變頻器在螺桿式空壓機上的應(yīng)用

鄧慧鉞（華潤水泥（湛江）有限公司,廣東　湛江　524300）

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變頻器在螺桿式空壓機上的應(yīng)用

鄧慧鉞
（華潤水泥（湛江）有限公司,廣東湛江524300）

摘 要：隨著變頻調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，其調(diào)速技術(shù)愈加成熟并在工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用。根據(jù)螺桿式空壓機實際使用過程中存在能耗大，噪音大的情況，利用變頻器對螺桿式空壓機進行節(jié)能改造。通過實際改造結(jié)果對比，節(jié)能效果明顯，可廣泛推廣。

關(guān)鍵詞：螺桿式空壓機；變頻調(diào)速；變頻器；節(jié)能改造；節(jié)能減排

0　前言

螺桿式空壓機由于其可以根據(jù)生產(chǎn)所需氣量的變化自動進行加載-卸載工作，且其運行性能及使用效果較好，如今已在工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用。但螺桿空壓機在實際應(yīng)用中，由于受現(xiàn)場設(shè)備的工作狀況或者不同的生產(chǎn)工藝流程的影響，用氣量會根據(jù)這些影響因素的不同而隨之變化，由此造成空壓機頻繁加載、卸載。根據(jù)空壓機的控制原理，卸載后其電機仍處于運行狀態(tài)，既浪費電能又增加機械設(shè)備的磨損。同時，一般空壓機電機功率都較大，多采用星-三角啟動方式啟動，這使得空壓機在啟動時會有較大的啟動電流，加載和卸載的瞬時對設(shè)備機械造成較大沖擊；不但造成電壓波動，影響到其他用電設(shè)備的運行安全，而且輸出壓力靠卸載閥來調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)速度慢，波動大，精度低，也會使壓縮氣源有較大的波動；同時空壓機的啟動電流高達5～8倍額定電流，頻繁的加、卸載還會加速設(shè)備的磨損，降低設(shè)備的使用年限。如何使設(shè)備能運行在更好的狀態(tài)并保證氣源符合生產(chǎn)需要，是我們要考慮解決的問題。

1　螺桿空壓機節(jié)能改造的可行性

螺桿空壓機包括壓縮機（主機）、電動機、氣路系統(tǒng)、油路系統(tǒng)、電氣控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)及安全保護系統(tǒng)（原理如圖1）。其電氣控制系統(tǒng)普遍采用后端管道上安裝的壓力傳感器來控制空氣壓縮機的運行?？諌簷C啟動時，加載閥處于不工作狀態(tài)，空壓機頭進氣口關(guān)閉，電機空載啟動。電動機正常運行后，在低于下限設(shè)定壓力時，加載閥工作，大量空氣通過空濾進入主機內(nèi)，壓縮機開始負載工作。當氣壓達到卸載壓力時，此時加載閥關(guān)閉，隔斷空氣進入主機，壓縮機處于卸載狀態(tài)運行，但此時電動機仍處于運行狀態(tài)，此時功耗約占滿載時的30%～50%?？梢姡缃鉀Q長時間空載運行問題將可節(jié)省一部分電能消耗。

同時對空壓機進行變頻改造，能夠使電機實現(xiàn)軟起軟停，避免了瞬時啟停造成對設(shè)備的沖擊，延長設(shè)備使用年限；而且由于電機運行頻率可變，由此空壓機可根據(jù)用氣量的大小自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，減少了電機頻繁的加載和卸載，既維持了供氣系統(tǒng)氣壓穩(wěn)定，又可降低了空壓機的能耗。

2　變頻改造的實際應(yīng)用

空壓機的變頻控制系統(tǒng)原理如下：通過系統(tǒng)壓力傳感器對氣源壓力的檢測，所獲得的檢測值與變頻器的壓力設(shè)定值比較，經(jīng)變頻器的PID運算獲得作用于電動機的頻率值，通過改變輸出交流電的頻率和幅值，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，空壓機根據(jù)實際工況運行，使壓縮空氣壓力變化，直至氣源壓力與設(shè)定壓力值達到平衡?？諌簷C變頻控制系統(tǒng)原理圖如圖2：

我司的兩條生產(chǎn)線的壓縮空氣供給原來由六臺螺桿式空壓機分別進行供氣，各臺空壓機的運行情況如下：

改造前1#線由2臺75KW及1臺37KW空壓機進行供氣，2臺75KW為開一備一，37KW的作為輔助；2#線由3臺132KW空壓機進行供氣，開一備二。在正常生產(chǎn)時，兩條線空壓機平均日消耗電能為5500千瓦時（24小時運行）。

根據(jù)變頻器改造原理，對我司3臺132KW螺桿式空壓機進行了變頻改造：

（1）在各臺空壓機主回路接入一臺變頻器，保留原星-三啟動主回路的接觸器作為電動機繞組連接回路，在電動機繞組完成星-三轉(zhuǎn)換后才由變頻器啟動輸出到電動機。

（2）空壓機原有控制回路（見圖3）保留使用，只是把原電動機運行電流檢測的互感器CT1移到變頻器輸入電源前安裝，作為過載保護檢測；并在交流接觸器KM3（角形接法接觸器）取一常開輔助觸點連接到變頻器FWD及CM端子，作為變頻器啟動控制信號；將空壓機相關(guān)參數(shù)進行修改：原星角延時由6秒改為3秒，加載延時時間由2秒改為15秒，主機啟動時間由8秒改為20秒，以使變頻器在20秒內(nèi)完成啟動過程后才進行加載。

（3）在每臺儲氣罐安裝一個壓力傳感器作為供氣管網(wǎng)壓力檢測，檢測信號接入變頻器模擬輸入端子AI2及GND，與變頻器PID參數(shù)中的壓力設(shè)定值進行比較，通過變頻器自帶的PID功能進行調(diào)節(jié)輸出相應(yīng)的頻率和幅值的交流電，使電動機的轉(zhuǎn)速進行相應(yīng)調(diào)速，以達到調(diào)節(jié)供氣壓力的目的，使之與設(shè)定壓力一致。

（4）由于我司有六臺空壓機，一般生產(chǎn)運行兩臺132KW空壓機可滿足要求，另外的四臺可作為備用，即使有一臺變頻器壞也可以轉(zhuǎn)用備用空壓機，所以，為簡化線路本次改造沒設(shè)置工頻旁路線路。

（5）空壓機運行控制由中控進行控制運行、停止及切換空壓機，無需另外增加PLC及觸摸屏作為現(xiàn)場控制，減少投入及簡化線路。

改造后對兩條生產(chǎn)線實行集中供氣，從運行3個月情況看，正常生產(chǎn)平均每天空壓機消耗電能約為4500千瓦時，相對于原來的5500千瓦時空壓機電能降低了消耗18%左右。以我司生產(chǎn)運行需要，保持兩臺132KW的螺桿式空壓機運行為例，按全年運行時間300天（每天24小時運行），電費按0.6元/度，改造后每天節(jié)電約1000度，則每年可節(jié)省電費300×1000×0.6=180000元，投資成本約在半年左右全部收回（兩臺變頻器選用國產(chǎn)產(chǎn)品）。同時，變頻改造后還可帶來其他益處：（1）供氣氣壓穩(wěn)定，排氣溫度基本恒定，使供氣質(zhì)量提高；（2）減少設(shè)備高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，潤滑油使用壽命延長，降低潤滑油消耗；（3）實現(xiàn)設(shè)備軟啟動，避免了電氣及機械的沖擊，大大延長了設(shè)備使用壽命及檢修周期，設(shè)備的日常維護費用相應(yīng)降低；（4）進氣閥的開閉次數(shù)大為減少，避免了其頻繁動作而損壞；（5）基本上空壓機都運行在額定轉(zhuǎn)速之下，其運行噪音有明顯降低。

此外，該系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場實際情況由現(xiàn)場進行啟?？刂?，或者設(shè)置“現(xiàn)場”及“中控”控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，根據(jù)需要進行轉(zhuǎn)換控制方式。

3　變頻改造的注意事項

（1）盡可能維持原有設(shè)備電路的完整性，對其改動越少越好；這有利于在變頻器發(fā)生故障或是檢修時，使空壓機可以根據(jù)需要在變頻和工頻之間進行選擇，同時也可以在改造時不用對原有PLC程序進行修改。

（2）如沒有配置備用空壓機，盡量保留空壓機原有的運行電氣線路，并設(shè)置旁路電氣線路，這樣在變頻器出故障時，可以很快切換到原有的模式下運行，降低了對生產(chǎn)所造成的影響。

（3）由空壓機原角形交流接觸器控制變頻器的啟動信號，即在星形接觸器吸合時變頻器不啟動，待角形接觸器吸合時，通過其常開輔助觸點吸合才啟動輸出。

（4）延時加載時間要保證變頻器正常運行后才加載，以避免變頻器由于低頻運行造成的過負荷跳停。

（5）一般要對變頻器的下限運行頻率重新設(shè)置（我司為30赫茲），下限值設(shè)置不當，會造成油氣分離器無法對油氣進行有效分離，從而出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，造成潤滑油的浪費。但要下限頻率值的設(shè)定要根據(jù)所使用的空壓機型號而定，因為空壓機其機械配合磨損和效率不盡相同，其不漏油的下限頻率要求也相同。

（6）為避免由于壓力超限而發(fā)生事故，壓力傳感器其安裝位置選擇必須恰當。不能安裝在過濾器或是閥門的后面，要盡量靠近空壓機，而且壓力傳感器和空壓機之間嚴禁安裝任何閥門元件，以防過濾器堵塞或是閥門關(guān)閉后，空壓機不停機而發(fā)生爆炸危險。

（7）保留空壓機原有控制線路及保護功能，既可保證設(shè)備運行安全，又節(jié)約了投資成本。

4　結(jié)語

變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在壓縮機、風機和泵類等流體設(shè)備的應(yīng)用，是實現(xiàn)節(jié)能運行的重要途徑，是節(jié)能減排的一項重點推廣技術(shù)。變頻技術(shù)的應(yīng)用，既提高生產(chǎn)效率及降低能耗，又促進生產(chǎn)工藝水平的提高，并由此降低了設(shè)備維護、維修費用，直接和間接經(jīng)濟效益十分明顯。因此，在使用到壓縮機、風機和泵類等流體設(shè)備的行業(yè)中，特別是工業(yè)領(lǐng)域，可結(jié)合自身實際情況推廣實施此項技術(shù)，對推進節(jié)能減排，保護環(huán)境具有很大實際效果。

參考文獻：

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.180