螺桿式空氣壓縮機能耗特性及表面光滑管道的節(jié)能方案

孫春華

（唐盛國際機械（昆山）有限公司上海分公司 上海 200000）

1 空氣壓縮機耗能概述

要想了解到空氣壓縮機耗能高的原因并不容易，國內外許多的專業(yè)人士都做了許多努力，進行了許多的研究工作。有研究人員從熱力學角度對空氣壓縮機的耗能問題進行了探究，分別分析了進氣溫度和壓力對空氣壓縮機耗能情況的影響，結果發(fā)現(xiàn)空氣壓縮機耗能高的主要因素是進氣溫度；有其他研究人員對空氣壓縮機的能耗問題做了探究，之后發(fā)現(xiàn)空氣壓縮機的節(jié)能空間還是挺大的，此外，還針對變頻技術對空氣壓縮機節(jié)能產生的作用進行了介紹；有研究人員把空氣壓縮機的能耗分為了三個階段：①壓縮前電動機損失的熱能；②壓縮時因工況偏離等溫壓縮所造成的能耗；③壓縮之后換熱器和管道里的阻力造成的能耗。并指出可以在能耗較高的階段通過一定手段對能量進行回收，以此達到節(jié)能的目的；有人選擇的方法則是對壓縮空氣管道上的流動參數(shù)進行測量，測量后畫出流量-壓強曲線，并且兼顧管道是否粗糙、管道內徑大小這些因素，從而得出流量不等時管路的沿程阻力能耗是多少，之后發(fā)現(xiàn)空氣壓縮機的能耗和管道是否粗糙具有很大的關系；有研究人員通過監(jiān)測活塞式空氣壓縮機的能耗情況得出結論，即空氣壓縮機的能耗和排氣壓力具有密切關系，表現(xiàn)為排氣壓力越大，能耗就越多；有人則是通過空氣熱力學對其進行研究，研究了活塞式空氣壓縮機的能耗是否和空氣的濕度有關，結果發(fā)現(xiàn)當空氣壓縮機進氣的濕度越大，能耗就越高。通過以上資料發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在國內外的研究人員對空氣壓縮機的研究重點是離心式空氣壓縮機或者活塞式空氣壓縮機，研究的方面較為片面，幾乎沒有人對螺桿式空氣壓縮機進行分析研究，所以，有關螺桿式空氣壓縮機的能耗問題還需要更多的研究和探討。

2 空氣壓縮機的工作原理

空氣壓縮機分為兩種，分別是速度式和容積式。速度式空氣壓縮機工作原理就是通過外在的手段，使氣體的流動變得越來越快，當氣體進入擴壓裝置時再立刻減速，利用這種方式來將氣體動能轉化成氣體靜壓能，從而達到提高高壓氣體的壓力的目的。而容積式空氣壓縮機和速度式的工作原理有所不同，其主要是將空氣體積壓縮，然后使氣體壓力提升[1]。

比較容易看到的容積式壓縮機就是螺桿式空氣壓縮機，其工作原理一般是：利用兩個彼此平行的齒合的陰陽轉子，在對應的氣缸里面轉動，使轉子的齒槽里面的空氣持續(xù)發(fā)生周期性改變，那么空氣就會慢慢地沿著轉子軸線，從吸入的一面流動到輸出的一面，也就實現(xiàn)了空氣壓縮機吸氣、壓縮和排氣的全過程。在空氣壓縮機里面，進氣口和出氣口被設計在殼體的兩側，里面的陰轉子槽和陽轉子槽被主電機驅動而開始運轉。

3 空氣壓縮機節(jié)能方案

要想對空氣壓縮機進行節(jié)能型改造，就必須兼顧空氣壓縮機的控制調節(jié)系統(tǒng)和機械系統(tǒng)：①分析機械系統(tǒng)這方面，重點要做的就是將系統(tǒng)優(yōu)化并不斷完善系統(tǒng)。這樣才可能使管網阻力減少，從而降低能耗；②控制調節(jié)系統(tǒng)這部分的工作也很重要，這部分重點是要合理選擇流量，還要做好調節(jié)工作。在我國，調節(jié)空氣壓縮機流量，主要就是對壓縮機間歇控制運行進行調節(jié)，還有吸氣調節(jié)、無極變速調節(jié)和氣缸卸載等。如果空氣壓縮機是在間歇性運行，就會使空氣壓縮機起停的頻率增加。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，就會使能耗增加，也會使電網更加波動。并且還會影響設備的使用壽命。而氣缸卸載，除了會浪費能量，還會使設備出現(xiàn)磨損，額外提高運營成本。

現(xiàn)在無級變速調節(jié)的應用已經非常廣泛，無級變速調節(jié)也叫做變頻調節(jié)技術。通過變頻器來改變電機輸入電壓時的頻率，從而更好地掌握電機的轉速，最后能夠更好的控制電機輸出功率和空氣壓縮機的輸入功率。利用這種方法，可以讓空氣壓縮機的制風量與實際風量更好的匹配。這樣就可以使電機轉速持續(xù)進行調節(jié)，繼而讓空氣壓縮機更好地運轉，使空氣壓縮機的工作效率得到大的提高。最后達到降低空氣壓縮機能耗的目的。

4 螺桿式空氣壓縮機的節(jié)能改造方法

4.1 改造方案

分析一下某公司的螺桿式空氣壓縮機，其空壓站內有3臺，空壓站外面有一臺，持續(xù)為約3.2萬m2的廠房提供用氣，全天24h工作。一般開啟2臺工作，另一臺待機。假如是在晚上，一般只要一臺就可以滿足用氣量。通過對工作中的空氣壓縮機的一些數(shù)據進行分析，了解到空氣壓縮機的載率在40%左右，也就是有一半多的時間是處于休息狀態(tài)。如果在空氣站內增加一個變頻調速柜，讓變頻器一拖三，就可以實現(xiàn)3臺空氣壓縮機變頻/工頻之間的切換[2]，具體如圖1所示。

圖1 改造后空氣壓縮站系統(tǒng)配置情況

4.2 壓力調整

為了更好地加強節(jié)能效果，可以在對變頻改造前，對空氣壓縮機壓力參數(shù)做一些修改，從而讓管網的不同空壓機的壓力設定值產生差異，關于空氣壓縮機也可以采取全部啟動的方法，這樣就可以避免出現(xiàn)有的壓縮機啟動無效的情況。假如讓2臺設備一起加載，那么補氣機就會更早地實現(xiàn)卸載值0.76MPa，然后開始卸載，那么主供氣機就可以接著加載，來保證系統(tǒng)的用氣量。當系統(tǒng)正常運轉時，只要氣壓還不曾降低到需要補氣機加載的值，補氣機就處在停機的狀態(tài)，這和主供機是不是卸載狀態(tài)沒有關系。這時，就可以開啟補氣機。另外，當把3臺設備一起啟動時，同樣是用這種方法，那么就可以利用人為的方式對空壓機的狀態(tài)進行控制，讓其輪流成為主供氣機。

4.3 變頻設定壓力值和空壓機設定壓力值之間的關系

當空氣壓縮機被變頻改造過后，其開動方式、加載方式以及卸載方式都沒有什么變化，而這對變頻器的調節(jié)系統(tǒng)是有影響的，導致其氣壓和目標值間的距離越來越近。而變頻器的氣壓值對主機和補氣機都具有重要的影響，所以應該引起高度重視。并且，當空氣壓縮機在變頻加載時，其頻率會比較慢，而頻率的快慢對用氣系統(tǒng)增壓度有很大影響。所以，設定加載壓力值時應該稍微提高一點，比如提升0.05MPa。系統(tǒng)用氣壓力的最小值為0.6MPa，通過分析管路壓力傳遞延時造成的損失，應該把空氣壓縮機供氣加載值定為0.65MPa。

對空壓機目標壓力值進行設定時，一定要考慮其范圍，一般應該設定在加載值與卸載值之間，而且要稍微高于主機加載值，只有這樣才可以保持系統(tǒng)處于低壓節(jié)能狀態(tài)。設定變頻目標時，需要確保其壓力值在0.71MPa。

5 結束語

綜上所述，通過對空氣壓縮機進行改造，可以明顯看到系統(tǒng)的節(jié)能效果，系統(tǒng)的自動化程度也有了較大的提升，不僅減少了噪音，還有效減少了維修的現(xiàn)象，并且還使機器的壽命得到了延長，所以非常值得推廣。