劉晨光

（中國核動力研究設計院一所，四川 成都 610041）

空壓機的變頻改造實踐宗旨目標就是合理分配系統(tǒng)設備的運行能源，在引進變頻自動化的系統(tǒng)控制模式下，確?？諌簷C的裝置設備能夠達到消耗資源更少、運行效率更高以及安全性更強的改造效果。近年來，變頻改造的傳統(tǒng)工藝技術正在與信息化的現(xiàn)代技術手段實現(xiàn)緊密的融合，客觀上促進了空壓機的裝置系統(tǒng)能耗比例得到明顯的控制，展現(xiàn)出系統(tǒng)變頻改造的最大化實踐效益。由此能夠判斷得出，空壓機的節(jié)能目標實現(xiàn)要建立在變頻改造工藝深入施行的前提下，運用因地制宜的實踐工作思路來保障空壓機的系統(tǒng)運行良好，效能得以實現(xiàn)。

1 空壓機概述

1.1 空壓機機械結構原理

空氣壓縮機（空壓機）的基本機械運行原理在于實現(xiàn)連續(xù)性的氣體壓縮操作，空壓機的機械本體結構比較類似機械水泵。在機械活塞的往復旋轉帶動作用下，旋轉螺桿與葉片能夠達到持續(xù)運行的效果。在目前的現(xiàn)狀下，使用頻率較高的空壓機主要為離心式壓縮機?？諌簷C的現(xiàn)有機械結構逐漸趨向于精密化，達到了空壓機更加優(yōu)良的系統(tǒng)使用性能指標。

在空壓機的機械系統(tǒng)組成結構中，壓縮機能夠直接被電動機驅動，導致了氣缸呈現(xiàn)出原有容積的循環(huán)變化特征。外部空氣在全面通過機械過濾裝置以后，應當能夠被擠壓至氣缸的空間內部。氣缸容積具有反復變化的特性，排氣管道與排氣閥負責完成氣流壓縮的操作過程。儲氣罐設有單向性的止回閥，因此可以達到完整儲存壓縮氣流的效果。通常情況下，超過額定最大限度壓力的排氣閥就會在控制軟件系統(tǒng)的驅動下完成自動化的停機運行處理，確保實現(xiàn)了完整的空氣壓縮操作實施過程。由此可見，氣壓發(fā)生裝置主要設計為空氣壓縮機，作為核心設備的氣動系統(tǒng)對于氣體壓力與機械能進行了實時性的轉換，引發(fā)了空氣壓縮的機械操作過程。

1.2 空壓機變頻改造意義

近年來，針對空壓機的系統(tǒng)裝置設備全面展開節(jié)能優(yōu)化改造的實踐方案已經趨向于逐步獲得完善。在傳統(tǒng)的空壓機組成結構中，系統(tǒng)消耗電能的比例較高，導致存在了比較顯著的運行能源消耗。在大規(guī)模的空壓機投產狀態(tài)下，空壓機的電能消耗幅度亟待得到必要的控制。變頻改造工藝的基本實施路徑就是要促進空壓機的裝置運行可靠程度提升，在降耗節(jié)能的同時也要致力于實現(xiàn)空壓機的運行年限延長、使用范圍拓展、機械控制精度增加等目標。工業(yè)生產企業(yè)通過施行全方位的變頻節(jié)能工藝改造手段，應當能夠明顯促進空壓機的系統(tǒng)設備裝置達到最優(yōu)化的變頻改造綜合實踐效益，顯著提升了工業(yè)生產企業(yè)的成本效益。

空壓機的各項參數(shù)指標能否達到最優(yōu)的程度，直接取決于企業(yè)整體的設備運行效能。企業(yè)人員需要運用因地制宜的技術改造思路來更新空壓機裝置，及時更換與淘汰空壓機中的老舊損壞部件。企業(yè)人員要做到定期排查空壓機的系統(tǒng)安全風險，妥善處理空壓機大型設備中的運行事故風險。變頻節(jié)能的空壓機屬于非常關鍵的空壓機組成部分，現(xiàn)階段的很多人員正著眼于節(jié)能改造空壓機設備。與傳統(tǒng)的空壓機組成結構相比，變頻自動控制的新式空壓機裝置更加可以達到優(yōu)良的節(jié)能運行效益，切實降低了空壓機傳統(tǒng)電能的消耗數(shù)目比例。技術人員針對空壓機氣缸等重要的空壓機輔機設備，也要全面展開嚴格的監(jiān)測管理，合理控制空壓機氣缸的氣流速度等參數(shù)，避免產生空壓機電力資源的損失。大型空壓機的系統(tǒng)參數(shù)應當?shù)玫綄崟r性的監(jiān)測調節(jié)，通過進行科學的空壓機參數(shù)調節(jié)來保障空壓機的平穩(wěn)運行。現(xiàn)階段的企業(yè)人員針對變頻調控的自動化技術手段已經能夠融入空壓機設備調節(jié)，有效降低了空壓機參數(shù)調節(jié)中的人工操作成本。智能化的空壓機參數(shù)監(jiān)測調控裝置應當普遍運用于生產企業(yè)，據此實現(xiàn)了空壓機能耗降低以及空壓機穩(wěn)定性系數(shù)優(yōu)化的良好實踐效益。

2 空壓機變頻改造方案基本設計原則

變頻節(jié)能的空壓裝置改造方案旨在實現(xiàn)自動化的電機啟動以及電機停止控制，確保達到了電機轉速的智能化控制目的。在變頻改造計劃得以成功實施的前提下，空壓機的裝置系統(tǒng)壓力可以得到精準的控制，系統(tǒng)供氣的整體質量也能得到比較顯著的優(yōu)化。變頻改造的空壓機節(jié)能技術方案總體設計目標就是促進機械降耗節(jié)能，提升機械設備的系統(tǒng)控制精度，并且對啟停過程中的壓力沖擊作用進行必要的控制。

具體在設計變頻改造的技術方案實踐工作中，首先，要準確把握空壓機的裝置運行工況，確保達到更加穩(wěn)定的儲氣罐壓力程度。

在允許的指標范圍內應當自動控制裝置壓力的變化波動，設計自動控制的兩個不同回路，分別為工頻狀態(tài)以及變頻狀態(tài)的系統(tǒng)控制回路。上述某個回路如果突然表現(xiàn)為使用故障的情形，那么按照自動切換的系統(tǒng)控制方法來實施必要的切換操作。在恒定機械轉矩的基礎上，應當配置電磁干擾的預防技術方案，以防空壓機的裝置系統(tǒng)存在較為明顯的電磁波影響。變頻自動控制模式下的機械流量可以實時改變，但是，供氣壓力應當保持在恒定的范圍，同時還需嚴格限定機械運行的噪聲與溫度。

作為現(xiàn)階段通用的節(jié)能改造工藝方法而言，變頻改造模式表現(xiàn)為優(yōu)良的空壓機裝置系統(tǒng)整體節(jié)能效益。企業(yè)技術人員對于原有的空壓機大型設備在全面展開工藝優(yōu)化改進的情況下，應當能將自動化的控制工藝方法融入空壓機的系統(tǒng)運行，促進實現(xiàn)節(jié)約企業(yè)電能的工藝改造目標。變頻調節(jié)控制的自動化模式對穩(wěn)定的系統(tǒng)運行頻率進行了實時性的調整，降低了企業(yè)人員實施人工控制調節(jié)的負擔。

圖1 空壓機的變頻改造總體實施方案

3 空壓機變頻改造節(jié)能技術案例

3.1 改造前系統(tǒng)現(xiàn)狀

在空壓機的系統(tǒng)全面改造以前，空壓機的機械裝置設備表現(xiàn)為較差的運行控制精準程度?？諌簷C在正常的設備運行使用狀態(tài)下，機械系統(tǒng)的運行電能呈現(xiàn)出消耗總量較大的特征。對于工業(yè)生產企業(yè)的空壓機來講，傳統(tǒng)空壓機的操作使用過程通常都會涉及頻率較高的進氣閥啟動以及停止操作，浪費了人工操作成本以及企業(yè)時間資源。

此外，改造以前的空壓機裝置還存在頻繁的系統(tǒng)設備故障。電機轉速無法達到正常的指標水準，降低了空壓機對氣流的排出能力。電機在各時段的運行使用狀況無法得到準確的鑒別判斷，并且系統(tǒng)經常發(fā)出報警提示音。企業(yè)技術人員針對空壓機的上述常見故障在全面展開檢修維護時，一般都會消耗較多的人工檢修處理成本?？諌簷C在系統(tǒng)正常運行中需要提供較多的電能，導致企業(yè)存在比較顯著的電能消耗情況。在年度的時間段內，企業(yè)平均電耗呈現(xiàn)出較高的趨勢。由此可見，合理改造空壓機的系統(tǒng)設備對于生產企業(yè)具有明顯的實踐意義。

3.2 改造目標與任務

全面改造空壓機的總體實施目標應當落實促進空壓機的系統(tǒng)運行功能優(yōu)化，并且針對空壓機的裝置電能消耗予以實時性的調節(jié)控制。

改造空壓機的任務應當在于將自動化的PLC變頻控制調節(jié)過程融入空壓機的設備系統(tǒng)運行，展現(xiàn)出降耗與節(jié)能的空壓系統(tǒng)設備良好改造實踐效果。此外，技術人員尤其需要關注異常的電機繞組升溫安全隱患。電機繞組在持續(xù)長期使用的狀態(tài)下，應當實時監(jiān)測現(xiàn)有的電機設備溫度。如果發(fā)現(xiàn)異常性的電機溫度升高，那么需要立即啟用自動化的冷卻裝置。

空壓機的原有系統(tǒng)控制對象需要得到合理的改變，運用自動化的工藝技術方法來構建閉環(huán)控制的網絡系統(tǒng)結構。在閉環(huán)自動化控制的空壓機改造模式下，對于原有機械系統(tǒng)應當合理增設溫度保護、管路通斷控制、油路與主電路的自動控制設備。技術人員通過全面性的考慮判斷，有效防止了徹底改造原有空壓機導致的較高安全風險性，進而對原有的設備控制結構給予必要的保留，并且對現(xiàn)有的主體電路結構串聯(lián)了啟動控制線路。電路在正常啟動以后，系統(tǒng)將會閉合常開的觸點，那么就會啟動變頻器。壓力傳感器應當連接在合理的系統(tǒng)結構位置，確保達到快速停車以及控制保護動作的目的。

3.3 變頻節(jié)能原理

變頻節(jié)能的空壓機全面改造過程應當建立在降低能耗以及提升操作控制精度的前提下，確保運用管道壓力來替代空壓機的傳統(tǒng)控制對象。在此前提下，目前針對于變頻節(jié)能工藝手段融入空壓機的系統(tǒng)改造過程應當著眼于電動機、壓力傳感器、控制柜等系統(tǒng)組成部分，從而對于閉環(huán)的自動化調節(jié)控制網絡予以完整的形成。技術人員對于空壓機的核心控制系統(tǒng)應當進行必要的保留，對于主電路應當串聯(lián)在系統(tǒng)啟動電路的現(xiàn)有結構中。通過運用變頻節(jié)能的智能化控制原理來全面改造空壓機，應當能夠確保達到空壓機的自動化啟?？刂菩Ч浞忠揽孔冾l調節(jié)的自動控制工藝方法來節(jié)約空壓機的系統(tǒng)電能消耗。

例如，在變頻節(jié)能的設備改造全面完成后，空壓機在8Hz的系統(tǒng)頻率狀態(tài)下顯示為跳停。技術人員對于顯示屏的信號數(shù)據進行查看，判斷為電動機的現(xiàn)有轉向設備系統(tǒng)處于正常運行中。因此，可以確定，存在較低系統(tǒng)排氣壓力的現(xiàn)象將會直接導致變頻啟動中的障礙因素，甚至引發(fā)變頻節(jié)能模塊發(fā)出報警提示。技術人員要確保變頻改造后的空壓機達到安全性與節(jié)能性良好的程度，避免忽視空壓機的運行使用安全。

3.4 節(jié)能改造效益

企業(yè)技術人員通過開展綜合性的變頻改造措施，總體上表現(xiàn)出優(yōu)良的裝置變頻控制以及能耗節(jié)約效益。相比原有的空壓機系統(tǒng)設備而言，經過合理改造優(yōu)化以后的空壓系統(tǒng)設備每年能達到超出20萬千瓦時的電能節(jié)約指標。同時，自動變頻調控的空壓機能夠限定在40Hz左右的系統(tǒng)運行頻率，以及170kW左右的系統(tǒng)運行功率范圍。由此可見，經過工藝調整后的空壓機可以達到更長時間的平穩(wěn)安全運行使用效果，對于機械轉速的區(qū)間范圍進行了科學的設定。

現(xiàn)階段的企業(yè)人員針對變頻調控的自動化技術手段已經能夠融入空壓機設備調節(jié)中，有效降低了空壓機參數(shù)調節(jié)中的人工操作成本。智能化的空壓機參數(shù)監(jiān)測調控裝置應當普遍運用于工業(yè)生產企業(yè)，據此實現(xiàn)了空壓機能耗降低以及空壓機穩(wěn)定性系數(shù)優(yōu)化的良好實踐效益，切實防止了空壓機的安全運行事故產生。智能化的空壓機調頻變頻控制方法具有更好的空壓機調控效率，對空壓機裝置的系統(tǒng)運行負荷進行了科學的優(yōu)化配置。正確運用智能化的調頻控制手段能夠嚴格確保空壓機系統(tǒng)的平穩(wěn)安全運行，確保限定在空壓機的較低轉速與能耗范圍。企業(yè)技術人員應當充分重視調節(jié)空壓機的轉矩脈動參數(shù)，避免空壓機連接的供電系統(tǒng)呈現(xiàn)出電流頻繁波動，對于空壓機的正常使用壽命進行有效延長?？諌簷C的系統(tǒng)參數(shù)應當?shù)玫綄崟r性的監(jiān)測調節(jié)，通過進行科學的空壓機參數(shù)調節(jié)來保障空壓機的平穩(wěn)燃燒運行。

4 結語

經過分析可見，節(jié)能改造的技術實施方法應當融入空壓機的系統(tǒng)改造過程，確保變頻改造的整體規(guī)劃方案能達到最佳的可行性。目前現(xiàn)有的空壓機系統(tǒng)設備內部組成結構非常精密，那么系統(tǒng)節(jié)能改造的具體規(guī)劃方案應當密切結合空壓機的具體使用性能，合理設定系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造的技術措施方案。在此前提下，自動化的系統(tǒng)變頻控制工藝技術模式應當貫穿于空壓機裝置改造的全面實施過程，切實促進空壓機的安全運行成本節(jié)約，突顯節(jié)能環(huán)保的空壓機系統(tǒng)設備改造目標。