一、引言
空氣壓縮機(jī)是一種利用電動(dòng)機(jī)將氣體在壓縮腔內(nèi)進(jìn)行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設(shè)備，主要有吸氣、壓縮、作功輸送和排氣四個(gè)主要過(guò)程。已有幾百年的應(yīng)用歷史，在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面也經(jīng)過(guò)了100年的發(fā)展，原理是成熟的，但大容量的空壓機(jī)在工作過(guò)程的帶載啟動(dòng)和泄載一直是一個(gè)難題。在結(jié)構(gòu)上分常見(jiàn)有活塞式、螺桿式、和離心式等。它的用途廣泛，可以用于冶金、機(jī)械制造、礦山、電力、紡織、石油化工等各個(gè)行業(yè)?？諌簷C(jī)占大型工業(yè)設(shè)備(風(fēng)機(jī)、水泵、鍋爐、空壓機(jī)等)耗電量的15%。經(jīng)考察，大部分空壓機(jī)自身存在著以下幾個(gè)缺點(diǎn)：
(1) 當(dāng)輸出壓力大于一定值時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)泄載閥，使異步電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，屬非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。
(2) 異步電動(dòng)機(jī)易頻繁的啟動(dòng)、停止，影響電機(jī)的使用壽命;
(3) 工作條件惡劣，自動(dòng)排空放氣時(shí)噪音極大，造成環(huán)境污染。
(4) 自動(dòng)化程度低，輸出壓力的調(diào)節(jié)是靠人為調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，調(diào)節(jié)速度慢，波動(dòng)大，不穩(wěn)定，精度低;
(5) 空壓機(jī)工頻啟動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)沖擊大，電機(jī)軸承磨損大，設(shè)備維護(hù)量大。
(6)上下限壓力不易調(diào)節(jié)。壓力調(diào)得太小則易造成不斷的起停而燒毀電機(jī)及電磁開(kāi)關(guān);調(diào)節(jié)的太大則易造成管路的高壓力、高的傳送損失、漏氣、管路破裂的危險(xiǎn)，而且壓力范圍太大也無(wú)法滿足現(xiàn)代化工藝要求。
綜上所述，可用VVVF對(duì)現(xiàn)用的空壓機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改造，以建立恒壓供氣系統(tǒng)，從而達(dá)到節(jié)電、減少噪音、降低設(shè)備磨損、減少電網(wǎng)沖擊、提高功率因數(shù)、起到穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的效果。
二、空壓機(jī)變頻改造原理介紹(以螺桿機(jī)為例)
變頻調(diào)速技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，并在許多領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。
由于許多螺桿式空壓機(jī)運(yùn)行方式是加載、減載方式。減載時(shí)電機(jī)空轉(zhuǎn),那么能源都被白白的浪費(fèi)了，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自身不能改變，只能通過(guò)改變電機(jī)頻率來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。變頻控制即通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制空壓機(jī)單位時(shí)間的出風(fēng)量，從而達(dá)到控制管路的壓力。原理如下:通過(guò)壓力變送器測(cè)得的管網(wǎng)壓力值與壓力的設(shè)定值相比較，得到偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器計(jì)算出變頻器作用于異步電動(dòng)機(jī)的頻率值。由變頻器輸出的相應(yīng)頻率和幅值的交流電，使電動(dòng)機(jī)上得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。那么空壓機(jī)輸出相應(yīng)的壓縮空氣至儲(chǔ)氣罐，使之壓力變化，直到管網(wǎng)壓力與給定壓力值相同。
三、空壓機(jī)變頻改造后的效益
3.1 節(jié)約能源
變頻器控制壓縮機(jī)與傳統(tǒng)控制的壓縮機(jī)比較，能源節(jié)約是最有實(shí)際意義的，根據(jù)空氣量需求來(lái)供給的壓縮機(jī)工況是經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀況。
3.2 運(yùn)行成本降低
傳統(tǒng)壓縮機(jī)的運(yùn)行成本由三項(xiàng)組成：初始采購(gòu)成本、維護(hù)成本和能源成本。其中能源成本大約占?jí)嚎s機(jī)運(yùn)行成本的77%。通過(guò)能源成本降低44.3%，再加上變頻起動(dòng)后對(duì)設(shè)備的沖擊減少，維護(hù)和維修量也跟隨降低，所以運(yùn)行成本將大大降低。
3.3 提高壓力控制精度
變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力。使壓縮機(jī)的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配。變頻控制壓縮機(jī)的輸出氣量隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而改變。由于變頻控制電機(jī)速度的精度提高，所以它可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力變化保持在3pisg變化范圍，也就是0.2bar范圍內(nèi)，有效地提高了工況的質(zhì)量。
3.4 延長(zhǎng)壓縮機(jī)的使用壽命
變頻器從0HZ起動(dòng)壓縮機(jī)，它的起動(dòng)加速時(shí)間可以調(diào)整，從而減少起動(dòng)時(shí)對(duì)壓縮機(jī)的電器部件和機(jī)械部件所造成的沖擊，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，使壓縮機(jī)的使用壽命延長(zhǎng)。此外，變頻控制能夠減少機(jī)組起動(dòng)時(shí)電流波動(dòng)，這一波動(dòng)電流會(huì)影響電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電，變頻器能夠有效的將起動(dòng)電流的峰值減少到最低程度。
3.5 低了空壓機(jī)的噪音
根據(jù)壓縮機(jī)的工況要求，變頻調(diào)速改造后，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度明顯減慢，因此有效地降了空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪音。
四、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，由于空壓機(jī)可以在保證生產(chǎn)所需要的最低壓力下運(yùn)行，電機(jī)輸入功率大大下降，輔以壓力閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的供氣壓力與轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)匹配，減少了電機(jī)的實(shí)際輸入功率，達(dá)到節(jié)能目的。即電機(jī)的轉(zhuǎn)速由供氣壓力來(lái)控制，壓縮機(jī)需要多大的功率，電機(jī)就輸出多大的功率，而不必做無(wú)用功，從而取得良好的節(jié)能效果，節(jié)能的第二方面是空壓機(jī)停止了空轉(zhuǎn)，電機(jī)不存在輕載運(yùn)行，這部分能量很可觀。相應(yīng)帶來(lái)的其它好處是：供氣壓力穩(wěn)定，通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器，可使空壓機(jī)保持在設(shè)定的壓力值下工作，壓力穩(wěn)定可靠性高，而且壓力可以無(wú)級(jí)設(shè)定，隨時(shí)可調(diào)。電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，壓縮機(jī)的使用壽命及檢修周期都將得到大大延長(zhǎng)。空壓機(jī)排氣量由空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制，氣缸內(nèi)氣閥片不再反復(fù)地開(kāi)啟和關(guān)閉，閥座、彈簧等工作條件大大改善，避免了高溫、高壓氣體急劇的流動(dòng)與沖擊，維修工作量減少。
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