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空压机节能方案

(发布日期：2010-9-9 11:10:51) 来源：http://zztkkj.com/bbs/Index.asp

    空压机节能解决方案空气压缩机在国民经济和国防建设的许多部门中应用极广，在工业领域中已成为必不可少的关键设备，是许多工业部门工艺流程中的核心设备。提供自动化生产所需的压缩空气足够的供气压力，是生产流程顺畅之要素，瞬间的压降，即会影响产品品质。随着变频技术的成熟,变频器在电气传动领域中应用越来越广泛。其控制方式的多样性、完善的电机保护功能以及其特有的优点是目前在工控领域其它无可比拟的。
一、螺杆式空压机的工作原理。
      1、空气压缩机工作原理。螺杆式空气压缩机的工作过程分为吸气、密封及输送、压缩、排气四个过程。当螺杆在壳体内转动时，螺杆与壳体的齿沟相互啮合，空气由进气口吸入，同时也吸入机油，由于齿沟啮合面转动将吸入的油气密封并向排气口输送；在输送过程中齿沟啮合间隙逐渐变小，油气受到压缩；当齿沟啮合面旋转至壳体排气口时，较高压力的油气混合气体排出机体。
      2、压缩气供气系统组成及空压机控制原理。
           （1）压缩气供气系统组成。工厂空气压缩气供气系统一般由空气压缩机、冷干机、过滤器、储气罐、管路、阀门和用气设备组成。
           （2）空气压缩机的控制原理。在工厂的空气压缩机控制系统中，普遍采用后端管道上安装的压力继电器来控制空气压缩机的运行。空压机启动时，加载阀处于不工作态，加载气缸不动作，空压机头进气口关闭，电机空载启动。当空气压缩机启动运行后，如果后端设备用气量较大，储气罐和后端管路中压缩气压力未达到压力上限值，则控制器动作加载阀，打开进气口，电机负载运行，不断地向后端管路产生压缩气。如果后端用气设备停止用气，后端管路和储气罐中压缩气压力渐渐升高，当达到压力上限设定值时，压力控制器发出卸载信号，加载阀停止工作，进气口关闭，电机空载运行。
二、螺杆式空气压缩机变频改造。
      1、空压机工频运行和变频运行的比较。空压机电机功率一般较大，启动方式多采用空载（卸载）星-三角启动，加载和卸载方式都为瞬时。这使得空压机在启动时会有较大的启动电流（4~7倍），加载和卸载时对设备机械冲击较大；不光引起电源电压波动，也会使压缩气源产生较大的波动；同时这种运行方式还会加速设备的磨损，降低设备的使用年限。由于一般空气压缩机的拖动电机本身不能调速，因此就不能直接使用压力或流量的变动来实现降速调节输出功率的匹配，电机不允许频繁启动，导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行，电能浪费巨大。对空压机进行变频改造，能够使电机实现软起软停，减小启动冲击，延长设备使用年限；同时由于电机运行频率可变，实现了空压机根据用气量的大小自动调节电机转速，减少了电机频繁的加载和卸载，从而较大幅度减小电动机的运行功率，使得供气系统气压维持恒定，便可以实现节能的目的。
       2、变频改造方案设计原则。根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求，空压机变频改造后系统应满足以下要求：
              1、电机变频运行状态保持储气罐出口压力稳定，压力波动范围不能超过±0.02Mpa。
             2、系统应具有变频和工频两套控制回路。如一套线路出现故障，自动切换到另一线路，不影响生产。
            3、根据空压机的工况要求，系统应保障电动机具有恒转矩运行特性。
            4、为了防止非正弦波干扰空压机控制器，变频器输入端应有抑制电磁干扰的有效措施。
            5、在用电气量小的情况下，变频器处在低频运行时，应保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围。
            6、生产工艺要求，变频改造后，适当降低压缩气供气系统的供气压力，将原来的高压变流量供气改变为变频恒压变流量供气方式。
三、变频调速改造方案变频改造电路变频改造时采用变频＋工频控制方式。其控制柜主电路由电度表、变频器和工频旁路接触器等构成，控制电路由工频/变频切换开关、启动、复位开关、指示灯等构成。
       1、变频控制柜主电路图3给出了空压机变频节能改造的主电路图。图中，QF为断路器，KM1、KM2、KM3为接触器。在改造空压机时仍保留空压机原有控制电路中的星-三角转换电路，这样可方便改造同时保持注塑原来的控制特性。采用工频旁路目的是为了在变频器出故障时可直接切换到工频运行，而不影响生产。图3：空压机变频节能改造主电路图
      2、变频控制柜控制电路图4为空压机变频柜的控制电路框图。图中，SB为工频/变频转换开关，选用三级开关；SB1为变频器停止按钮，SB2为变频器启动按钮；L1为总电源指示灯；L2为工频运行指示灯；L3变频运行指示灯；L4为变频器故障指示灯，其故障信号由变频器TA、TC输出；KM1、KM2变频运行接触器；KM3为工频运行接触器。图4：空压机变频柜控制电路框图
      3、空压机变频柜的特点对整个系统的保护功能：
             （1）变频器自身的保护
             （2）对电机的保护；如：电流限制、过载、输出短路或输出接地等
             （3）对因误操作引起的机械损伤进行保护
               (4)系统工作原理概述：本自动控制系统以输出压力作为控制对象，采用标准功能矢量变频器和远传压力变送器SP，组成闭环恒压控制系统，所需压力值可由压力设置调整控制器直接操作,现场压力由变送器来检测,反馈到压力设置调整控制器，压力设置调整控制器通过PID进行比较计算，从而调节变频器的输出频率，并由控制器自动控制系统来控制空压机的工变频切换。达到空压机恒压供气的要求。使用变频器自动控制系统运行后，实现整个空压站的恒压自动控制，该系统可以根据储气罐压力的变化，自动调节空压机的电动机转速数，电动机电流可以从0A逐渐升至所需的电流，在系统用气不大的情况下电动机可以慢慢降速，保持储气罐0.7公斤的压力，当储气罐的压力低于0.7公斤时，通过压力传感器通知变频器提高频率，提高电动机转速来补偿所需的压力。这样电动机不需要全额作功，大大节约了电费，提高企业竞争力。
                  经济费用比较如下： 1、市电（没节电的情况下）费用如下：以电动机22KW，每小时耗电：22×0.95=20.9(度) 每天耗电量20.9×24=501.6(度) 每月耗电量:501.6×30=15048(度) 以电价平均0.8元计算则每月电费是15048×0.8=12038.4元,每年以360天计算所用的费用是18.0576万元左右 2、变频节能费用如下,以节电率30%计算则：每小时节电：20.9×0.3=6.27度) 每天节电量：6.27×24=150.48(度) 每月节电量:150.48×30=4514.4(度) 以电价平均0.8元计算则每月节省电费是4514.4×0.8=3611.68元,每年以360天计算所每年节省电费用是5.4万元左右，变频器保修期12个月，使用寿命10年，终身有偿服务。
        4、空压机变频自控系统改造后的益处
            4.1、节约能源　　变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较，能源节约是最有实际意义的，根据空气量需求来供给的压缩机工况是经济的运行状态。
            4.2、运行成本降低　　传统压缩机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本和维护成本大约占压缩机运行成本的主要部分。通过能源成本降低，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低。
            4.3、提高压力控制精度变频控制系统具有精确的压力控制能力，使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制电机速度的精度提高，所以它可以使管网的系统压力变化保持在稳定的变化范围，有效地提高了工况的质量。
             4.4、延长压缩机的使用寿命　　变频器从0HZ起动压缩机，它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。此外，变频控制能够减少机组起动时电流波动，这一波动电流会影响电网和其它设备的用电，变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。
            4.5、降低了空压机的噪音　　根据压缩机的工况要求，变频调速改造后，电机运转速度明显减慢，因此有效地降低了空压机运行时的噪音

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