螺桿式空氣壓縮機的變頻化控制

(江蘇永鋼集團有限公司 江蘇 張家港 215600)

一、螺桿式空氣壓縮機簡介

螺桿空氣壓縮機具有結構簡單、工作可靠及操作方便等一系列獨特的優點，因而自誕生之日起就受到工業界的廣泛重視。經過多年的發展，螺桿空壓機在1～60M3/MIN的流量和小于等于20Barg的壓力范圍內得到廣泛應用，在歐、美、日等西方經濟發達地區的占有率已經接近100%(幾乎完全取代活塞式空氣壓縮機)，而其中的99%以上是雙螺桿空氣壓縮機。

按螺桿的數目分為雙螺桿空壓機和單螺桿空壓機。

按壓縮過程中是否有潤滑油參與分為無油螺桿空壓機和噴油螺桿空壓機。

二、螺桿式空氣壓縮機特點

螺桿壓縮機的優點：

1.可靠性高：螺桿壓縮機零部件少，沒有易損件，因而它運轉可靠，壽命長，大修間隔期可達4-8萬小時。

2.操作維護方便：操作人員不必經過專業培訓，可實現無人值守運轉。

3.動力平衡性好：螺桿壓縮機沒有不平衡慣性力，機器可平穩地高速工作，可實現無基礎運轉。

4.適應性強：螺桿壓縮機具有強制輸氣的特點，排氣量幾乎不受排氣壓力的影響，在寬廣范圍內能保證較高的效率。

5.多相混輸：螺桿壓縮機的轉子齒面實際上留有間隙，因而能耐液體沖擊，可壓送含液氣體，含粉塵氣體，易聚合氣體等。

螺桿壓縮機的缺點：

1.造價高：螺桿壓縮機的轉子齒面是一空間曲面，需利用特制的刀具，在價格昂貴的專用設備上進行加工。另外，對螺桿壓縮機氣缸的加工精度也有較高的要求。

2.不適合高壓場合：由于受到轉子剛度和軸承壽命等方面的限制，螺桿壓縮機只能適用于中，低壓范圍，排氣壓力一般不能超過3.0Mpa。

3.不能制成微型：螺桿壓縮機依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于0.2m3/min，螺桿壓縮機才具有優越的性能。

螺桿空壓機的基本結構、工作原理及構成

三、螺桿空壓機的基本結構

通常所稱的螺桿壓縮機指的是雙螺桿壓縮機。雙螺桿壓縮機的發展歷程較短，是一種比較新穎的壓縮機。

雙螺桿壓縮機是一種容積式的回轉機械。由一對陰、陽螺桿，一個殼體與一對端蓋組成。在倒“8”形的氣缸中，平行地配置著一對相互嚙合的螺旋形轉子，分別稱為陰、陽轉子。它們和機體之間構成一個“V”字形的一對密封的齒槽空間隨著轉子的回轉而逐漸變小，并且其位置在空間也不斷從吸氣口向排氣口移動，從而完成吸氣-壓縮-排氣的全部過程。

一般陽轉子與原動機連接，由陽轉子帶動陰轉子轉動。在壓縮機機體的兩端，分別開設一定形狀和大小的孔口。一個供吸氣用，稱作吸氣孔口；另一個供排氣用，稱作排氣孔口。

四、螺桿空壓機的工作原理

螺桿式制冷壓縮機具有一對互相瞄合、相反旋向的螺旋形齒的轉子。其齒面凸起的轉子稱為陽轉子，齒面凹下的轉子稱為陰轉子。轉子的齒相當于活塞，轉子的齒槽、機體的內壁面和兩端端蓋等共同構成的工作容積，相當于汽缸。機體的兩端設有成對角線布置的吸、排氣孔口。隨著轉子在機體內的旋轉運動，使工作容積由于齒的侵入或脫開而不斷發生變化，從而周期性地改變轉子每對齒槽間的容積，來達到吸氣、壓縮和排氣的目的。

五、螺桿空壓機的構成

螺桿式空氣壓縮機主要由主機和輔機兩大部分組成，主機包括螺桿空壓機主機和主電機，輔機包括進排氣系統、噴油及油氣分離系統、冷卻系統、控制系統和電氣系統等。

在進排氣系統中，自由空氣經過進氣過濾器濾去塵埃、雜質之后，進入空壓機的吸氣口，并在壓縮過程中與噴入的潤滑油混合。經壓縮后的油氣混合物被排入油氣分離桶中，經一、二次油氣分離，再經過最小壓力閥、后部冷卻器和氣水分離器被送入使用系統。

在噴油及油氣分離系統中，當空壓機正常運轉時，油氣分離桶中的潤滑油依靠空壓機的排氣壓力和噴油口處的壓差，來維持在回路中流動。潤滑油在此壓差的作用下，經過溫控閥進入油冷卻器，再經過油過濾器除去雜質微粒后，大多數的潤滑油被噴入空壓機的壓縮腔，起到潤滑、密封、冷卻和降噪的作用；其余潤滑油分別噴入軸承室和增速齒輪箱。噴入壓縮腔中的那一部分油隨著壓縮空氣一起被排入油氣分離桶中，經過離心分離絕大多數的潤滑油被分離出來，還有少量的潤滑油經過濾芯進行二次分離，被二次分離出來的潤滑油經過回油管返回到空壓機的吸氣口等低壓端。

六、變頻器工作原理簡介

變頻器(Variable-frequency Drive，VFD)是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。

七、變頻器工能作用

(一)變頻器的直接作用

通過改變電動機的電壓和頻率，使電機的速度可以無極調節。

1、軟啟動節能。電機硬啟動對電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命。節省了設備的維護費用。

2、功率因數補償節能。無功功率不但增加線損和設備的發熱，更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。

(二)變頻器的間接作用

節能(節電)。風機、泵類等設備傳統的調速方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當使用變頻調速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風機的轉速即可滿足要求。降低電耗。

七、變頻器組成

變頻器通常分為4部分：整流單元、高容量電容、逆變器和控制器。

整流單元：將工作頻率固定的交流電轉換為直流電。

高容量電容：存儲轉換后的電能。

逆變器：由大功率開關晶體管陣列組成電子開關，將直流電轉化成不同頻率、寬度、幅度的方波。

控制器：按設定的程序工作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電，驅動交流電動機。