可以取得十分明顯的節(jié)能效果。

 

　　參考文獻

 

　　[1]李鋒,許全錄,孫敬榮.變頻調速技術在空壓機上的應用[J].煤礦安全,2000(5):14-15.

　　[2]王應來,張利平,尤磊.變頻調速技術在往復式壓縮機上的應用[J].煤氣與熱力,2000(11): 426-427.

　　[3]歐陽焰嘯.關于空壓機節(jié)能方法的探索[J]. 環(huán)境保護,2009(5):58-60. 

　　[4]李文華,李蕊蕊,張益祥.改善空壓機運行的節(jié)能技術[J].煤礦機械,2007,28(8):173-l74.

　　[5]洪天星.空壓機的變頻調節(jié)技術[J].壓縮機技術,2006,( 8):27-29.

　　[6]陳宏鈞.活塞式壓縮機使用技術手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1992.