空壓機節能改造

一.概述

壓縮空氣是工業領域中應用最廣泛的動力源之一。由於其具有安全、無公害、調節性能好、輸送方便等諸多優點，使其在現代工業領域中應用越來越廣泛。但要得到品質優良的壓縮空氣需要消耗大量能源。在大多數生產型企業中，壓縮空氣的能源消耗占全部電力消耗的10%—35%。

根據行業調查分析，空壓機系統5年的運行費用組成：系統的初期設備投資及設備維護費用占到總費用的23%，而電能消耗（電費）占到77%，幾乎所有的系統浪費最終都是體現在電費上。

根據對全球范圍內各個行業的空氣系統進行評估，可以發現：絕大多數的壓縮空氣系統，無論其新或舊，運行的效率都不理想—壓縮空氣泄漏、人為用氣、不正確的使用和不適當的系統控製等等均會導致系統效率的下降，從而導致客戶大量的能耗浪費。據統計，空氣系統的存在的系統浪費約15—30%。這部分損失，是可以通過全麵的系統解決方案來消除的。

二、空壓機節能改造分析

2.1空壓機加、卸載供氣控製方式存在的問題

（1）空壓機加、卸載供氣控製方式的能源浪費

空壓機加、卸載供氣控製方式使得壓縮氣體的壓力在Pmin~Pmax之間來回變化。其中，Pmin為能夠保證用戶正常工作的最低壓力值；Pmax為設定的最高壓力值。一般情況下，Pmin和Pmax之間的關系可用下式表示: Pmax =(1+ )Pmin,式中，的數值數值大致在10%~25%在之間。

若采用變頻調速技術連續調節供氣量，則可將管網壓力始終維持在能滿足供氣的工總壓力上，即等於Pmin的數值。

由此可見，加、卸載供氣控製方式浪費的能量主要在三個部分：

1）壓力超過Pmin所消耗的能量

當儲氣罐中空氣壓力達到Pmin後，加、卸載供氣控製方式還要使其壓力繼續上升，直到Pmax。這一過程中需要電源提供壓縮機提供能量，從而導致能量損失。

2）減壓消耗的能量

氣動元件的額定氣壓在Pmin左右，高於Pmin的氣體在進入氣動元件前，其壓力需要經過減壓閥減壓至接近Pmin。這一過程同樣是一個能耗過程。

3）調節方法不合理所消耗的能量

通常情況下，當壓力達到Pmax時，空壓機通過如下方法來降壓卸載：關閉進氣閥使空壓機不需要再壓縮氣體做功，但空壓機的電動機還是要帶動螺桿做回轉運動，據測算，空壓機卸載時的能耗約占空壓機滿載運行時的10%~15%，在卸載時間段內，空壓機在在做無用功，白白地消耗能量。同時將分離罐中多餘的壓縮空氣通過放空閥放空，這種調節方法也要造成很大的能量浪費。

（2）加、卸載供氣控製方式的其他損失

1）靠機械方式調節進氣閥，使供氣量無法連續調節，當用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免地產生較大幅度的波動，從而使供氣壓力精度達不到工藝要求，就會影響產品質量甚至造成廢品。再加上頻繁調節進氣閥，會加速進氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。

2）頻繁地打開和關閉放氣閥，會導致放氣閥的壽命大大縮短。

2.2空壓機變頻調速機理

空壓機是一種把空氣壓入儲氣罐中，使之保持一定壓力的機械設備，屬於恒轉矩負載，其運行功率與轉速城正比，即

PL=。式中，PL為空壓機的功率；TL為空壓機的轉矩；nL為空壓機的轉速。

所以單就運行功率而言，采用變頻調速控製器節能效果遠不如風機泵類二次方負載顯著，但空壓機大多處於長時間連續運行狀態，傳統的工作方式為進氣閥開、關控製方式，即壓力達到上限時關閥，壓縮機進入輕載運行；壓力達到下限時開閥，壓縮機進入滿載運行。這種頻繁地加減負荷過程，不僅使供氣壓力波動，而且是空氣壓縮機的負荷狀態頻繁的變換。由於設計時壓縮機不能排除在滿負荷狀態下長時間運行的可能性，所以隻能按最大需求來選擇電動機的容量，故選擇的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，這就造成巨大的能源浪費。

值得指出的是，供氣壓力的穩定性對產品質量的影響是很大的，通常生產工藝對供氣壓力有一定要求，若供氣壓力偏低，則不能滿足工藝要求，就可能出現廢品。所以為瞭避免氣壓不足，一般供氣壓力較要求值要偏高一些，但這樣會使成本高、能耗大，同時也會產生一定的不安全因素。

2.3、空壓機的控製過程

氣量調節系統

變頻壓縮機的氣量調節系統的根本目的是通過改變壓縮機的排氣量來保障壓縮機輸出端氣壓穩定。

客戶用氣量是動態變化的，這種變化將導致管線壓力的波動，變頻壓縮機通過改變電機的轉速來控製壓縮機的排氣量，以匹配用戶用氣量的變化，保障管線壓力穩定。

每款變頻機組根據主機功率及額定壓力的不同，變頻器最大輸出頻率（即電機最高轉速）的限定值也會有所差別。當客戶用氣量大於或等於機組的額定排氣量時，變頻機組將在最高輸出頻率（即滿負荷狀態）下運行；當用氣量小於額定排氣量時，變頻機組將通過降低變頻電機的頻率從而降低主機轉速，相應降低排氣量；當客戶停止用氣時，變頻電機的頻率降至最低，同時進氣閥關閉，停止進氣，機組將在較低的背壓下運行，處於空載狀態。

以下通過變頻壓縮機運行中的三種不同狀態來說明氣量調節系統的功能，為簡單起見，選用一臺工作壓力在100 psig(7bar)，上限壓力為110 psig (7.7 bar)之間的壓縮機來說明。其它型號的變頻壓縮機除工作壓力控製壓力點不同外，其控製原理都是一樣的。

起動---0至50 psig (0～3.5 bar)

按下起動按鈕，變頻電機從靜止一直加速至最低頻率運行，油氣分離器中壓力迅速建立，壓縮空氣通過控製管路關閉進氣閥。壓縮機輕載起動，在此過程中，卸載電磁閥失電，進氣閥靠吸氣真空作用微微打開，機組空載運行。

氣量調節---工作壓力在100 psig(7bar)

當達到設定時間後，卸載電磁閥通電，進氣閥全開，機組從起動狀態自動切換至氣量調節狀態，變頻器輸出頻率上升（如果此時排氣壓力超過100P sig(7bar)，機組仍將以最低頻率運行）。

分離罐內壓力從0升到50 psig (0-3.5 bar)期間，最小壓力閥關閉，壓縮空氣與供氣管斷開，保證瞭潤滑油的流動壓力；最小壓力閥的設定壓力一般在50 psig (3.5 bar)左右。系統壓力超過50 psig (3.5bar)後，最小壓力閥打開，壓縮空氣進入供氣管。

若所需氣量高於額定排氣量，排氣壓力下降，當低於100 psig (7bar)時，變頻電機將通過提高頻率的方式，增加排氣量。若所需氣量低於額定排氣量，排氣壓力上升，當超過100psig (7bar)時，變頻電機將通過降低頻率的方式，減少排氣量。

用戶用氣量恒定時，機組的實際工作頻率也將最終穩定在最低頻率與最高頻率范圍內的某一點。用氣量越多，實際工作頻率越高；用氣量越少，實際工作頻率越低。

在安裝有螺旋閥的機組上，當變頻電機以最低頻率運行而系統壓力仍繼續上升時，螺旋閥調節機構開始工作，進一步降低壓縮氣量，降低機組排氣量，從而穩定系統壓力和降低能耗。

卸載---壓力超過110 psig (7.7 bar)

當用戶所需氣量減少或停止用氣時，管線壓力將上升，變頻器的輸出頻率開始下降，壓力上升速率越快，變頻器的輸出頻率也下降越快。當壓力超過設定值110 psig (7.7bar)時（此時變頻電機的頻率已降至最低），電腦板發出卸載指令，使卸載電磁閥失電，關閉進氣閥，打開放空閥，進入卸載狀態，此時機器在較低的背壓和最低頻率下運行，以減少能耗。

如果此時電腦板是在手動模式下運行，機器會一直處在卸載運行模式下運行，直到管線壓力下降到100 psig(7bar)以下時，電腦板將給卸載電磁閥通電，放空閥關閉，進氣閥打開重新吸氣，機組進入氣量調節模式。

如果此時電腦板是處在自動運行模式，機組保持卸載運行到規定的時間之後將會自動停機，一旦用戶管線壓力降至100 psig(7bar)以下，壓縮機將自動再啟動進入氣量調節模式。

三、產品的特點

我公司進行的空壓機節能改造，是在充分瞭解各種空壓機工作原理的基礎上，根椐各種空壓機的不同的控製方式，製定出相應的控製方案，有針對性的編寫控製程序，設計控製電路。改造後，可實現與空壓機本身的控製系統完全融合，空壓機的操作方式仍舊可通過空壓機上的啟動和停止按鈕實現對整個系統的控製，即當按啟運按鈕時，節能控製系統也同時啟動，當按停止按鈕時，節能控製系統也停止，而且一旦變頻系統出現故障，系統會自動完全停止空壓機的工作，直到轉至工頻運行。根椐空壓機原工況並結合生產工藝的要求，對空壓機進行變頻技術改造後，系統

n 施工簡單：隻需4步即可完成（對施工人員的隻需簡單培訓即可）；

n 操作便捷：隻需設置5個參數，即可完成；

n 工頻/變頻模式可選：在變頻模式下恒壓、節能，在工頻模式下作為安全備用；

n 使用方便、智能：（標準機配備7寸彩色觸摸屏）

設定、顯示直觀便捷
有壓力、功率動態曲線顯示（用於觀察壓力、功率變化趨勢）
有電能統計功能，在工頻和變頻模式下皆可統計，方便對比節能
電氣櫃中裝有氣壓傳感器，把空壓機出氣管並接接到電氣櫃上即可

四、產品安裝

第一步：拆下原工頻空壓機上的3根電源進線，把這三根線接到變頻櫃電源進線上；

把變頻櫃電源出線接到空壓機的電源進線上；

第二步：把變頻櫃輔助電源線接到空壓機上；

第三步：把空壓機加載閥2根線並接到變頻櫃上；

註意：加載閥如果是AC200V的，電氣櫃中的KA5用220V

繼電器，如果是DC24V的，KA5用DC24繼電器；

（默認KA5是220V繼電器）

第四步：把空壓機的△接觸器輔助觸點接到變頻櫃上；

第五步：把空壓機的出氣管並接一根到電氣櫃的進氣孔上；

附圖

附圖一：改造前空壓機電氣示意圖

附圖二：改造聯接線線示意圖

五、設置參數及觸摸屏操作畫面：

按開始按鈕進入“主畫面”

按參數開始設定參數（把“變頻/工頻”選擇開關；選擇到“變頻”）

設定使用壓力

在“主畫面”中，按“能耗測定”按鈕進入，“電能測定”畫面

選擇“統計允許”，開始統計電能；按下“復位開始”，把當前電能清零，並把“當前時間”設為“起始時間”；

¾在主畫面下，按下“故障記錄”，顯示故障記錄信息；

六、電氣櫃麵板說明

n 變頻/工頻：3位選擇開關；選擇到右邊“工頻”位置時，空壓機工作在工頻狀態，

“工頻狀態”指示燈亮起；選擇到左邊“變頻頻”位置時，空壓機處於變頻狀態，“變頻狀態”指示燈亮起；

n 變頻運行：指示燈；當變頻器處於運行狀態時，亮起；

n 變頻故障: 指示燈；當變頻器出現故障時，亮起；故障信息參考觸摸屏；

n 急停：按鈕；當出現緊急狀況時，用於斷電空壓機；非緊急慎用；

n 休眠狀態：當用氣量減少，到達休眠點，計時開始，計時到開始休眠，燈亮起；

n 觸摸屏：顯示、設定參數信息；

n 電氣櫃側麵有氣管接頭，用於測定空壓機出口壓力；

七、試運轉：

第一步：檢查輔助電源相序，上電後如果原空壓機控製器報警提示“相序錯誤”，調換3根輔助電源線中的任意2根；
第二步：檢驗變頻模式下的電機轉向是否正確；把模式開關選擇到“變頻”位置，一人啟動空壓機，一人看電機方向，若方向反瞭，立即停機，把空壓機的3根電源進線中，對換其中任意2根線；
第三步：校驗工頻模式下的電機轉向是否正確；把模式開關選擇到“工頻”位置，一人啟動空壓機，一人看電機方向，若方向反瞭，立即停機，把電氣櫃的3根電源進線中，對換其中任意2根線；