白德龍，陳韻竹，陳江華

（1.內(nèi)蒙古岱海發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 013700；2.北京中智信息技術(shù)股份有限公司，北京 100176）

試析空壓機(jī)節(jié)能方法

白德龍1，陳韻竹2，陳江華2

（1.內(nèi)蒙古岱海發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 013700；2.北京中智信息技術(shù)股份有限公司，北京 100176）

隨著科技的快速發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的要求越來越高?？諌簷C(jī)在人們的生活生產(chǎn)中占據(jù)的地位也越來越重，如冰箱、空調(diào)、車輛等都會運(yùn)用到。但其所耗費(fèi)的大量能源，限制了其發(fā)展。文章通過對空壓機(jī)能耗現(xiàn)狀的分析，淺析其節(jié)能改造方法及其應(yīng)用。

空壓機(jī)；節(jié)能方法；分析

空壓機(jī)又稱空氣壓縮機(jī)，是工業(yè)制造的主要動力源，帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時也耗費(fèi)大量的能源，造成環(huán)境的污染。這一現(xiàn)象引起了全世界的高度重視。但因國內(nèi)的科學(xué)技術(shù)較為落后，對空壓機(jī)的使用時間并不長，所以對其節(jié)能改造技術(shù)設(shè)計和利用其節(jié)能的空間創(chuàng)造更大的效益了解不多。所以，解決空壓機(jī)的耗能仍然迫在眉睫。本文對國外空壓機(jī)節(jié)能改造的最新技術(shù)加以提煉綜合，淺析適合國情的節(jié)能方法，以供行業(yè)人員參考。

1　空壓機(jī)能耗現(xiàn)狀

根據(jù)對2010年采用空壓機(jī)技術(shù)制造的生產(chǎn)企業(yè)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在中國2010年全年采用空壓機(jī)壓縮空氣損耗的電量占據(jù)全國發(fā)電量的9.5%～12%（主要為三峽大壩發(fā)電量），而壓縮空氣系統(tǒng)所消耗的電量約占企業(yè)用電總量放入17%～39%（包含浪費(fèi)電量）不等。在生產(chǎn)過程中，空壓機(jī)的壽命周期所需要的成本中（前期投入、維護(hù)、能源損耗），能耗占據(jù)了總成本的72%，但國內(nèi)的空壓機(jī)的平均使用負(fù)荷卻僅僅只有68%，形成了“大馬拉小車”的現(xiàn)象。在運(yùn)行過程中，僅涉及運(yùn)行這部分的功率能源浪費(fèi)就高達(dá)13%。由此可以看出，在國內(nèi)的大部分制造企業(yè)當(dāng)中，采用空壓機(jī)進(jìn)行空氣壓縮，所損耗的能源并沒有百分之百運(yùn)用在制造過程中，在空壓機(jī)產(chǎn)生的效能中，起碼有一半的能耗是做了無用功。同時可以從調(diào)查數(shù)據(jù)中看出，空壓機(jī)的壓縮節(jié)能空間一般可以提升至15%～55%之間，能夠?qū)⒛芎拇蟠蠼档偷耐瑫r，充分發(fā)揮其工作的效能，提高生產(chǎn)效益，推動行業(yè)的發(fā)展前行。但在進(jìn)行空壓機(jī)的節(jié)能改造中，需要根據(jù)不同的行業(yè)制造及空壓機(jī)的類型而定，因其能源損耗的不同，對其節(jié)能改造方法的設(shè)計也會不一樣，比如變頻空壓機(jī)、活塞式空壓機(jī)等，改造的力度不一。

2　空壓機(jī)節(jié)能空間分析

文中所闡述的空壓機(jī)是用于生產(chǎn)制造行業(yè)的，一般有兩種，一種是螺桿式，一種是活塞式。螺桿式的空壓機(jī)的工作原理是由一對相互平行嚙合的螺旋桿在氣缸中轉(zhuǎn)動，空壓機(jī)的進(jìn)氣口和出氣口分別位于機(jī)器兩端，在運(yùn)行時一邊的螺旋槽會鎖著轉(zhuǎn)自齒被主電機(jī)驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)，使得轉(zhuǎn)子齒之間的空氣不斷產(chǎn)生周期性的容積變化，流入的空氣則會沿著轉(zhuǎn)子軸線進(jìn)行輸入和輸出，從而實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的吸氣—壓縮—排氣的過程，經(jīng)氣體進(jìn)行升壓后輸送到儲壓罐內(nèi)。而活塞式空壓機(jī)則是通過活塞軸在氣缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)行，將缸內(nèi)的容積周期性的改變，從而使得氣缸內(nèi)氣體容積發(fā)生變化，并且于氣缸內(nèi)氣閥做相應(yīng)的打開和閉合的配合，用—吸氣—壓縮—排氣等過程實(shí)現(xiàn)升壓并儲存。

生產(chǎn)企業(yè)為提高生產(chǎn)的效率，通常會采用變頻調(diào)速的方式進(jìn)行空氣壓縮工作，與加入變頻調(diào)速后的空壓機(jī)與傳統(tǒng)的空壓機(jī)相比，其在載荷、卸荷的運(yùn)行方式中都具有一定可調(diào)節(jié)性，如圖1所示。傳統(tǒng)的空壓機(jī)在卸荷運(yùn)行過程中存在一些問題。

圖1 變頻調(diào)速空壓機(jī)載荷、卸荷運(yùn)行

卸荷狀態(tài)下，傳統(tǒng)的空壓機(jī)還會消耗電能，所消耗的這部分電能并沒有充分地利用到生產(chǎn)過程中，所以提高卸荷狀態(tài)下的空壓機(jī)運(yùn)行效率或者是降低其卸荷狀態(tài)下的運(yùn)行功率，都能夠很好地達(dá)到節(jié)能效果。其次是空壓機(jī)在運(yùn)行時，驅(qū)動軸所需要的功率和排氣的氣壓及轉(zhuǎn)速有直接的聯(lián)系，在實(shí)際的運(yùn)行當(dāng)中，因?yàn)閴嚎s空氣的使用會隨著生產(chǎn)變化，造成空壓機(jī)不經(jīng)常在額定功率下運(yùn)行，導(dǎo)致排氣壓力的高低直接影響實(shí)際軸功率的大小。如果在運(yùn)行的過程中，排氣壓力越高，所需要的轉(zhuǎn)軸功率也越大。

為了滿足隨時用氣量的變化要求，儲氣罐內(nèi)的氣體必須保持一定的壓力，但是國內(nèi)采用的大多數(shù)的空壓機(jī)廣泛采用切斷進(jìn)氣的調(diào)節(jié)方式改變排氣和儲氣罐的氣量。另外，主電機(jī)工頻運(yùn)行不僅致使空壓機(jī)運(yùn)行時噪音很大，工期壓力偏低，不能滿足工藝要求，工期壓力偏高，電能消耗也比較高，從而造成工期成本比較高，勞動的強(qiáng)度較大，啟動時設(shè)備的沖擊大，磨損也比較大。所以在進(jìn)行節(jié)能改造時，必須要改造變頻控制方式，保證生產(chǎn)在所需要的最低壓力下運(yùn)行，而且還要大大降低電機(jī)輸入功率。

3　空壓機(jī)節(jié)能方法應(yīng)用

3.1 節(jié)能改造方法的控制原理

在本次的改造過程中，需要由變頻器和壓力變電輸送器、電機(jī)、空壓機(jī)組成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，形成自動調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，促使儲氣罐內(nèi)部的空氣壓力穩(wěn)定在預(yù)設(shè)定的范圍內(nèi)，從而達(dá)到恒定壓力控制。將反饋的壓力和生產(chǎn)時預(yù)設(shè)定的壓力進(jìn)行比較運(yùn)算，實(shí)時控制變頻器的輸出步，從而調(diào)節(jié)電極轉(zhuǎn)速，使得儲氣罐內(nèi)的空氣壓力穩(wěn)定在需要的制造參數(shù)內(nèi)。在改造中變量實(shí)際值需要滿足控制的要求。

空壓機(jī)和壓力的檢測單元是由用戶自備，變頻器可以根據(jù)空壓機(jī)的功率確定。根據(jù)改造公司的要求，節(jié)能改造團(tuán)隊選用一臺變頻器，采用點(diǎn)切換的方式就可以滿足要求。選擇的比例積分微分（Proportional Integral Differential，PID）調(diào)節(jié)器采用的是可編程邏輯器（Programmable Logic Controller，PLC）或者是通用型的控制器都可以，如果采用PLC時，就需要配備編程器，這樣配合節(jié)能效果更好。選用變頻控制器，需要在定期對PID調(diào)節(jié)器和多機(jī)控制器的邏輯切換時，采用單獨(dú)配置。

3.2 自動變頻系統(tǒng)改造的具體實(shí)施方案

根據(jù)節(jié)能改造的設(shè)備控制要求，在設(shè)計時，采用PLC與變頻共同作用的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計時還需要進(jìn)行數(shù)量的運(yùn)算，并將運(yùn)算的結(jié)果輸出給相應(yīng)的繼電器或者接觸器，從而完成電機(jī)的結(jié)果輸出，并給出相應(yīng)的繼電器或者繼電器的規(guī)格。將完成電機(jī)優(yōu)化組合及其他相關(guān)動作，讓變頻器進(jìn)行主動傳輸—軟啟動和壓力自動調(diào)節(jié)的功能。

3.3 空壓機(jī)變頻改造后的效益分析

將空壓機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造后，對空壓機(jī)進(jìn)行檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，變頻器控制空壓機(jī)和傳統(tǒng)的空壓機(jī)相比較，具有節(jié)約能源的實(shí)際效益，同時還能根據(jù)空氣量需求來供給氣的壓縮機(jī)工況，節(jié)約運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)成本；因?yàn)閭鹘y(tǒng)的空壓機(jī)的運(yùn)行成本由采購、維護(hù)、能源消耗3種組合而成。能源損耗占據(jù)總成本較大比例，采用節(jié)能改造后的空壓機(jī)將能源成本降低到35%左右，在運(yùn)行過程中，變頻啟動的沖擊減少，相對而言維修養(yǎng)護(hù)的成本也降低了。

其次是可以提高壓力的控制精度，采用變頻調(diào)節(jié)控制的系統(tǒng)，在壓力控制能力上具有精確性，使得空壓機(jī)產(chǎn)生的輸出和制造生產(chǎn)所需要的氣量相匹配。將輸出氣量的變化隨電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變，從而提高電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的精確度，讓系統(tǒng)受到運(yùn)行壓力的變化保持在較小的范圍內(nèi)，有效提高了工況的質(zhì)量，減緩了機(jī)械部件造成的沖擊，延長了空壓機(jī)使用壽命。通過節(jié)能改造，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度明顯減慢，降低了空壓機(jī)運(yùn)行時的噪音污染。

4　結(jié)語

在進(jìn)行空壓機(jī)的節(jié)能改造過程中，需要根據(jù)需要的生產(chǎn)目標(biāo)和基本的要求，在空壓機(jī)原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能改造和功率利用。要盡可能地利用其升壓空間，減少運(yùn)行過程中的機(jī)械沖擊，在延長空壓機(jī)使用壽命的同時還能降低能源損耗，最大程度上發(fā)揮其電流的利用率，將空氣在最短的時限內(nèi)進(jìn)行升壓，從而達(dá)到高效工作的目的。

［1］呂新磊，王永華，高永田.螺桿式空壓機(jī)變頻節(jié)能改造方案設(shè)計［J］.鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2012（1）：91-93.

［2］宋韌，劉淑婷.空壓機(jī)節(jié)能改造新技術(shù)應(yīng)用研究［J］.資源節(jié)約與環(huán)保，2012（6）：19-20.

［3］梁艷娟.空壓機(jī)變頻改造節(jié)能技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.制造業(yè)自動化，2011（13）：153-156.

Analysis on energy saving method of air compressor

Bai Delong1， Chen Yunzhu2， Chen Jianghua2
（1. Inner Mongolia Daihai Electric Power Generation Co.， Ltd.， Wulanchabu 013700， China；2.Beijing CI Comstars Information Technology Co.， Ltd.， Beijing 100176， China）

With the rapid development of science and technology， the requirement for people's life quality is higher and higher. The position of air compressoris is more and more important in people's life and production， which can be used in refrigerators， air conditioners， vehiclesand and so on，but it takes a large amount of energy， which limited its development. Based on the presentation of the energy consumption for air compressor， its energy saving transformation method and application are analyzed in this paper.

air compressor； energy saving method； analysis

白德龍（1976— ），男，山西代縣，碩士，高級工程師；研究方向：發(fā)電安全生產(chǎn)管理。