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空壓機節能方案

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

    空壓機節能解決方案空氣壓縮機在國民經濟和國防建設的許多部門中應用極廣，在工業領域中已成為必不可少的關鍵設備，是許多工業部門工藝流程中的核心設備。提供自動化生產所需的壓縮空氣足夠的供氣壓力，是生產流程順暢之要素，瞬間的壓降，即會影響產品品質。隨著變頻技術的成熟,變頻器在電氣傳動領域中應用越來越廣泛。其控制方式的多樣性、完善的電機保護功能以及其特有的優點是目前在工控領域其它無可比擬的。
一、螺桿式空壓機的工作原理。
      1、空氣壓縮機工作原理。螺桿式空氣壓縮機的工作過程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、排氣四個過程。當螺桿在殼體內轉動時，螺桿與殼體的齒溝相互嚙合，空氣由進氣口吸入，同時也吸入機油，由于齒溝嚙合面轉動將吸入的油氣密封并向排氣口輸送；在輸送過程中齒溝嚙合間隙逐漸變小，油氣受到壓縮；當齒溝嚙合面旋轉至殼體排氣口時，較高壓力的油氣混合氣體排出機體。
      2、壓縮氣供氣系統組成及空壓機控制原理。
           （1）壓縮氣供氣系統組成。工廠空氣壓縮氣供氣系統一般由空氣壓縮機、冷干機、過濾器、儲氣罐、管路、閥門和用氣設備組成。
           （2）空氣壓縮機的控制原理。在工廠的空氣壓縮機控制系統中，普遍采用后端管道上安裝的壓力繼電器來控制空氣壓縮機的運行。空壓機啟動時，加載閥處于不工作態，加載氣缸不動作，空壓機頭進氣口關閉，電機空載啟動。當空氣壓縮機啟動運行后，如果后端設備用氣量較大，儲氣罐和后端管路中壓縮氣壓力未達到壓力上限值，則控制器動作加載閥，打開進氣口，電機負載運行，不斷地向后端管路產生壓縮氣。如果后端用氣設備停止用氣，后端管路和儲氣罐中壓縮氣壓力漸漸升高，當達到壓力上限設定值時，壓力控制器發出卸載信號，加載閥停止工作，進氣口關閉，電機空載運行。
二、螺桿式空氣壓縮機變頻改造。
      1、空壓機工頻運行和變頻運行的比較。空壓機電機功率一般較大，啟動方式多采用空載（卸載）星-三角啟動，加載和卸載方式都為瞬時。這使得空壓機在啟動時會有較大的啟動電流（4~7倍），加載和卸載時對設備機械沖擊較大；不光引起電源電壓波動，也會使壓縮氣源產生較大的波動；同時這種運行方式還會加速設備的磨損，降低設備的使用年限。由于一般空氣壓縮機的拖動電機本身不能調速，因此就不能直接使用壓力或流量的變動來實現降速調節輸出功率的匹配，電機不允許頻繁啟動，導致在用氣量少的時候電機仍然要空載運行，電能浪費巨大。對空壓機進行變頻改造，能夠使電機實現軟起軟停，減小啟動沖擊，延長設備使用年限；同時由于電機運行頻率可變，實現了空壓機根據用氣量的大小自動調節電機轉速，減少了電機頻繁的加載和卸載，從而較大幅度減小電動機的運行功率，使得供氣系統氣壓維持恒定，便可以實現節能的目的。
       2、變頻改造方案設計原則。根據原工況存在的問題并結合生產工藝要求，空壓機變頻改造后系統應滿足以下要求：
              1、電機變頻運行狀態保持儲氣罐出口壓力穩定，壓力波動范圍不能超過±0.02Mpa。
             2、系統應具有變頻和工頻兩套控制回路。如一套線路出現故障，自動切換到另一線路，不影響生產。
            3、根據空壓機的工況要求，系統應保障電動機具有恒轉矩運行特性。
            4、為了防止非正弦波干擾空壓機控制器，變頻器輸入端應有抑制電磁干擾的有效措施。
            5、在用電氣量小的情況下，變頻器處在低頻運行時，應保障電機繞組溫度和電機的噪音不超過允許的范圍。
            6、生產工藝要求，變頻改造后，適當降低壓縮氣供氣系統的供氣壓力，將原來的高壓變流量供氣改變為變頻恒壓變流量供氣方式。
三、變頻調速改造方案變頻改造電路變頻改造時采用變頻＋工頻控制方式。其控制柜主電路由電度表、變頻器和工頻旁路接觸器等構成，控制電路由工頻/變頻切換開關、啟動、復位開關、指示燈等構成。
       1、變頻控制柜主電路圖3給出了空壓機變頻節能改造的主電路圖。圖中，QF為斷路器，KM1、KM2、KM3為接觸器。在改造空壓機時仍保留空壓機原有控制電路中的星-三角轉換電路，這樣可方便改造同時保持注塑原來的控制特性。采用工頻旁路目的是為了在變頻器出故障時可直接切換到工頻運行，而不影響生產。圖3：空壓機變頻節能改造主電路圖
      2、變頻控制柜控制電路圖4為空壓機變頻柜的控制電路框圖。圖中，SB為工頻/變頻轉換開關，選用三級開關；SB1為變頻器停止按鈕，SB2為變頻器啟動按鈕；L1為總電源指示燈；L2為工頻運行指示燈；L3變頻運行指示燈；L4為變頻器故障指示燈，其故障信號由變頻器TA、TC輸出；KM1、KM2變頻運行接觸器；KM3為工頻運行接觸器。圖4：空壓機變頻柜控制電路框圖
      3、空壓機變頻柜的特點對整個系統的保護功能：
             （1）變頻器自身的保護
             （2）對電機的保護；如：電流限制、過載、輸出短路或輸出接地等
             （3）對因誤操作引起的機械損傷進行保護
               (4)系統工作原理概述：本自動控制系統以輸出壓力作為控制對象，采用標準功能矢量變頻器和遠傳壓力變送器SP，組成閉環恒壓控制系統，所需壓力值可由壓力設置調整控制器直接操作,現場壓力由變送器來檢測,反饋到壓力設置調整控制器，壓力設置調整控制器通過PID進行比較計算，從而調節變頻器的輸出頻率，并由控制器自動控制系統來控制空壓機的工變頻切換。達到空壓機恒壓供氣的要求。使用變頻器自動控制系統運行后，實現整個空壓站的恒壓自動控制，該系統可以根據儲氣罐壓力的變化，自動調節空壓機的電動機轉速數，電動機電流可以從0A逐漸升至所需的電流，在系統用氣不大的情況下電動機可以慢慢降速，保持儲氣罐0.7公斤的壓力，當儲氣罐的壓力低于0.7公斤時，通過壓力傳感器通知變頻器提高頻率，提高電動機轉速來補償所需的壓力。這樣電動機不需要全額作功，大大節約了電費，提高企業競爭力。
                  經濟費用比較如下： 1、市電（沒節電的情況下）費用如下：以電動機22KW，每小時耗電：22×0.95=20.9(度) 每天耗電量20.9×24=501.6(度) 每月耗電量:501.6×30=15048(度) 以電價平均0.8元計算則每月電費是15048×0.8=12038.4元,每年以360天計算所用的費用是18.0576萬元左右 2、變頻節能費用如下,以節電率30%計算則：每小時節電：20.9×0.3=6.27度) 每天節電量：6.27×24=150.48(度) 每月節電量:150.48×30=4514.4(度) 以電價平均0.8元計算則每月節省電費是4514.4×0.8=3611.68元,每年以360天計算所每年節省電費用是5.4萬元左右，變頻器保修期12個月，使用壽命10年，終身有償服務。
        4、空壓機變頻自控系統改造后的益處
            4.1、節約能源　　變頻器控制壓縮機與傳統控制的壓縮機比較，能源節約是最有實際意義的，根據空氣量需求來供給的壓縮機工況是經濟的運行狀態。
            4.2、運行成本降低　　傳統壓縮機的運行成本由三項組成：初始采購成本、維護成本和能源成本。其中能源成本和維護成本大約占壓縮機運行成本的主要部分。通過能源成本降低，再加上變頻起動后對設備的沖擊減少，維護和維修量也跟隨降低，所以運行成本將大大降低。
            4.3、提高壓力控制精度變頻控制系統具有精確的壓力控制能力，使壓縮機的空氣壓力輸出與用戶空氣系統所需的氣量相匹配。變頻控制壓縮機的輸出氣量隨著電機轉速的改變而改變。由于變頻控制電機速度的精度提高，所以它可以使管網的系統壓力變化保持在穩定的變化范圍，有效地提高了工況的質量。
             4.4、延長壓縮機的使用壽命　　變頻器從0HZ起動壓縮機，它的起動加速時間可以調整，從而減少起動時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊，增強系統的可靠性，使壓縮機的使用壽命延長。此外，變頻控制能夠減少機組起動時電流波動，這一波動電流會影響電網和其它設備的用電，變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到最低程度。
            4.5、降低了空壓機的噪音　　根據壓縮機的工況要求，變頻調速改造后，電機運轉速度明顯減慢，因此有效地降低了空壓機運行時的噪音

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