噴油螺桿空氣壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

董繼陽 蔡僑斌

（江西金德鉛業(yè)股份有限公司，江西德興 334200）

1.噴油螺桿壓縮機(jī)的工作原理

噴油螺桿壓縮機(jī)是一種工作容積做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容積式氣體壓縮機(jī)械，其工作主要分為4步：（1）吸氣過程。螺桿式壓縮機(jī)沒有進(jìn)氣和排氣的組閥，只需要一個(gè)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行主進(jìn)氣的開關(guān)調(diào)節(jié)。當(dāng)主轉(zhuǎn)子和副轉(zhuǎn)子的茨溝空間在轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行到機(jī)殼的進(jìn)氣端壁的開口處時(shí)，它們之間的空間最大化時(shí)，這時(shí)轉(zhuǎn)子下面牙齒溝內(nèi)部的空氣已經(jīng)排空，齒溝處于真空的狀態(tài)之下，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行到進(jìn)出口的時(shí)候，就會(huì)自動(dòng)吸入外界的空氣，空氣沿軸流入到主轉(zhuǎn)子和副轉(zhuǎn)子的齒溝內(nèi)。整個(gè)齒溝都充滿了空氣時(shí)，其轉(zhuǎn)子的進(jìn)氣側(cè)端面就轉(zhuǎn)動(dòng)離開了進(jìn)氣口，齒溝之間的空氣就馬上被封鎖了。（2）封閉及輸送過程。在吸氣的過程完成之時(shí)，主轉(zhuǎn)子和副轉(zhuǎn)子的齒峰進(jìn)行機(jī)殼的密封，齒溝內(nèi)的空氣就不再外泄，這就是封閉過程。兩個(gè)轉(zhuǎn)子在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，其齒峰和齒溝在吸氣的時(shí)候高度吻合，吻合面慢慢的向著排氣的一端進(jìn)行移動(dòng)，這就是工作中“輸入過程”。（3）壓縮和噴油的過程。進(jìn)行輸入的過程中，吻合面向排氣端運(yùn)動(dòng)工程中，讓吻合面和排氣口的齒溝的空間變小，齒溝里面空氣被壓縮使壓力升高，這就是其“壓縮過程”。在進(jìn)行壓縮時(shí)，因壓力差的作用潤滑油噴入了壓縮機(jī)的同時(shí)與空氣產(chǎn)生了混合的過程。（4）排氣過程。轉(zhuǎn)子的排氣端和機(jī)殼相通的時(shí)候其壓力最大，空氣壓縮進(jìn)行排出一直運(yùn)動(dòng)到赤峰和齒溝的問題面移動(dòng)到其排氣端的端面，這時(shí)兩個(gè)轉(zhuǎn)子和排氣口的齒溝為零，就完成了排氣過程，緊接著又開始了下一個(gè)循環(huán)[1]。

2.能效標(biāo)準(zhǔn)情況

我國有關(guān)于壓縮機(jī)相應(yīng)的能效標(biāo)準(zhǔn)GB19153—2009《容積式壓縮機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》當(dāng)中作出了明確的規(guī)定，機(jī)組的輸入功率和功率的能效水平相關(guān)。機(jī)組的輸入功率小其能效的水平就越好，它分為3個(gè)等級(jí)，當(dāng)中噴油螺桿空壓機(jī)兩個(gè)能效相差13%左右。其生命周期通常是8～10年，采購成本是能源消耗成本的10%左右，因此噴油螺桿空壓機(jī)節(jié)能潛力非常大，有必要進(jìn)行研究。

3.節(jié)能技術(shù)

基于工程熱力的物理理論，空壓機(jī)進(jìn)行壓縮的過程包括多變壓縮、等溫壓縮和絕熱壓縮3個(gè)工作原理。等溫壓縮耗費(fèi)的功率最小，其實(shí)際的壓縮過程是多變壓縮，要實(shí)現(xiàn)等溫過程會(huì)非常的難。要使壓縮過程盡量接近等溫就是空壓機(jī)的設(shè)計(jì)方向，同時(shí)進(jìn)行功率最大化進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，兩級(jí)壓縮就是讓其接近等溫壓縮的最重要的手段。

我國一些生產(chǎn)空壓機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)就噴油螺桿空壓機(jī)的制造技術(shù)進(jìn)行了掌握，近幾年行業(yè)的飛速發(fā)展使得成本很大幅度地降低。一些企業(yè)進(jìn)行了兩級(jí)壓縮技術(shù)采用到螺桿空壓機(jī)之上，其兩級(jí)壓縮的優(yōu)勢(shì)得到了很大的體現(xiàn)。國家統(tǒng)計(jì)局進(jìn)行了近年來壓縮機(jī)中心的年檢數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)明顯地表明兩級(jí)壓縮機(jī)和單級(jí)壓縮機(jī)相差很多，兩級(jí)壓縮機(jī)明顯的高許多。特別是110kW之上單級(jí)壓縮機(jī)根本不可能達(dá)到能效1級(jí)，甚至說達(dá)到2級(jí)都很難，兩級(jí)壓縮機(jī)的技術(shù)要達(dá)到1級(jí)卻很容易，由此可以看出兩級(jí)壓縮機(jī)能效值是最低的，而且在耗能方面非常有優(yōu)勢(shì)[2]。

4.變頻技術(shù)

為了下游用氣進(jìn)行保證，用戶和設(shè)計(jì)院在進(jìn)行選型的時(shí)候會(huì)對(duì)空壓機(jī)的容積流量指標(biāo)留有一定的剩余空間。空壓機(jī)是不可能在滿負(fù)荷的情況下運(yùn)行，必須對(duì)其相應(yīng)的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)手段。普通用戶使用中用氣量會(huì)存在一些變化和波動(dòng)，空壓機(jī)的供氣必須調(diào)節(jié)來進(jìn)行供氣穩(wěn)定性的保障。

5.一體式永磁空壓機(jī)

一體式永磁空壓機(jī)的技術(shù)是采用永磁同步電機(jī)和噴油螺桿空壓機(jī)組成的一體空氣壓縮機(jī)。對(duì)三廂異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)進(jìn)行了比較，其電機(jī)的效率很大的差距進(jìn)行體現(xiàn)。噴油螺桿空壓機(jī)根據(jù)其特性進(jìn)行了選擇，以轉(zhuǎn)速均為3000r/min的永磁同步動(dòng)機(jī)與三相異步電動(dòng)機(jī)中最高的YE3做出實(shí)際的比較，其結(jié)果顯示永磁同步電機(jī)中的電動(dòng)機(jī)具有很高的效率，在小功率其優(yōu)勢(shì)更為明顯。所以，90kW以下的噴油式空壓機(jī)進(jìn)行一體式永磁結(jié)構(gòu)的電機(jī)進(jìn)行合理采用，其兩者結(jié)合的空壓機(jī)有更好的節(jié)能優(yōu)勢(shì)[3]。

6.永磁變頻空壓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

（1）永磁變頻空壓機(jī)的氣壓相對(duì)穩(wěn)定。對(duì)噴油螺桿空壓機(jī)采用了變頻技術(shù)之后，其無極調(diào)速的特點(diǎn)進(jìn)行了很大的利用，基于內(nèi)部的控制器PID調(diào)節(jié)器、控制器和變頻器三部分的協(xié)調(diào)配合，可以進(jìn)行平緩的啟動(dòng)。在氣量的波動(dòng)比較大的場合，還可以開展其快速的調(diào)節(jié)功能。相較工頻運(yùn)行中的上下限的控制作對(duì)比，其氣壓的穩(wěn)定系數(shù)得到了明顯的提升。（2）永磁變頻空壓機(jī)啟動(dòng)無沖擊性。由于其變頻的本身涵蓋了軟啟動(dòng)的內(nèi)部功能，其啟動(dòng)電流相對(duì)較大，通常是額定電流120%倍。進(jìn)行工頻啟動(dòng)時(shí)其電流是額定電流的6倍之多，相比之下得知永磁變頻空壓機(jī)在進(jìn)行機(jī)動(dòng)是沖擊力很小，這種沖擊力過大對(duì)機(jī)械系統(tǒng)和整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行都有影響，沖擊力的減少使運(yùn)行的平穩(wěn)性得到了很大的加強(qiáng)。（3）可變流量進(jìn)行控制。使用工頻驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)的排氣量只有一個(gè)，二變頻空壓機(jī)排氣的范圍相對(duì)就比較寬。在空壓機(jī)進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，其變頻器通過實(shí)際運(yùn)行的排氣量來進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，在用氣量比較低的時(shí)候空壓機(jī)進(jìn)行自動(dòng)休眠，能源的消耗大大降低。對(duì)其控制策略的優(yōu)化和更新對(duì)節(jié)能的效果會(huì)更加明顯。（4）永磁變頻螺桿空壓機(jī)適應(yīng)電源的性能好?；谧冾l器利用了過調(diào)制的技術(shù)，交流電源的電源偏低的情況可以對(duì)其進(jìn)行足夠力矩的輸出來對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作進(jìn)行驅(qū)使；一旦發(fā)生電壓偏高的情況，會(huì)對(duì)其輸出的電源進(jìn)行調(diào)節(jié)，不會(huì)因?yàn)殡妷浩叨妷浩叩那闆r。這種技術(shù)在自發(fā)電的場合非常實(shí)用，其變頻技術(shù)都可以電壓的異常情況是將電壓控制在其額定電壓的范圍值之內(nèi)。（5）永磁變頻空壓機(jī)噪音低。大多數(shù)變頻系統(tǒng)都是字額定轉(zhuǎn)速較低的情況下進(jìn)行工作的，以這樣的方式里進(jìn)行主機(jī)機(jī)械噪音的降低和磨損度的變小，其主要作用是延長主機(jī)機(jī)械的使用壽命和進(jìn)行主機(jī)機(jī)械的維修。如果對(duì)風(fēng)機(jī)采用變頻的驅(qū)動(dòng)可以對(duì)空壓機(jī)工作時(shí)的噪音得到有效降低[4]。

7.結(jié)語

要對(duì)空壓機(jī)的能效機(jī)芯有效的降低是一個(gè)非常系統(tǒng)的工程，可以對(duì)多種技術(shù)進(jìn)行結(jié)合采用，如變頻技術(shù)、永磁技術(shù)、相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)等。進(jìn)行多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行融合的同時(shí)還需要對(duì)每個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化和提升。比如對(duì)轉(zhuǎn)子型線的更新，采用高效離心風(fēng)機(jī)的技術(shù)，或者是改變進(jìn)氣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，又或者是對(duì)系統(tǒng)的管路進(jìn)行改變等方式來更新。對(duì)多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行綜合的應(yīng)用，作為國內(nèi)品牌的噴油螺桿空壓機(jī)已經(jīng)和世界一流的能效水平技術(shù)有了一些超越。

中國檢測中心發(fā)布了相關(guān)的數(shù)據(jù)，我國噴油螺桿空壓機(jī)普遍的水平都達(dá)到了2級(jí)，還有一部分達(dá)到了1級(jí)的能耗。額定功率為90kW以下的達(dá)到了60%。這樣的數(shù)據(jù)表明，我國的能效水平從整體上得到了提升，另一方面對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定表現(xiàn)出不能對(duì)現(xiàn)有的產(chǎn)品得到滿足的方向和趨勢(shì)。

我國近年來推出綠色智能的舉措，對(duì)能效標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，GB19153已經(jīng)進(jìn)入了我國的報(bào)批階段，對(duì)噴油螺桿空壓機(jī)在能效方面提出了更高要求。在產(chǎn)品的技術(shù)方面和能效標(biāo)準(zhǔn)有相互促進(jìn)作用，進(jìn)行空壓機(jī)能效水平提升的同時(shí)對(duì)我國節(jié)能減排使用作出貢獻(xiàn)。