空氣壓縮機(jī)變頻改造

李金林

空氣壓縮機(jī)變頻改造

李金林

為進(jìn)一步做好節(jié)能降耗工作、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益,針對空氣壓縮機(jī)的工作特點(diǎn),武漢武新新型建材股份有限公司對空壓機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了變頻改造,有效地實(shí)現(xiàn)了節(jié)能,并降低了生產(chǎn)成本,具有一定的推廣價(jià)值。

武漢武新新型建材股份公司是一家以磨細(xì)高爐礦渣粉、礦渣水泥的開發(fā)、生產(chǎn)、加工的綠色環(huán)保企業(yè)。空氣壓縮機(jī)是武漢武新新型建材股份公司重要設(shè)備之一,它生產(chǎn)壓縮空氣,用以礦粉生產(chǎn)、收集、發(fā)貨。全公司共有空壓機(jī)5臺(tái)，每臺(tái)功率為200kw，平時(shí)至少開3臺(tái)備用2臺(tái)，為24小時(shí)不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，因此是“用電大戶”。空壓機(jī)的加、卸載供氣控制方式為進(jìn)氣閥開關(guān)控制方式;采用“星—三角”降壓啟動(dòng),起動(dòng)時(shí)對設(shè)備的沖擊大，所以設(shè)備維護(hù)量大；起動(dòng)時(shí)的電流也很大，影響其它用電設(shè)備的運(yùn)行安全；而且空壓機(jī)是連續(xù)運(yùn)行，電機(jī)本身不能調(diào)速,電能浪費(fèi)巨大。

空壓機(jī)變頻節(jié)能原理

由流體力學(xué)三定律可知，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速立方成正比。通過改空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)壓縮空氣流量，而閥門的開度保持最大開度。

Q1/Q2=n1/n2H1/H2=(n1/n2)^2P1/P2=(N1/N2)^3

式中：Q—風(fēng)量 ;：H—壓力 ;：P—電機(jī)功率;n—電機(jī)轉(zhuǎn)速。

由上式可知，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速：降至額定轉(zhuǎn)速的80%，則空壓機(jī)供給管網(wǎng)風(fēng)量降為80%，管網(wǎng)壓力降為（64%），電消耗功率則降為（51.2%），去除電機(jī)機(jī)械損耗和電機(jī)銅、鐵損耗等影響，節(jié)能效率也接近40%，這就是調(diào)速節(jié)能的原理所在。

因?yàn)榻涣麟妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與供電頻率f有以下關(guān)系:n=60f(1-s)/p式中：

n—電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,r/min;f—電動(dòng)機(jī)的頻率,Hz;p—電動(dòng)機(jī)磁極對數(shù);S—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率。

改變電機(jī)頻率f即可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n。變頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),并達(dá)到高效率、高性能的節(jié)能目的。

空壓機(jī)變頻改造方式

針對空壓機(jī)原有運(yùn)行方式的缺點(diǎn),武新公司對空壓機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了變頻改造，如圖所示

為達(dá)到最佳的性價(jià)比，降低改造費(fèi)用，采用一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)空壓機(jī)的方案,壓力變送器反饋壓力至變頻器，與壓力給定值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使實(shí)際壓力始終維持在給定壓力，以達(dá)到節(jié)能的目的。整個(gè)控制過程如下：

用氣需求↑——管路氣壓↓——壓力設(shè)定值與返饋值的差值↑——PID輸出↑——變頻器輸出頻率↑——空壓機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速↑——供氣量↑——管路氣壓趨于穩(wěn)定

具體改造方式為：改造前空壓機(jī)全部是采用“星—三角”降壓啟動(dòng)，工頻50hz運(yùn)行；正好公司有三臺(tái)閑置的國產(chǎn)200kw的AMB變頻器，不用花費(fèi)太大的代價(jià)就可以對空壓機(jī)進(jìn)行變頻改造。正常情況下，空壓機(jī)在變頻調(diào)速方式下工作；變頻器一旦出現(xiàn)故障，由于正常生產(chǎn)是不允許空氣壓縮機(jī)停機(jī)的，因此，系統(tǒng)設(shè)置了工頻與變頻切換功能，這樣當(dāng)變頻器出現(xiàn)障時(shí)，可由工頻電源通過接觸器直接供電，使空氣壓縮機(jī)照常工作。

另外，采用變頻控制方案后，空壓機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)時(shí)的大電流給電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊和對空壓機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械沖擊，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，使壓縮機(jī)的使用壽命延長及檢修周期都得到了大大延長,運(yùn)行成本將大大降低。由于空壓機(jī)轉(zhuǎn)速降低，使得產(chǎn)生的噪音也有所降低。

節(jié)約電費(fèi)收益：改造前空壓機(jī)工作電流為325A左右；改造后空壓機(jī)平均電流為265A左右。

3臺(tái)空壓機(jī)每月用電量計(jì)算如下:

W=3UIcosΦ

W 前 =3×(3×220×325×0.85)×24×30÷1000=393822(kWh)

W 后 =3×(3×220×265×0.85)×24×30÷1000=321116.4(kWh)

每月節(jié)省電量=W前-W后=72705.6(kWh)

電費(fèi)按0.7元/kWh計(jì)算,則每月可節(jié)省電費(fèi) =72705.6×0.7=50893.92(元 )，由于不需要另外購買變頻器，一個(gè)月就可收回改造的費(fèi)用。改造后，3臺(tái)空壓機(jī)一年即可節(jié)省電費(fèi)約60萬元，效益十分可觀。

武漢武新新型建材股份有限公司）