螺桿式空壓機變頻節能改造研究

廖凌

摘 要：文章根據在具體生產運用中螺桿式空壓機出現的問題，提供對其實施節能改良的相關技術規劃，實現有效的節能降噪，為安全節能的運轉螺桿式空壓機提供保障。

關鍵詞：螺桿式空壓機；變頻調速；節能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.021

1 螺桿式壓縮機的工作原理

螺桿式壓縮機具有四個操作程序：吸氣、密封和運輸、壓縮、排氣。在殼體內回環往復運動期間，螺桿與殼體的齒勾互相咬合，通過進氣口將空氣和機油吸進來，經過齒溝咬合面的旋轉將油氣密封并運送到排氣口；在傳輸階段內，油氣因為齒溝咬合間縫隙的減小而被壓縮；當齒溝咬合面旋轉到殼體排氣口之時，油氣混合氣體經過高壓被排出機體。圖1演示出單螺桿壓縮機的操作原理：

2 螺桿式壓縮機的控制原理

工程一般將壓力繼電器裝配在后面的管道上，由此運行和支配空氣壓縮機。當開動空壓機時，加載閥為停止狀態，加載氣缸停止運轉，空壓機的進氣口被關閉，開始運行電機空載。當開始運轉空壓機后，若后面裝備具有很大的用氣量，而壓縮的氣壓力在儲氣罐和后面的管道中沒有到達壓力的最高值，就會使空氣器開動加載閥，將進氣口打開，使電機負載運轉，持續提供壓縮器給后面的管道。若后面的用氣裝備不再需要用氣的時候，壓縮氣壓力在后面管道和儲氣罐中持續增大，壓力值到達最高限定值時，壓力控制器就會給出進行卸載的信息，加載閥停止，進氣口被關閉，開始電機空載運轉。

3 螺桿空壓機節能改造

3.1 冷卻系統的節能改造

節能改良之后，普通規模的螺桿空壓機在大多數時間內都運轉于額定功率之下，這個過程中氣量是不高于額定氣量的，產生的熱負荷自然低于額定功率工作條件下生成的熱負荷，要是依舊使用定速風扇來冷卻，也就是依舊使用固定容量的冷水來冷卻及水冷機器，那么壓縮機油就會出現冷卻過度的現象，產生凝水而誘發油乳化現象的出現。因此，進行節能改良螺桿壓縮機的時候要進行整體的考慮，需要同時改造冷卻系統。只有經過這樣的處理，才能保證改造之后的螺桿空壓機安全可靠運行。除此之外，改造冷卻系統的節能效果會更加顯著，這是因為冷卻水泵或者是風扇的負載同功率以及轉速的立方存在正比例關系，由此可見轉速給功率產生的影響。一般情況下，對螺桿壓縮機進行水泵或者是風機系統改造，能夠減少30%左右的能耗。

3.2 確定變頻機工作頻率

在對螺桿空壓機的變頻工作領域進行設定的時候，需要設置合理的頻率最高值和最低值。通過有關研究試驗數據發現，當頻率降低額定功率20%之時，系統工作效率開始顯著降低。從電機的運作特點來說，壓縮機具有恒轉矩性，若電機一直長期運作與額定功率20%以下，工作電流就會始終保持在額定電流周邊。同一時間內，由于一般的異步電機使用的是自冷的方式，因此，也需要十分關注一直運轉在額定功率20%階段時的散熱。75kW的螺桿空壓機在調節工作頻率的時候應當在額定功率的20%-100%。超過75kW的螺桿空壓機，在調節頻率范圍的時候應當在額定功率的30%-100%。

3.3 變頻節能分析

空氣壓縮機中被壓縮空氣的輸出壓力是變頻調速系統的管控目標，閉環恒壓控制體系由變壓器、壓力傳感器、PLC、電動機所構成，工作壓力值在操作面板上直接設定，實際壓力通過傳感器來檢查，將其更換為電流信號后回饋給變頻器，利用內置的PID實施比較計算，由此調整輸出頻率，調整電動機的轉動速度，由此完成對電動機輸出功率的調整目的。因此，只須對電動機的轉動速度進行調整，就能夠調整電動機軸的輸出功率，從而也調整了空氣壓縮機的輸入功率，使其制風量和用風量相符合，實現進行恒壓供氣和節能的目標。其運行流程為用所需的制風量轉為模擬電量去改變輸入電動機運轉，降低電源不必要損耗而達到節能的目的。

3.4 空壓機變頻改造后特性

（1）通過設計特殊的電路和設定參數，使改良后的空氣壓縮機保證不會存在經常出現的故障問題，如機組共振、突發噴油、軸承的溫度太高、出現諧波干擾等，確保空氣壓縮機得以更為安全、穩定的運轉。（2）對系統壓力進行及時跟蹤，按照特別設定的算法對電動機的轉速進行持續的調節，確保固定的輸出壓力。有效的優化機組的運作狀態，使機組加載率有所提升，使大多數時間下的機組都運轉與加載模式下，減少主機荷載變化，使進氣系統構件和主機的使用期限能夠有所延長。（3）讓輸出的壓力處于穩定狀態，由此減少機組的壓力值，使因為設置太高的壓力而出現的不必要的能源消耗得到降低。

（4）電動機實現真正的軟起動，起動電流控制在額定電流之內，改善了星三角起動時對機械元件、電氣元件的強大沖擊，從而極大的降低維護成本。（5）也可以按照空氣壓縮機的油溫的狀態、特定的曲線來調整和控制空氣壓縮機組的散熱系統，避免因為增加了潤滑油含水量而使壓縮機的冷卻效率和機組使用年限受到影響。（6）與全速運轉相比，伴隨降低的電動機運轉速度，能夠極大的減少空氣壓縮機的噪音，此外，因為空氣壓縮機的卸載時間被大幅度縮減，相應的也極大程度上減少了卸載時的放空噪音。（7）具有良好的耐高溫特性，能夠適應最高50℃的環境下達到最大輸出。（8）具有完整的自我診斷和安全防護功效，使供氣安全得到保障。

4 變頻螺桿式空壓機節能改造后的效益分析

以我們公司110KW的螺桿式空壓機為例：

加載運轉空氣壓縮機的電流在改良前是240A，運轉時間為2mIn，卸載時運行電流110A，運行時間4mIn。改良之后，空壓機頻率一般為30至45Hz，運行電流平均120A，沒有卸載時間，基本不會停機。用電量分析：每天工作24h，每月30d。

改造前為W=1.732×I×U×24×30/1000=72661kW/h

改造后為W=1.732×I×U×24×30/1000=56865kW/h

由上可計算出，改造后一臺壓縮機每月可節電W=15796kW/h每度電按0.58元計算，每月節省電費9161元。

參考文獻：

[1]肖鵬.空壓機變頻節能改造方案[J].科技經濟導刊，2016（24）：74.

[2]李軍.試論螺桿空壓機節能改造的技術措施以及經濟效益[J].科技經濟導刊，2017（06）：98.endprint