螺桿空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用與分析

劉魯濱（勝利油田濱南采油廠(chǎng)準(zhǔn)備大隊(duì)）

由于空氣壓縮機(jī)采用大功率電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)壓縮空氣的能耗在企業(yè)生產(chǎn)中占有較大的比例。勝利油田濱南準(zhǔn)備大隊(duì)油管廠(chǎng)油管桿修復(fù)過(guò)程中采用壓縮空氣作為油管桿翻轉(zhuǎn)的動(dòng)力源。油管桿修復(fù)線(xiàn)有2臺(tái)水冷式空氣壓縮機(jī)，空氣壓縮機(jī)型號(hào)是L11/7（煙臺(tái)奧斯卡壓縮機(jī)公司制造），排氣量每分鐘11m3，最高壓力0.7MPa，采用一臺(tái)90kW的三相異步電動(dòng)機(jī)皮帶傳動(dòng)拖動(dòng)，日常傳輸線(xiàn)上只能得到0.5MPa壓力的壓縮空氣，空壓機(jī)能力不足和高耗能制約著油管桿修復(fù)工作的開(kāi)展。2012年11月份，對(duì)現(xiàn)有的空壓機(jī)進(jìn)行淘汰更新，選用廣州凌格風(fēng)生產(chǎn)的GA90螺桿空壓機(jī)，經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，收到了較好的節(jié)能效果。

1 凌格風(fēng)GA90螺桿空壓機(jī)

空壓機(jī)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)為高效變頻電動(dòng)機(jī)，額定功率為90kW，空氣壓縮機(jī)雙轉(zhuǎn)子螺桿泵，電動(dòng)機(jī)和螺桿泵采用聯(lián)軸器聯(lián)接。最大工作壓力0.8MPa，排氣量為5.1～17m3/min。

為了降低生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中的能源消耗，精準(zhǔn)滿(mǎn)足用戶(hù)生產(chǎn)用氣量，凌格風(fēng)GA90螺桿空壓機(jī)采用VFC變頻控制（矢量變頻控制技術(shù)），電腦控制器和變頻器由歐姆龍公司專(zhuān)門(mén)定制，電器系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，主接觸器采用西門(mén)子電器元件，確保系統(tǒng)的可靠性。

電腦控制器的功能包括：

1）具有強(qiáng)大完善的控制和監(jiān)測(cè)功能，能確?？諝鈮嚎s機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行和具有精確的運(yùn)行參數(shù)。

2）自動(dòng)故障報(bào)警、故障停機(jī)、維修報(bào)警和儲(chǔ)存故障信息，為設(shè)備提供安全可靠的保護(hù)。

3）實(shí)現(xiàn)相序保護(hù)監(jiān)測(cè)功能，檢測(cè)到錯(cuò)相時(shí)可以自動(dòng)停機(jī)，保護(hù)螺桿泵不受損害。

4）預(yù)留了通信功能，可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)空壓機(jī)聯(lián)動(dòng)控制和集中控制功能。多臺(tái)聯(lián)控時(shí)，當(dāng)一臺(tái)空壓機(jī)故障時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)備用空壓機(jī)，確保生產(chǎn)過(guò)程中的用氣安全。

2 螺桿空壓機(jī)變頻控制技術(shù)

VFC變頻空氣壓縮機(jī)采用矢量變頻控制技術(shù)，動(dòng)態(tài)運(yùn)行性能突出，生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)負(fù)載情況實(shí)時(shí)更改輸出頻率和電壓。對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制，具有系統(tǒng)響應(yīng)快、調(diào)速范圍廣和加減速性能好的優(yōu)點(diǎn)。

具體的控制過(guò)程是：當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程中消耗氣量小于空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的最大供氣量時(shí)，壓力上升，壓力傳感器將信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，變頻器降低輸出頻率，控制變頻電動(dòng)機(jī)相應(yīng)降低轉(zhuǎn)速，從而使螺桿空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，排氣量減少，壓力維持不上升；反之，壓力下降后，壓力傳感器將信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，變頻器升高輸出頻率，控制電動(dòng)機(jī)提高到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，從而使螺桿空壓機(jī)轉(zhuǎn)速增加，排氣量增大，壓力維持不變。

螺桿泵空壓機(jī)采用變頻控制的優(yōu)點(diǎn)是：采用變頻控制具有精準(zhǔn)的壓力控制能力，系統(tǒng)壓力變化可以控制在0.1～0.2bar范圍內(nèi)，而傳統(tǒng)空氣壓縮機(jī)浪費(fèi)0.07～0.15MPa壓差損失；采用變頻器控制可以0 Hz氣動(dòng)空氣壓縮機(jī)，氣動(dòng)電流小，對(duì)電源網(wǎng)絡(luò)、電器部件和機(jī)械部分所造成的沖擊小，從而延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命。

此外，為確保設(shè)備控制的安全可靠，在電器控制中增加了“變頻”和“工頻”選擇，變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可以馬上切換到工頻狀態(tài)，使設(shè)備在工頻狀態(tài)下運(yùn)行，不會(huì)影響生產(chǎn)的運(yùn)行。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

日常生產(chǎn)運(yùn)行中大功率電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制采用星三角啟動(dòng)、直接啟動(dòng)、軟啟動(dòng)和變頻啟動(dòng)等方式。這些啟動(dòng)控制方式中只有變頻控制啟動(dòng)能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)電流從“0”開(kāi)始波動(dòng)變化。不同控制方式啟動(dòng)電流波動(dòng)特性對(duì)比見(jiàn)圖1。

圖1 大功率電動(dòng)機(jī)不同控制方式啟動(dòng)電流特性

由于螺桿空壓機(jī)采用變頻控制，根據(jù)生產(chǎn)需要，設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定運(yùn)行參數(shù)（0.52～0.68MPa），設(shè)備工作壓力達(dá)到0.68MPa時(shí)，設(shè)備運(yùn)行處于卸載的工作狀態(tài)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)降低轉(zhuǎn)速運(yùn)行；當(dāng)設(shè)備工作壓力達(dá)到0.52MPa時(shí)，設(shè)備自動(dòng)加載，此時(shí)電動(dòng)機(jī)升高轉(zhuǎn)速使系統(tǒng)壓力逐漸上升。加載、卸載運(yùn)行時(shí)間電腦控制器在設(shè)備停機(jī)后進(jìn)行累加并顯示在顯示屏上，以方便數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。使用變頻控制技術(shù)的空氣壓縮機(jī)能耗控制見(jiàn)圖2。

圖2 VFC變頻控制螺桿空壓機(jī)能耗分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況分析，采用變頻技術(shù)控制螺桿空壓機(jī)空載時(shí)電動(dòng)機(jī)能耗約為滿(mǎn)載時(shí)能耗的35%。螺桿變頻空壓機(jī)自投產(chǎn)以來(lái)累計(jì)運(yùn)行4661h，加載運(yùn)行時(shí)間3851h?？晒?jié)約能耗25515kWh。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)大功率拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻控制，對(duì)于降低設(shè)備能耗、改善設(shè)備啟動(dòng)過(guò)程中啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊、延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命、提高能源消耗的產(chǎn)值比具有重要意義。