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XX公司空压机系统的节能改造方案
&&空压机系统的改造方案
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空压机节能
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随着社会的不断进步和科学的发展，节能已经越来越成为人们关心的话题，各国各个行业都在采取积极有效的措施节能，本文将为你讲述空压机的节能方法。
空压机节能简介
空压机节能驱动一体机
一、解决空压机泄漏和用气方式
据权威机构检测，所消耗的电能仅有10%转化成压缩空气，剩下的90%转化为热能，由此可见，压缩空气比电费还要贵十倍，但是往往我们都忽略了这一点。 在大多数的工厂，到处都能听到漏气的声音，但是根本没有人理会，如果我们把泄漏问题解决了，就节省了大量的能源，因此，当听到漏气时，要及时采取相应的措施。
还有一些工厂在用气方式上存在很大的误区，比如在线路板生产厂家，大多数电镀线上都要用振动来增加对小孔的电镀能力，有些厂家偏好采用气振来达到此目的，殊不知，这样做比采用电振的方式要多消耗十倍以上的电力。
因此，空压机的节能，在及时治理漏气问题的同时还要避免不当的用气方式。
二、节能改造空压机
对空压机的节能改造方式主要有以下三种 1.变频调速方式
采取变频调速方式来降低空压机电动机的轴功率输出。改造之前，空压机的压力达到设定压力时，即会自动卸荷；改造之后，空压机并不卸荷，而是通过降低转速来降低压缩机时的产气量，维持气网需要的最低压力。这里有两个地方可以节能：
（1）减少压缩机从卸荷状态到加载状态这一突变过程带来的电能消耗。
（2）电机的运转频率降低至工频以下，使电机轴的输出功率减少。以上两种方式都不同程度的降低了空压机在运行过程中的能源消耗，但是空压机在工作过程中产生如此大的热能而让它白白地散发到空气中去，却在很长的时间内未得到用户的普遍重视，这不能说不是一个极大的遗憾。
2.集中控制方式
对多台空压机采取集中控制方式。根据用气情况自动控制空压机的运行台数，改造之前，空压机开启的台数是固定的。
（1）若用气量进一步减少，性能好的空压机则会自动停机。在（1）的情况下，空压机即使是在卸载情况下也是要消耗电能的。改造后，便可停掉相应台数的空压机，运行台数减少了，无疑就节约了用电。
（2）当用气减少到一定量时，空压机是通过减少加载时间来减少产气量。
3.空压机热能回收
空压机热能回收是一项非常环保的节能方式。
热能回收装置工作原理
空压机的高温油经过热交换器把热量传递到冷却水中，冷却水被加热后流到保温贮水桶中，这样就可达到热能回收的目的。
4.使用空压机节能控制器，该产品采用高品质材料与组件，运用最新的微电脑模糊化控制技术研制而成。并具备可现场多路采集空压机温度和环境温度以及客户用气量，自动识别并控制停机时间等功能。
空压机节能晶S350变频器在空压机节能改造的应用?
一、空压机工作原理
空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。在工业生产中有着及其广泛的应用，在各种行业中它担负着为工厂中所有气动元件，各种气动阀门提供气源的职责。因此，空压机运行状况的好坏直接影响工厂的生产工艺。空压机的的种类很多（主要分为螺杆式，活塞式，其中螺杆式应用最广），但其供气的控制方式都是采用加、卸载的方式。
◎活塞式空压机工作原理
活塞式空压机是由电动机带动皮带轮通过联轴器直接驱动曲轴，带动连杆与活塞杆，使活塞在压缩机气缸内作往复运动，完成吸入、压缩、排出等过程,将无压或低压气体升压，并输出到储压罐内。其中，活塞组件，活塞与汽缸内壁及汽缸盖构成容积可变的工作腔，在曲柄连杆带动下，在汽缸内作往复运动以实现汽缸内气体的压缩。
◎螺杆式空压机工作原理
螺杆式空压机是由一对相互平行啮合的阴阳转子(或称螺杆)在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端，阴转子的槽和阳转子的齿被主电机驱动而旋转。
二、空压机节能改造的必然性
空压机节能用途
且大多数空压机是连续运行，由于一般空压机的电机本身不能根据压力需求的变动来实现降速，使电机输出功率与现场实际压力需求量相匹配，导致在用气量少的时候仍然要空载运行，造成巨大的电能浪费。据统计，空压机占大型工业设备(风机、水泵、锅炉等)几乎所有的耗电量的15%。空压机的节能改造势在必行 。
另外，空压机还存在以下几个问题：
1、气压超过上限压力时空压机卸载及卸载后电机空转浪费大量的电能。
2、频繁加卸载造成对电网的冲击，同时也造成机械的磨损加大，缩短机械寿命。
3、气量无法保持恒压。当用气量不断变化时，供气压力不可避免产生波动，使用气精度达不到工艺要求，影响生产效率及产品品质。
综上所述：若能采用变频调速技术，当流量需要量减少时，就可以降低电动机的转速，从而较大幅度减小电动机的运行功率，实现节能的目的。
三、S350变频恒压控制系统
1、系统特点
S350变频调速系统将管网压力作为控制对象。压力值由变频器面板给定（S350有多种给定通道），可根据用气设备的实际需要，在空压机的最高允许工作压力内自由设定。装在储气罐出气口的压力变送器将储气罐的压力转变为4~20mA电流信号送给S350内置PID调节器，与压力给定值进行比较，并根据差值的大小控制变频器的输出频率，调整电动机的转速，从而使实际压力始终维持在给定压力。S350内置PID具有稳定性高、调试简单的特点。
2、节能效果
采用该系统改造后，压缩机组的供气量与系统所需量动态匹配，压缩机电机转速会随着系统用气量的不同而进行调节，避免了电机空转以及频繁的加卸载所带来的能量损耗，电机的输入功率大大降低，节电效果显著。对于对空气机来说，供气量Q 与转速N 成正比，气压F与转速N的二次方成正比，而轴功率与转速N 的三次方成正比，见下表：
理论节电率N%
一般来说，对于连续用气的空压机系统，随用气量的变化，电动机运行频率在25-50Hz 之间动态调节，除去电机及其它损耗，系统的节电率可达18%～35%。
3、综合效益
①运行成本降低：空压机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占压缩机运行成本的70%。通过降低能源成本30%，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低。
②提高压力控制精度：变频控制系统具有精确的压力控制能力。通过使空压机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配，可以使管网的系统压力保持恒定，有效地提高了供气的质量。
③延长压缩机的使用寿命：变频器有软启动功能，可减少起动时对压缩机和机械部件所造成的冲击，增强系统可靠性，延长压缩机使用寿命。同时减少空压机启动对电网的冲击。
四、变频系统设计中注意事项
1、空压机是大转动惯量负载，很容易引起V/F控制方式的变频器在启动时出现过电流，因此应选用大启动转矩、过载能力强的矢量变频器。S350系列的过载能力达到180%，启动转矩0.5HZ可输出150%，可保证设备可靠稳定地运行及恒压供气的连续性。
以江门某厂实例：该厂使用凯撤牌空压机、电机22KW，配S350 22KW通用矢量型变频器。设定加速时间为15S、减速时间为6S，在0.7Mpa时仍然能正常启动运行（上限0.8Mpa）。
2、空压机不允许长时间低频运行，若空压机转速过低，一方面会使空压机的工作稳定性变差，另一方面也使缸体的润滑条件变差、磨损加大，进而导致喷油现像。所以，空压机工作的下限频率应不低于20HZ，且减速时间应尽量短。S350电压波动范围±15%、耐压高、减速时间短，可避免因减速时间过长而产生的喷油现象。
3、在满足生产工艺的要求下，压力设定越低越好。因为空压机的压力越高，所需电动机轴功率就越大，耗电量就越多。
4、出气口释放阀全部关闭，取消用出气口释放阀调节供气量的方式，以避免由此导致的电能浪费。
空压机节能节能监控系统空压机节能改造的应用
空压机在工作中，由于负载的不稳定导致供气管网压力的波动，进而导致空压机的频繁加卸载。而空压机卸载不产气的同时会消耗满载能耗的70%的能耗。节能监控系统利用智能算法，控制空压机运行，使空压机匹配负载、按需供气。
系统功能：
空压机群管理功能：
依据用气情况合理控制空压机运行数量，平衡空压机运行时间，该系统具备自学习能力，不断优化运行方式，实时检测空压机排气压力温度、运行状况，可以手动控制空压机，对空压机运行异常进行报警，对空压机运行情况进行记录、存储、查询，生成日报表、月报表、年报表。
空压机辅控功能：
通过调节单台空压机运行，稳定压缩空气系统整体压力，同时记录相关数据，生成报表。
干燥机联控功能：
控制干燥机运行数量、时间，根据产气量合理匹配干燥机启停，控制干燥机入口电动截止阀。
气体流量计量管理功能：
实时监测压缩空气管网压力、流量、露点，压力异常时进行报警，对用气情况记录、存储、查询，生成日报表、月报表、年报表，任意时间内进行成本核算。
电力计量管理功能：
实时监测空压机用电电流、电压、功率因数，对用电情况记录、存储、查询，生成报表，任意时间内进行用电成本核算。
空压机房设备维保管理功能：
空压机房内设备维护保养记录管理，相关设备维护定时提醒。
管道供气节能管理功能：
安装管道供气节能管理单元，对气体流量高精度控制，实时控制高压气体溢流量，对溢流情况记录、存储、查询，生成报表。
冷却水循环监控功能：
实时监测冷却水压力、温度，根据冷却水用量调整水泵运行冷却水异常报警，对用水量情况记录、存储、查询，生成报表，对任意时间内冷却水成本进行核算。
冷却水阀门联控功能：
根据空压机运行情况对冷却水阀门进行控制。
节能效果： 使用该系统后，空压机空载率降低，管网压力波动减小，空压机运行稳定，平均节能30%。
综合效益： 使用该系统后，空压机运行数据得以实时显示，同时自动控制空压机的运行与启停，避免了人工操作带来的风险。除节能效果外，同时提高了压缩空气系统的管理水平与自动化水平。
空压机节能空压机节电王在空压机节能改造中的应用
（1）节能需求
空压机在使用过程中出现频繁卸载、进气阀损耗较大等问题，需要实施空压机节能。
其节能效果如下：
用户设备存在的问题
频繁加卸载
出现空载损耗且气压不稳
人工智能稳定控制，避免卸载
管路上的压力损失
气压虚高，压缩阻力大
供气速率平缓化控制算法
压缩比配置偏高
压缩和排气损失加大
平缓控制算法降低损失压缩比
变频技术引起转速波动
损伤螺杆，并出现呕油现象
转速很稳，不会频繁变动
功耗大且损伤螺杆
智能休眠及软启动控制
综合节电率
（2）节能原理
由于空压机不排除在满负荷状态下长时间运行的可能性，所以，选型时只能按最大需求来确定电机容量，造成空压机系统余量一般偏大。空压机节电王是北京时代科仪新能源科技有限公司的核心产品。它通过空压机参数的测量、分析，将空压机控制在最优的节能状态下，使之获得最佳的节电效果。它简单串接在空压机前端，自动配合空压机运行，无需操作和维护，不改动空压机的任何参数。
其采用“人工智能”与“大数据”融合的专家控制系统，成功应用在螺杆、离心空压机，通过实时在线式调控运行，节能效果明显，系统运行稳定。
其在矿山、制药、食品、饮料、钢铁、纺织、玻璃、焦化等行业得到广泛应用。传统空压机都采用星三角降压启动，但工频启动时电流仍然能达到额定电流的2~3倍，冲击大，会影响到电网的稳定性。
清除历史记录关闭&&&&&&& 广东省东莞电机有限公司 523141&&&&&&&
&&&&&&& 摘& 要：空压机是一种用来压缩气体提高气体压力的机械，广泛地应用在采矿、冶金、机械制造、石油化工以及国防工业中。变频调速技术是对交流电动机进行智能化控制的技术措施，是变频技术在实际当中的一种应用形式。
&&&&&&& 关键词：变频调速；节能措施；空压机
&&&&&&& 0 引言
&&&&&&& 作为我国当前机械制造及加工行业中不可或缺的重要设备，电动机能够带动相关机械设备工作。由于技术发展所限，电动机基本上是以固定的速度进行拖动，在控制精度要求不高的情况下尚可满足相关设备的需要，但近年来随着工业智能化及自动化的快速发展，固定转速拖动的方式以难以适应当前机械制造加工业的生产需要，因此，在实际生产就需要利用变频调速来提高转速控制的精度，所谓变频调速技术，就是利用变频器来驱动电机，即让电机按照既定的程序或方式进行工作，从而实现速度的可调性。空压机是工厂里最重要的机器设备之一。空压机供气领域能否应用变频调速技术，在节省电能的同时改善空压机性能，提高供气品质，降低生产设备的故障率，延长设备的使用寿命备受社会各界关注。只有解决节能这一全球性问题，才能提高企业的竞争力。
&&&&&&& 1 空压机变频技术原理
&&&&&&& 压气站和储气库的空压机系统主要为阿特拉斯GA22P 型空压机和英格索兰M L45D 型空压机，大部分为一开一备，24h运行。变频器的型号分别为英格索兰的IR5000-22-II、IR5000-45-II、IR-II，主要根据空压机的功率进行选择。
&&&&&&& 空压机变频器的工作原理如下：空压机与高效节能控制系统组合后，空压机发给变频器起停信号、加载信号（PID 调节信号）、变频器返回空压机的故障信号，同时通过压力变送器从压缩空气系统中采集压力信号输入到变频器中，作为空压机加载PID 调节参考的外部压力模拟反馈。高效节能控制系统通过对空压机进行变频控制，帮助用户实现系统的节能控制。
&&&&&&& IR5000 会根据实际的用气量，自动调节电动机的转速以达到稳定输出压力的目的，实现节能。除此之外，使用VFD 还能实现电动机软启动、减少电动机的频繁加卸载、降低电动机噪音等功能。VFD 的运作可以大致分为两个步骤：
&&&&&&& 1）当空压机卸载运行时，变频驱动会以最小转速（fmin =27 Hz）恒速运转。
&&&&&&& 2）当空压机加载运行时，变频驱动会自动调节转速，稳定压力。
&&&&&&& IR5000型高效节能控制系统为一拖二型变频控制系统，所谓一拖二型即通过IR5000可以进行两台空压机的工/ 变频模式的选择切换。这样保证了两台空压机系统的节能空间，提高了整个空压机系统的可靠性。
&&&&&&& IR5000系统主要由两大部分组成：ACS550型VFD 是该系统组成的主要部件，是ABB 公司的产品；一拖二工变频控制柜，用来实现两台空压机的工/ 变频运行模式切换及变频器的故障输出。两部分成套在一个柜体，中间隔板分开，VFD 和控制部分为独立的安装空间。
&&&&&&& 2 变频调速技术优点
&&&&&&& 2.1 变频调速技术应用于空压机的优点
&&&&&&& ①节电效益明显。
&&&&&&& ②安装简易，只需将空压机的出口压力使用的软管引到控制柜即可完成。
&&&&&&& ③过载能力强，最大允许 22% 过载。
&&&&&&& ④调整方便，压力不停机调整，节能控制故障时可快速切换到自身控制；控制精确，压力波动在 &0.01MPa 。
&&&&&&& ⑤降低空压机温升，减少空压机故障，延长空压机和机油使用寿命。
&&&&&&& 2.2 变频调速技术应用在提升绞车的优点
&&&&&&& ①在电网波动 &20％ 范围内，恒转矩提升，不会因为电网波动影响负载提升情况。
&&&&&&& ②启动平稳，具有优良的转矩特性，具有超强的过载能力。
&&&&&&& ③电机实现无级调速，加、减速过程很平滑；电流冲击小，大大减轻了机械冲击的强度。
&&&&&&& ④系统可以实现四象限运行，机内带有回馈单元，回馈能量直接输给电网，且不受回馈能量大小的限制，适应范围广，节能效果明显。
&&&&&&& ⑤安全保护功能齐全，除了过压、欠压、过载、过热、短路等自身保护外，还设有外围控制的连锁保护，包括制动闸信号与正、反转信号的连锁，变频器故障信号与系统安全回路的连锁，机内备有自动减速程序等。
&&&&&&& 2.3 变频调速应用于轴流式通风机上的优点
&&&&&&&& ①有效节约电能，能够分别对前置动叶和后置动叶实施干涉性调速达到两级动叶最佳流动匹配，不仅随机改善了风机运行工况，满足矿井生产需求风量，据统计：节电率可达15％-47％ 左右。
&&&&&&& ②柔性启动，停止平稳，可实现对前置叶轮电机、后置叶轮电机的分别单调或双级统调的无级调速，随机性强调速范围大（10％ 左右），可从 0Hz-55Hz 进行调速。
&&&&&&& ③与传统电力拖动方式相比，变频调速装置在启动时对系统电网电压无冲击，有利于保证安全供电。减少机械冲击，瞬时态转矩反应，降低电动机的疲劳磨损，有效延长电动机的使用寿命。
&&&&&&& 2.4 变频调速技术的其它优点
&&&&&&& 变频调速技术具有 PTC、DSP 系统控制，采用芯片统一控制和 PLC 外端电路接 Vl 相结合，使调速系统具有很高的可靠性，同时利用 PLC 强大的控制能力实现灵活的控制方式；通过实时在线检测系统，可实现无人值守，能够为实现矿井自动化创造有利条件。
&&&&&&& 3变频调速技术对空压机改造的应用
&&&&&&& 3.1空压机变频控制改造的需求
&&&&&&& 通常空压机所带的负荷是非常大的，且其起动方式多为星形三角起动，当起动完成后要迅速进行负载的装载，这就使得空压机的起动电流瞬间达到其额定运行电流的 4-7 倍，对电源造成严重的冲击，加速设备的老化的同时影响正常生产，降低了相关设备的使用寿命。由于普通的空压机是无法进行调速的，因此无法对其使用压力或流量来实现降速的目的，同时在正常运行的过程中空压机也是无法进行频繁起动的，这就使得空压机需长期保持高损耗运行，造成了资源的严重浪费。
&&&&&&& 由于变频调速技术的节电效果好，调速能力和适应能力强，且平滑的变速性能和软起动方式能够降低起动和变速中对机械的冲击，减小了设备的损耗，延长了设备的使用寿命。同时由于电机运行时频率可以改变，在气量较小的时候可以降低电机的速度，这就是实现了在不需要对空压机进行加载和卸载的条件下完成了对空压机输出功率的调节，进而大幅提高了电机的运行功率，使气压供气系统保持在一个相对稳定的工况下运行，实现了节能的目标。
&&&&&&& 通过以上分析我们可以发现对空气压缩机进行变频改造可以实现节约能源、降低运行成本，延长设备的使用寿命，提高控制的精度等特点，能够从根本上改善空压机的运行工况和成本。
&&&&&&& 3.2空压机的变频调速改造要求
&&&&&&& 在对空压机进行变频改造时，应保证储气罐出口压力稳定，其波动的范围在生产要求范围之内，同时系统应具备工频和变频两种控制回路，工频控制作为变频控制出现故障时的备用控制，根据空压机工况和转矩特征进行改造，在变频器的输入端可加载一些抗干电磁干扰元件以增强空压机对外界干扰的抵抗能力，若生产工艺发生改变，则应保证改造后的变频控制系统利用横气压和变流方式实现对供气气压的调整。
&&&&&&& 结束语
&&&&&&&& 综上所述，变频调速技术在应用中所取得的节能效果是显而易见的。变频调速技术以其显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性、系统的安全性和延长设备使用寿命等优点已成为现代技术的一个主要发展方向，变频节能系统的应用是社会生产发展的必然趋势，它有着早改造、早受益、早使用、早发展的特点。
&&&&&&& 参考文献：
[1]李良仁.变频调速技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2004.
[2]欧阳焰啸.关于空压机节能方法的探索.环境保护，2009.
[3]任卫东.电动机变频节能技术应用总结[J].科学决策，2008(11).
[4]王占奎.变频调速应用百例 [M].北京科学：出版社，1999.
[5]陈海燕.空压机的节能改造[J].中国外资,.
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