空壓機(jī)變頻改造節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用探究

劉晨光

（中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院一所，四川 成都 610041）

空壓機(jī)的變頻改造實(shí)踐宗旨目標(biāo)就是合理分配系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行能源，在引進(jìn)變頻自動(dòng)化的系統(tǒng)控制模式下，確?？諌簷C(jī)的裝置設(shè)備能夠達(dá)到消耗資源更少、運(yùn)行效率更高以及安全性更強(qiáng)的改造效果。近年來，變頻改造的傳統(tǒng)工藝技術(shù)正在與信息化的現(xiàn)代技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)緊密的融合，客觀上促進(jìn)了空壓機(jī)的裝置系統(tǒng)能耗比例得到明顯的控制，展現(xiàn)出系統(tǒng)變頻改造的最大化實(shí)踐效益。由此能夠判斷得出，空壓機(jī)的節(jié)能目標(biāo)實(shí)現(xiàn)要建立在變頻改造工藝深入施行的前提下，運(yùn)用因地制宜的實(shí)踐工作思路來保障空壓機(jī)的系統(tǒng)運(yùn)行良好，效能得以實(shí)現(xiàn)。

1 空壓機(jī)概述

1.1 空壓機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)原理

空氣壓縮機(jī)（空壓機(jī)）的基本機(jī)械運(yùn)行原理在于實(shí)現(xiàn)連續(xù)性的氣體壓縮操作，空壓機(jī)的機(jī)械本體結(jié)構(gòu)比較類似機(jī)械水泵。在機(jī)械活塞的往復(fù)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)作用下，旋轉(zhuǎn)螺桿與葉片能夠達(dá)到持續(xù)運(yùn)行的效果。在目前的現(xiàn)狀下，使用頻率較高的空壓機(jī)主要為離心式壓縮機(jī)。空壓機(jī)的現(xiàn)有機(jī)械結(jié)構(gòu)逐漸趨向于精密化，達(dá)到了空壓機(jī)更加優(yōu)良的系統(tǒng)使用性能指標(biāo)。

在空壓機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)中，壓縮機(jī)能夠直接被電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致了氣缸呈現(xiàn)出原有容積的循環(huán)變化特征。外部空氣在全面通過機(jī)械過濾裝置以后，應(yīng)當(dāng)能夠被擠壓至氣缸的空間內(nèi)部。氣缸容積具有反復(fù)變化的特性，排氣管道與排氣閥負(fù)責(zé)完成氣流壓縮的操作過程。儲(chǔ)氣罐設(shè)有單向性的止回閥，因此可以達(dá)到完整儲(chǔ)存壓縮氣流的效果。通常情況下，超過額定最大限度壓力的排氣閥就會(huì)在控制軟件系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下完成自動(dòng)化的停機(jī)運(yùn)行處理，確保實(shí)現(xiàn)了完整的空氣壓縮操作實(shí)施過程。由此可見，氣壓發(fā)生裝置主要設(shè)計(jì)為空氣壓縮機(jī)，作為核心設(shè)備的氣動(dòng)系統(tǒng)對于氣體壓力與機(jī)械能進(jìn)行了實(shí)時(shí)性的轉(zhuǎn)換，引發(fā)了空氣壓縮的機(jī)械操作過程。

1.2 空壓機(jī)變頻改造意義

近年來，針對空壓機(jī)的系統(tǒng)裝置設(shè)備全面展開節(jié)能優(yōu)化改造的實(shí)踐方案已經(jīng)趨向于逐步獲得完善。在傳統(tǒng)的空壓機(jī)組成結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)消耗電能的比例較高，導(dǎo)致存在了比較顯著的運(yùn)行能源消耗。在大規(guī)模的空壓機(jī)投產(chǎn)狀態(tài)下，空壓機(jī)的電能消耗幅度亟待得到必要的控制。變頻改造工藝的基本實(shí)施路徑就是要促進(jìn)空壓機(jī)的裝置運(yùn)行可靠程度提升，在降耗節(jié)能的同時(shí)也要致力于實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的運(yùn)行年限延長、使用范圍拓展、機(jī)械控制精度增加等目標(biāo)。工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)通過施行全方位的變頻節(jié)能工藝改造手段，應(yīng)當(dāng)能夠明顯促進(jìn)空壓機(jī)的系統(tǒng)設(shè)備裝置達(dá)到最優(yōu)化的變頻改造綜合實(shí)踐效益，顯著提升了工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的成本效益。

空壓機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)能否達(dá)到最優(yōu)的程度，直接取決于企業(yè)整體的設(shè)備運(yùn)行效能。企業(yè)人員需要運(yùn)用因地制宜的技術(shù)改造思路來更新空壓機(jī)裝置，及時(shí)更換與淘汰空壓機(jī)中的老舊損壞部件。企業(yè)人員要做到定期排查空壓機(jī)的系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)，妥善處理空壓機(jī)大型設(shè)備中的運(yùn)行事故風(fēng)險(xiǎn)。變頻節(jié)能的空壓機(jī)屬于非常關(guān)鍵的空壓機(jī)組成部分，現(xiàn)階段的很多人員正著眼于節(jié)能改造空壓機(jī)設(shè)備。與傳統(tǒng)的空壓機(jī)組成結(jié)構(gòu)相比，變頻自動(dòng)控制的新式空壓機(jī)裝置更加可以達(dá)到優(yōu)良的節(jié)能運(yùn)行效益，切實(shí)降低了空壓機(jī)傳統(tǒng)電能的消耗數(shù)目比例。技術(shù)人員針對空壓機(jī)氣缸等重要的空壓機(jī)輔機(jī)設(shè)備，也要全面展開嚴(yán)格的監(jiān)測管理，合理控制空壓機(jī)氣缸的氣流速度等參數(shù)，避免產(chǎn)生空壓機(jī)電力資源的損失。大型空壓機(jī)的系統(tǒng)參數(shù)應(yīng)當(dāng)?shù)玫綄?shí)時(shí)性的監(jiān)測調(diào)節(jié)，通過進(jìn)行科學(xué)的空壓機(jī)參數(shù)調(diào)節(jié)來保障空壓機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。現(xiàn)階段的企業(yè)人員針對變頻調(diào)控的自動(dòng)化技術(shù)手段已經(jīng)能夠融入空壓機(jī)設(shè)備調(diào)節(jié)，有效降低了空壓機(jī)參數(shù)調(diào)節(jié)中的人工操作成本。智能化的空壓機(jī)參數(shù)監(jiān)測調(diào)控裝置應(yīng)當(dāng)普遍運(yùn)用于生產(chǎn)企業(yè)，據(jù)此實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)能耗降低以及空壓機(jī)穩(wěn)定性系數(shù)優(yōu)化的良好實(shí)踐效益。

2 空壓機(jī)變頻改造方案基本設(shè)計(jì)原則

變頻節(jié)能的空壓裝置改造方案旨在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的電機(jī)啟動(dòng)以及電機(jī)停止控制，確保達(dá)到了電機(jī)轉(zhuǎn)速的智能化控制目的。在變頻改造計(jì)劃得以成功實(shí)施的前提下，空壓機(jī)的裝置系統(tǒng)壓力可以得到精準(zhǔn)的控制，系統(tǒng)供氣的整體質(zhì)量也能得到比較顯著的優(yōu)化。變頻改造的空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)方案總體設(shè)計(jì)目標(biāo)就是促進(jìn)機(jī)械降耗節(jié)能，提升機(jī)械設(shè)備的系統(tǒng)控制精度，并且對啟停過程中的壓力沖擊作用進(jìn)行必要的控制。

具體在設(shè)計(jì)變頻改造的技術(shù)方案實(shí)踐工作中，首先，要準(zhǔn)確把握空壓機(jī)的裝置運(yùn)行工況，確保達(dá)到更加穩(wěn)定的儲(chǔ)氣罐壓力程度。

在允許的指標(biāo)范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)自動(dòng)控制裝置壓力的變化波動(dòng)，設(shè)計(jì)自動(dòng)控制的兩個(gè)不同回路，分別為工頻狀態(tài)以及變頻狀態(tài)的系統(tǒng)控制回路。上述某個(gè)回路如果突然表現(xiàn)為使用故障的情形，那么按照自動(dòng)切換的系統(tǒng)控制方法來實(shí)施必要的切換操作。在恒定機(jī)械轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)配置電磁干擾的預(yù)防技術(shù)方案，以防空壓機(jī)的裝置系統(tǒng)存在較為明顯的電磁波影響。變頻自動(dòng)控制模式下的機(jī)械流量可以實(shí)時(shí)改變，但是，供氣壓力應(yīng)當(dāng)保持在恒定的范圍，同時(shí)還需嚴(yán)格限定機(jī)械運(yùn)行的噪聲與溫度。

作為現(xiàn)階段通用的節(jié)能改造工藝方法而言，變頻改造模式表現(xiàn)為優(yōu)良的空壓機(jī)裝置系統(tǒng)整體節(jié)能效益。企業(yè)技術(shù)人員對于原有的空壓機(jī)大型設(shè)備在全面展開工藝優(yōu)化改進(jìn)的情況下，應(yīng)當(dāng)能將自動(dòng)化的控制工藝方法融入空壓機(jī)的系統(tǒng)運(yùn)行，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)節(jié)約企業(yè)電能的工藝改造目標(biāo)。變頻調(diào)節(jié)控制的自動(dòng)化模式對穩(wěn)定的系統(tǒng)運(yùn)行頻率進(jìn)行了實(shí)時(shí)性的調(diào)整，降低了企業(yè)人員實(shí)施人工控制調(diào)節(jié)的負(fù)擔(dān)。

圖1 空壓機(jī)的變頻改造總體實(shí)施方案

3 空壓機(jī)變頻改造節(jié)能技術(shù)案例

3.1 改造前系統(tǒng)現(xiàn)狀

在空壓機(jī)的系統(tǒng)全面改造以前，空壓機(jī)的機(jī)械裝置設(shè)備表現(xiàn)為較差的運(yùn)行控制精準(zhǔn)程度。空壓機(jī)在正常的設(shè)備運(yùn)行使用狀態(tài)下，機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行電能呈現(xiàn)出消耗總量較大的特征。對于工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的空壓機(jī)來講，傳統(tǒng)空壓機(jī)的操作使用過程通常都會(huì)涉及頻率較高的進(jìn)氣閥啟動(dòng)以及停止操作，浪費(fèi)了人工操作成本以及企業(yè)時(shí)間資源。

此外，改造以前的空壓機(jī)裝置還存在頻繁的系統(tǒng)設(shè)備故障。電機(jī)轉(zhuǎn)速無法達(dá)到正常的指標(biāo)水準(zhǔn)，降低了空壓機(jī)對氣流的排出能力。電機(jī)在各時(shí)段的運(yùn)行使用狀況無法得到準(zhǔn)確的鑒別判斷，并且系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)出報(bào)警提示音。企業(yè)技術(shù)人員針對空壓機(jī)的上述常見故障在全面展開檢修維護(hù)時(shí)，一般都會(huì)消耗較多的人工檢修處理成本?？諌簷C(jī)在系統(tǒng)正常運(yùn)行中需要提供較多的電能，導(dǎo)致企業(yè)存在比較顯著的電能消耗情況。在年度的時(shí)間段內(nèi)，企業(yè)平均電耗呈現(xiàn)出較高的趨勢。由此可見，合理改造空壓機(jī)的系統(tǒng)設(shè)備對于生產(chǎn)企業(yè)具有明顯的實(shí)踐意義。

3.2 改造目標(biāo)與任務(wù)

全面改造空壓機(jī)的總體實(shí)施目標(biāo)應(yīng)當(dāng)落實(shí)促進(jìn)空壓機(jī)的系統(tǒng)運(yùn)行功能優(yōu)化，并且針對空壓機(jī)的裝置電能消耗予以實(shí)時(shí)性的調(diào)節(jié)控制。

改造空壓機(jī)的任務(wù)應(yīng)當(dāng)在于將自動(dòng)化的PLC變頻控制調(diào)節(jié)過程融入空壓機(jī)的設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行，展現(xiàn)出降耗與節(jié)能的空壓系統(tǒng)設(shè)備良好改造實(shí)踐效果。此外，技術(shù)人員尤其需要關(guān)注異常的電機(jī)繞組升溫安全隱患。電機(jī)繞組在持續(xù)長期使用的狀態(tài)下，應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)監(jiān)測現(xiàn)有的電機(jī)設(shè)備溫度。如果發(fā)現(xiàn)異常性的電機(jī)溫度升高，那么需要立即啟用自動(dòng)化的冷卻裝置。

空壓機(jī)的原有系統(tǒng)控制對象需要得到合理的改變，運(yùn)用自動(dòng)化的工藝技術(shù)方法來構(gòu)建閉環(huán)控制的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在閉環(huán)自動(dòng)化控制的空壓機(jī)改造模式下，對于原有機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)合理增設(shè)溫度保護(hù)、管路通斷控制、油路與主電路的自動(dòng)控制設(shè)備。技術(shù)人員通過全面性的考慮判斷，有效防止了徹底改造原有空壓機(jī)導(dǎo)致的較高安全風(fēng)險(xiǎn)性，進(jìn)而對原有的設(shè)備控制結(jié)構(gòu)給予必要的保留，并且對現(xiàn)有的主體電路結(jié)構(gòu)串聯(lián)了啟動(dòng)控制線路。電路在正常啟動(dòng)以后，系統(tǒng)將會(huì)閉合常開的觸點(diǎn)，那么就會(huì)啟動(dòng)變頻器。壓力傳感器應(yīng)當(dāng)連接在合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)位置，確保達(dá)到快速停車以及控制保護(hù)動(dòng)作的目的。

3.3 變頻節(jié)能原理

變頻節(jié)能的空壓機(jī)全面改造過程應(yīng)當(dāng)建立在降低能耗以及提升操作控制精度的前提下，確保運(yùn)用管道壓力來替代空壓機(jī)的傳統(tǒng)控制對象。在此前提下，目前針對于變頻節(jié)能工藝手段融入空壓機(jī)的系統(tǒng)改造過程應(yīng)當(dāng)著眼于電動(dòng)機(jī)、壓力傳感器、控制柜等系統(tǒng)組成部分，從而對于閉環(huán)的自動(dòng)化調(diào)節(jié)控制網(wǎng)絡(luò)予以完整的形成。技術(shù)人員對于空壓機(jī)的核心控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的保留，對于主電路應(yīng)當(dāng)串聯(lián)在系統(tǒng)啟動(dòng)電路的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中。通過運(yùn)用變頻節(jié)能的智能化控制原理來全面改造空壓機(jī)，應(yīng)當(dāng)能夠確保達(dá)到空壓機(jī)的自動(dòng)化啟?？刂菩Ч浞忠揽孔冾l調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制工藝方法來節(jié)約空壓機(jī)的系統(tǒng)電能消耗。

例如，在變頻節(jié)能的設(shè)備改造全面完成后，空壓機(jī)在8Hz的系統(tǒng)頻率狀態(tài)下顯示為跳停。技術(shù)人員對于顯示屏的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，判斷為電動(dòng)機(jī)的現(xiàn)有轉(zhuǎn)向設(shè)備系統(tǒng)處于正常運(yùn)行中。因此，可以確定，存在較低系統(tǒng)排氣壓力的現(xiàn)象將會(huì)直接導(dǎo)致變頻啟動(dòng)中的障礙因素，甚至引發(fā)變頻節(jié)能模塊發(fā)出報(bào)警提示。技術(shù)人員要確保變頻改造后的空壓機(jī)達(dá)到安全性與節(jié)能性良好的程度，避免忽視空壓機(jī)的運(yùn)行使用安全。

3.4 節(jié)能改造效益

企業(yè)技術(shù)人員通過開展綜合性的變頻改造措施，總體上表現(xiàn)出優(yōu)良的裝置變頻控制以及能耗節(jié)約效益。相比原有的空壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)備而言，經(jīng)過合理改造優(yōu)化以后的空壓系統(tǒng)設(shè)備每年能達(dá)到超出20萬千瓦時(shí)的電能節(jié)約指標(biāo)。同時(shí)，自動(dòng)變頻調(diào)控的空壓機(jī)能夠限定在40Hz左右的系統(tǒng)運(yùn)行頻率，以及170kW左右的系統(tǒng)運(yùn)行功率范圍。由此可見，經(jīng)過工藝調(diào)整后的空壓機(jī)可以達(dá)到更長時(shí)間的平穩(wěn)安全運(yùn)行使用效果，對于機(jī)械轉(zhuǎn)速的區(qū)間范圍進(jìn)行了科學(xué)的設(shè)定。

現(xiàn)階段的企業(yè)人員針對變頻調(diào)控的自動(dòng)化技術(shù)手段已經(jīng)能夠融入空壓機(jī)設(shè)備調(diào)節(jié)中，有效降低了空壓機(jī)參數(shù)調(diào)節(jié)中的人工操作成本。智能化的空壓機(jī)參數(shù)監(jiān)測調(diào)控裝置應(yīng)當(dāng)普遍運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，據(jù)此實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)能耗降低以及空壓機(jī)穩(wěn)定性系數(shù)優(yōu)化的良好實(shí)踐效益，切實(shí)防止了空壓機(jī)的安全運(yùn)行事故產(chǎn)生。智能化的空壓機(jī)調(diào)頻變頻控制方法具有更好的空壓機(jī)調(diào)控效率，對空壓機(jī)裝置的系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行了科學(xué)的優(yōu)化配置。正確運(yùn)用智能化的調(diào)頻控制手段能夠嚴(yán)格確?？諌簷C(jī)系統(tǒng)的平穩(wěn)安全運(yùn)行，確保限定在空壓機(jī)的較低轉(zhuǎn)速與能耗范圍。企業(yè)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)充分重視調(diào)節(jié)空壓機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)參數(shù)，避免空壓機(jī)連接的供電系統(tǒng)呈現(xiàn)出電流頻繁波動(dòng)，對于空壓機(jī)的正常使用壽命進(jìn)行有效延長?？諌簷C(jī)的系統(tǒng)參數(shù)應(yīng)當(dāng)?shù)玫綄?shí)時(shí)性的監(jiān)測調(diào)節(jié)，通過進(jìn)行科學(xué)的空壓機(jī)參數(shù)調(diào)節(jié)來保障空壓機(jī)的平穩(wěn)燃燒運(yùn)行。

4 結(jié)語

經(jīng)過分析可見，節(jié)能改造的技術(shù)實(shí)施方法應(yīng)當(dāng)融入空壓機(jī)的系統(tǒng)改造過程，確保變頻改造的整體規(guī)劃方案能達(dá)到最佳的可行性。目前現(xiàn)有的空壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)非常精密，那么系統(tǒng)節(jié)能改造的具體規(guī)劃方案應(yīng)當(dāng)密切結(jié)合空壓機(jī)的具體使用性能，合理設(shè)定系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造的技術(shù)措施方案。在此前提下，自動(dòng)化的系統(tǒng)變頻控制工藝技術(shù)模式應(yīng)當(dāng)貫穿于空壓機(jī)裝置改造的全面實(shí)施過程，切實(shí)促進(jìn)空壓機(jī)的安全運(yùn)行成本節(jié)約，突顯節(jié)能環(huán)保的空壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)備改造目標(biāo)。