螺杆式空压机节能改造论文

空压机的电机参数为：额定功率75KW，额定转速2970r/min，额定电流134A。空压机24小时工作，有加载与卸载，加载做有用功，卸载做无用功，加载与卸载电机转速不变。工频运行：用气量大时加载时间为52秒，卸载时间为50秒；用气量小时加载时间为42秒，卸载时间为80 秒；加载时电机线电流最大为140A，线电压为390V；卸载时电机线电流最小为55A，线电压为395V。 空压机气压范围设定在0.55Mpa～0.72Mpa之间，低于0.55Mpa时加载，高于0.72Mpa时卸载。

根椐以上数据分析，该空压机节电空间很大，我们首先给该公司制定的改造方案是恒压供气，控制方式为：用变频器控制空压机电机的转速高低，从而把气压稳定在0.55Mpa～0.58Mpa之间。设定变频器频率特性曲线：0.55Mpa对应45Hz，0.58Mpa对应38Hz，即储气罐压力从0.55Mpa升至0.58Mpa，电机频率从45Hz以平滑曲线降至38Hz，如压力从0.58Mpa降至0.55Mpa，电机频率从38Hz以平滑曲线升至45Hz，成反作用工作。这样储气罐气压始终维持在0.55Mpa～0.58Mpa之间，不会超过0.72Mpa，空压机一直处于加载状态，不卸载。节电率计算：工频工作与变频工作都以最大用气量计算，以1小时工作时间为基准，功率因数忽略不计。工频运行——加载时间t1=3600÷（52＋50）×52≈1835秒，卸载时间t2=3600÷（52＋50）×50≈1765秒。加载用电量W1=1.732UIt1/3600000=1.732×390×140×1835÷3600000≈48.2KW·H，卸载用电量W2=1.732UIt2/3600000=1.732×395×55×1765÷3600000≈18.4KW·H，总用电量W前=W1＋W2=48.2＋18.4=66.6KW·H。变频运行——总用电量W后=1.732UIt/3600000=1.732×315×102×3600÷3600000≈55.6KW·H。节电率ξ=（W前–W后）÷W前×100％=（66.6–55.6）÷66.6×100％≈16.5％。

由于空压机一直在加载，润滑油温度相对来说比有卸载时要高出5～10℃（有卸载时油温最高为85℃，无卸载时油温最高为95℃），这是弊端一；弊端二是螺杆长期处于负荷工作，必定会缩短其使用寿命，增加维修成本，电机同理，也会缩短其使用寿命。

为了解决以上两个弊端，我们通过讨论、研究与摸索，制定了第二套方案：智能供气。同样是用变频器控制空压机电机的转速高低，但控制方式有很大差别。即空压机加载时给变频器一个信号，让电机处于45Hz高频运行，空压机卸载时再给变频器一个信号，让电机处于5Hz（甚至更低）低频运行。

要达到智能供气这个要求，中间涉及到几个问题。如果空压机卸载时电机正处于5 Hz运行中，当储气罐压力低于0.55Mpa时突然加载，电机频率在加载的一瞬间是处于5 Hz运行的，低转速下重负载，这样电流在这一瞬间波动很大，对电机线圈势必有损伤。为了解决这个问题，我们在储气罐上安装了一个电接点压力表，压力表压力下限调节为0.6Mpa，空压机卸载时，压力从0.72Mpa慢慢往下降，当降到0.6Mpa时，电接点触点接通，又给变频器一个信号（给定变频器40Hz频率），让其在0.6Mpa这个点上开始升频，当电机频率升至40Hz时，储气罐压力差不多已降到0.55Mpa，这时电机转速比较高，空压机开始加载的话，电流波动范围很小，对电机线圈就不会有损伤了。为了达到最佳节能效果，我们在控制方式上进行了进一步的优化，因为在0.6Mpa这个点上从5Hz升到40Hz所需要的时间不好控制。如果把变频器加速时间设定为12秒（即变频器从0Hz升到50Hz所需要的时间），车间用气量小时，储气罐压力从0.6Mpa降到0.55Mpa可能需要15秒钟，那么中间差不多有6秒钟电机是处于40 Hz高频运行，这6秒钟就会浪费部分电能，车间用气量大时，储气罐压力从0.6Mpa降到0.55Mpa可能只需要7秒钟，那么电机频率还没到40Hz就开始加载了，电流波动照样比较大。要能达到储气罐压力从0.6Mpa降到0.55Mpa所用的时间与变频器频率从5Hz升到40Hz所用的时间同步的话，那是最节能的。为此我们增设了一个压力传感器，空压机卸载时，让变频器在0.6Mpa这个压力点上的升频幅度由模拟量控制。当压力降到0.6Mpa时，电接点触点接通，给变频器一个信号切换到模拟量控制频率，加载时再把变频器切换到数字量控制频率。设定变频器频率特性曲线：0.55Mpa对应40Hz，0.6Mpa对应5Hz，即空压机卸载时，储气罐压力从0.6Mpa降至0.55Mpa，电机频率从5Hz以平滑曲线升至40Hz，这样不管车间用气量是大是小，压力降得快频率就升得快，压力降得慢频率就升得慢，从而实现了同步，达到最佳节能状态。

第二套方案工作数据：用气量大时加载时间为78秒，卸载时间为54秒；用气量小时加载时间为51秒，卸载时间为80 秒；电机加载时线电流最大为149A，线电压为345V；电机卸载时线电流最小为54A，线电压为43V。润滑油温度加载时最高只有80℃（工频运行时最高为85℃），卸载时最低只有65℃（工频运行时最低为75℃），温度在原来基础上有很大改善。卸载时电机处于低频5Hz运行，速度相当慢，螺杆磨损减少，反而提高了其使用寿命，电机同理，也提高了其使用寿命，同时工作噪音在原来基础上也降低了很多，这样即节能又降损耗，一举两得。

第二套方案节电率计算：同样以最大用气量计算，1小时工作时间为基准，功率因数忽略不计。加载时间t1=3600÷（78＋54）×78≈2127秒，卸载时间t2=3600÷（78＋54）×54≈1473秒。加载用电量W1=1.732UIt1/3600000=1.732×345×149×2127÷3600000≈52.6KW·H，卸载用电量W2=1.732UIt2/3600000=1.732×43×54×1473÷3600000≈1.7KW·H，总用电量W后=W1＋W2=52.6＋1.7=54.3KW·H。节电率ξ=（W前–W后）÷W前×100％=（66.6–54.3）÷66.6×100％≈18.5％。

总结：第二种方案是针对有些公司用气量比较少，空压机卸载时间比较长的场合采用最为节能。如空压机卸载时间非常短（只有10秒左右），最好采用第一种方案才节能。还有一种情况就是生产用气量波动非常大的场合，卸载时间有时很长，有时又很短，这样可以把第一种方案与第二种方案结合起来用，用气量大时自动切换到第一种方案，用气量小的时候自动切换到第二种方案，实时监控智能控制。

                                                                  2010.05.08

                                                                     陈 雄