變頻器在單螺桿空壓機節能改造中的應用探究

安太玉

（長春汽車工業高等專科學校，吉林 長春 130011）

近年來，隨著我國社會經濟的高速發展，人們的生活水平逐步提升，對生態環境質量提出了更高要求。科學技術的不斷創新，使得高效低耗技術頗受人們關注，變頻器技術也日漸成熟，開始被廣泛應用于各領域中。部分企業在生產過程中需要利用到空壓機，由于空壓機的能源損耗較大，以致于企業的經濟效益和環境效益得不到提升，基于此應當充分發揮變頻器技術，將其引用于單螺桿空壓機系統中，以便于對其進行有效的節能改造，提高單螺桿空壓機的使用性能，規范空壓機操作流程，簡化其操作方式，保障單螺桿空壓機使用的安全性。

1 原單螺桿空壓機的工作原理

原單螺桿空壓機主要利用Intellisys控制器來進行設計，在啟動后，Intellisys控制器發出相應的命令信號，KT1線圈得到電源的支持，開始運轉，KM3和KM1線圈也啟動運轉，壓縮機電機運行。進氣閥處于關閉狀態，放氣閥呈打開狀態，可以排放壓力，空壓機位于卸載模式中。當需氣量未能達到額定的排氣量，那么排氣壓力便會增大，一旦其超過最小壓力值，調節器便會啟動，開始控制氣壓，將氣輸入進氣閥中，然后關閉部分進氣閥，降低進氣量，維持供氣、用氣之間的平衡；當壓力值上升至最大壓力值時，則需要跳開壓力調節開關，通過加載、卸載電磁閥、放氣電磁閥，來控制氣進入進氣閥中，并關閉閥口，打開放空閥，放掉壓縮空氣。

2 單螺桿空壓機在加、卸載供氣控制方式中存在的問題

現階段，單螺桿空壓機在加載、卸載供氣控制方式中還存在一定的問題，有待于進一步解決，其問題主要如下。

（1）能耗消耗較大。加載、卸載供氣控制方法，會促使壓縮氣體的壓力在最低壓力值和最大壓力值之間變化。最低壓力值指的是空壓機正常運行的最低壓力。通過能耗分析，可以發現單螺桿空壓機在實施加載、卸載供氣控制方式的時候，其能源消耗來自兩個方面：一方面，當壓縮空氣壓力超過最低壓力值后，在單螺桿空壓機原有的運行原理基礎上，其壓力值會繼續上升至最大壓力值，這就會導致其熱量向外釋放，造成能源消耗。而且當超過最小壓力值的氣體進入元件之前，其需要經過減壓閥，在降壓的過程中同樣需要損失一定的能源；另一方面，則在于體卸載時所采用的調節方法不夠合理，容易產生能源消耗。當壓力達到最大壓力值的時候，其需要實施降壓卸載工作，目前所采用的調節方式，會造成大量能源的消耗，空壓機10%的時間都處于空轉狀態。

（2）單螺桿空壓機在運行過程中，主要是利用機械方式來對進氣閥進行調節，這種方式無法連續性調節供氣量，會因為供氣量的變化而致使壓力出現波動，在用氣精度方面還有待強化，未能滿足相關工藝標準。而且頻繁的調節進氣閥，會致使進氣閥出現損傷，增加維修費用。

3 變頻器在單螺桿空壓機節能改造中的有效應用

3.1 單螺桿空壓機節能改造的必要性

由于單螺桿空壓機目前的工作原理會致使其產生過大的能源損耗，不符合高效低耗生產的要求，因此必須對其進行有效的節能改造，以降低其應用成本。就目前而言，大部分單螺桿空壓機采用的是加載、減載等運行模式。在空壓機進行減載的時候，會出現空轉狀況，這種情況下，空壓機未能起到運行作用，反而還消耗了電能，得不償失，造成了能源浪費。因為無法改變電動機的轉速，要想避免空壓機出現空轉問題，則必須改變空壓機的頻率，重新調整其轉速，這就需要應用到變頻器技術。在使用變頻調速技術的時候，需要利用壓力變送器進行測量，對比管網壓力值和壓力設定值，以發現兩個數據之間存在的偏差，通過科學的PID調節器來計算頻率值，主要指的是變頻器在異步電動機中應用的頻率值。可充分發揮變頻器的作用，利用其來有效控制電機的工作頻率，改變電動機的轉速，以重新調整空壓機的供氣量，有效控制管路壓力。基于這一工作原理，單螺桿空壓機可將壓縮空氣輸入儲氣罐中，其所受到的壓力也會產生一定的變化，管網壓力將逐步趨向于設定好的壓力值。

有效的單螺桿空壓機節能改造方案，不僅能夠保證空壓機供氣的連續性，做好調節工作，還能夠為管網壓力的穩定性提供重要保障，使之一直達到設定的壓力值，并且長久保持，以減少單螺桿空壓機運行中的能源損耗量，達到節能目標，保障供氣質量。通過變頻調速的方式來控制空壓機，可以實現恒壓供氣控制模式，降低空壓機中各部件的磨損率，從而延長單螺桿空壓機的使用年限，減少空壓機的維修成本，提升空壓機運行效率，為企業生產帶來更多的經濟效益。

3.2 單螺桿空壓機節能改造方案

可根據單螺桿空壓機的原工作原理，及其運行中存在的各項問題，制定適宜的節能改造方案。于原有控制系統中增加變頻主機設備，嚴格按照相關要求進行安裝。加裝變頻主機設備，不僅不會影響單螺桿空壓機在工頻狀態下的正常運行，還能實現變頻的有效轉換，由一臺變頻主機，輪流控制兩臺空壓機，可根據施工生產的實際情況，選擇適宜的運行模式，工頻或是變頻均可。這種運行方式，能夠大大提高單螺桿空壓機的運行效率，具有較好的節能效果，可保證單螺桿空壓機運行系統的穩定性，盡量規避故障的發生。

為充分發揮變頻器技術的作用，改善單螺桿空壓機控制系統，應當保留單螺桿空壓機原控制系統的安全保護功能，不改變原來的系統操作習慣，以提高單螺桿空壓機系統運行的安全系數，優化操作流程。在對單螺桿空壓機進行變頻節能改造的時候，還應該盡量保留空壓機的主電路，使之控制電路保持完整性，無須改動其電路系統，這有利于為后續維修工作奠定扎實基礎，有效應對變頻器出現故障的狀況。

3.3 單螺桿空壓機節能改造后的效益

在充分利用變頻器技術，對單螺桿空壓機進行節能改造后，相較原來的運行系統，單螺桿空壓機的運行效益得到了極大提升，主要體現在以下幾個方面：（1）在實施單螺桿空壓節能改造后，空壓機的能源損耗率降低，減少了空壓機的運行成本。單螺桿空壓機在運行過程中，會產生一定的成本費用，主要來自三個部分：一部分是最開始的設備采購成本，一部分是后期設備的維修成本，另一部分則是設備運行過程中的能源成本。其中能源成本占據了空壓機運行總成本的80%。在經過節能改造后，單螺桿空壓機運行中的能源成本大大降低，僅占據運行總成本的20%。而且應用變頻器技術后，單螺桿空壓機的維修成本也隨之下降，這是因為減少了對設備的沖擊和破壞。基于此，節能改造后的單螺桿空壓機運行總成本大幅度下降，所節約的成本費用，僅一年就能補足空壓機節能改造所花費的費用。（2）節能改造后的單螺桿空壓機在運行過程中，能夠利用變頻控制系統，精確地控制其壓力，以促使壓縮機空氣壓力輸出，滿足用戶空氣系統的氣量要求。通過科學的變頻器技術，使其氣量輸出，隨著電機轉速變化而變化，加強對電機轉速的控制，促使空壓機管網系統保持在設定的壓力值范圍內，以提高空壓機的運行效率，保障生產質量。（3）單螺桿空壓機在進行節能改造后，其性能得到了有效提升。變頻器技術的應用，使得空壓機的啟動加速時間能夠根據實際情況進行相應的調整，可避免其出現空轉狀態，減少對空壓機中各部件的沖擊，以免其在長期沖擊下受損，影響空壓機系統的正常運行，延長單螺桿空壓機的使用年限，減少維修次數和成本。通過科學的變頻控制，在啟動空壓機的時候，可減少電流的波動，以免對其電網造成干擾，影響其他設備用電。

4 結語

總而言之，對單螺桿空壓機進行節能改造十分有必要，其有利于降低單螺桿空壓機運行的能源消耗量，提高空壓機運行效益。應充分發揮變頻器技術的作用，在單螺桿空壓機原有的工作原理基礎上，加裝變頻器，以避免單螺桿空壓機在運行過程中出現空轉狀態，有效控制壓力，從而促進單螺桿空壓機的現代化發展。