下载文档原格式
螺杆式空压机变频节能技术的应用李杨;李静;刘继元【摘要】文章论述高压变频调速装置的原理,通过压缩机变频恒压控制节能分析和计算,阐述变频调速技术在空压机供气领域的应用.节省电能的同时改善空压机性能,提高供气品质.【期刊名称】《应用能源技术》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】5页(P26-30)【关键词】变频;节能;空压机【作者】李杨;李静;刘继元【作者单位】哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,哈尔滨150046;哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,哈尔滨150046;哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,哈尔滨150046【正文语种】中文【中图分类】TH45.-5目前，如何解决设备运行中存在的能源浪费，不但是增强企业竞争力的要求，更是创建资源节约型社会的要求。
空压机的种类有很多，有活塞式空压机、螺杆式空压机和离心式空压机，但其供气控制方式几乎都是采用加、卸载控制方式。
该供气控制方式虽然原理简单、操作简便，但存在能耗高，进气阀易损坏、供气压力不稳定等诸多问题［1］。
在空压机供气领域能否应用变频调速技术，节省电能的同时改善空压机性能，提高供气品质就成为一个广受社会各界关注的问题。
对设备进行技术提升后，可以大大降低企业的生产成本，降低生产设备的故障率，延长设备的使用寿命，产生较大的经济效益和社会、环境效益，提高企业的综合竞争力和发展后劲。
根据具体情况，进行技术变频调速后，节电率在15% ～30%范围内，通常1～2 a可收回变频器的设备和其他安装等附加费用等投资。
为此，我国政府也根据国内经济和能源发展的现状制定了“开发与节约并重，把节约放在首位”的能源发展战略部署，即把节能降耗放在突出位置。
高、低压变频调速技术日趋完美，已被不同学科、不同行业的工程技术人员广泛应用于不同领域的交流调速系统。
为应用企业带来了可观的经济效益，推动了工业生产的自动化进程。
变频调速用于交流电机调速，其性能远远超过以往任何交、直流调速方式。
而且结构简单，调速范围宽、调速精度高、安装调试使用方便、保护功能完善、运行稳定可靠、节能效果显著，已经成为交流电机调速和技术攻关的最新潮流。
空压机变频恒压供气控制系统的设计【摘要】本文介绍了空压机变频恒压供气控制系统的设计。
在解释了研究背景和研究意义。
接着，详细阐述了空压机变频恒压供气控制系统的基本原理、系统框架设计、传感器选择与布置、控制算法设计以及系统测试与验证。
在总结了设计成果，并展望了未来在这一领域的发展方向。
本文的研究对提高空气压缩机的效率和稳定性具有重要意义，有助于推动工业制造领域的发展。
【关键词】空压机、变频、恒压、供气控制系统、设计、研究背景、研究意义、基本原理、系统框架设计、传感器选择与布置、控制算法设计、系统测试与验证、设计成果总结、未来展望1. 引言1.1 研究背景空压机是工业生产中常用的设备之一，用于产生对外提供能量的空气压缩。
在许多工业生产场景中，空压机所提供的气源需要保持恒定的气压，以确保生产设备正常运行。
传统的空压机供气控制系统往往存在运行效率低、能耗高、气压波动大等问题，为提高系统的效率与控制精度，空压机变频恒压供气控制系统逐渐成为研究的热点。
在当前环境下，工业生产对气压要求越来越高，对于气压供应系统的要求也在不断提升。
传统的空压机供气系统使用定频控制，无法根据实际需求对气压进行精准的控制和调节，因此难以实现高效节能和稳定供气。
而空压机变频恒压供气控制系统则具有更高的灵活性和精准性，可以根据实际气压需求实时调节压缩机的工作频率和负载，确保系统在不同工况下都能保持稳定的气压输出，提高了供气系统的效率和稳定性。
通过对空压机变频恒压供气控制系统的研究与设计，可以有效提高空压机供气系统的性能，减少能耗浪费，降低运行成本，实现高效稳定的气压供应，具有重要的研究意义和实际应用价值。
1.2 研究意义空压机变频恒压供气控制系统的研究意义在于提高空压机的能效和运行稳定性，促进工业生产的节能减排。
随着工业化程度的不断提高，能源消耗和环境污染已经成为制约社会发展的重要问题。
空压机在工业生产中起着至关重要的作用，但传统的空压机系统存在能效低、运行不稳定的问题。
变频器的PID调节功能在空压机恒压控制中的应用摘要：随着工业自动化水平不断提高，各种类型的压缩空气源得到了广泛使用。
其中，往复式空气压缩机作为一种常用的气源设备被广泛应用于机械加工、汽车制造等领域。
然而，由于传统的空气压缩机采用手动控制方式，其稳定性和可靠性难以保证，且存在能耗高、噪音大等问题。
因此，如何实现对空气压缩机进行高效、精准地自动控制成为当前研究热点之一。
本文以某款往复式空气压缩机为对象，针对其负载特性设计了基于变频器的PID调节系统，并将其应用于空气压缩机的恒压控制当中。
关键词：变频器；PID调节功能；空压机；恒压控制引言：变频调速技术已经成为了空气压缩机控制系统中不可或缺的一部分。
通过改变电机工作电源频率来实现电动机转速的调整，从而达到节能、减排等目的。
因此，如何提高空气压缩机电动机的运行效率一直是相关领域内研究人员关注的焦点问题之一。
一、空压机恒压控制技术的发展随着工业自动化水平不断提高，对于气动设备的要求也越来越高。
而作为气动系统中最重要的组成部分之一——空气压缩机，其性能直接影响到整个生产线的效率和安全性。
因此如何实现高效、稳定地运行空压机成为了当前研究热点问题之一。
目前常用的空压机控制方式主要有机械液压控制法、电子比例阀控制法以及模糊逻辑控制法等。
其中机械液压控制法是一种传统的控制方法，具有简单可靠、成本低廉等优点；但由于其响应速度较慢且易受外界干扰，已逐渐被淘汰。
相比之下，电子比例阀控制法因其响应速度快、精度高等特点得到广泛应用。
然而，该方法存在一个无法避免的缺陷：当负载变化较大时，容易出现压力波动现象，从而降低了系统的稳定性和工作效率。
为此，近年来，模糊控制法应运而生并取得了良好的效果。
二、变频器的PID调节功能在空压机恒压控制中的应用分析（一）应用原理变频器是一种通过改变电机工作电源频率来实现调速的电气设备。
其基本结构由整流电路、滤波电路和逆变电路三部分组成，其中逆变电路是将直流电转换为交流电的重要环节。
浅谈变频器在空气压缩机中的节能改造应用摘要:详细介绍了大功率变频器在化纤纺织厂的空压机上的成功应用,并取得的良好节能效果。
关键词:空压机变频器空压机在化纤纺织企业中应用十分普遍,它作为化纤纺织企业的核心设备,为企业的自动化生产所需的压缩空气提供足够的供气压力,是保证生产流程顺畅的重要因素。
由于化纤企业的生产是连续性不间断的生产线,因此要求空压机常年连续运转,如果间断运行或是停止运行,将直接影响生产的正常运行和产品的质量。
即便是瞬间的压降,也会直接影响到最终产品的品质。
随着变频技术的成熟,变频器在电气传动领域中应用越来越广泛。
其控制方式的多样性、完善的电机保护功能以及其特有的优点是目前在工控领域其它无可比拟的,关键是它能达到较好的节能效果。
化纤纺织企业常常使用的空压机一般有两种,螺杆式空压机和活塞式空压机。
1 螺杆式空压机的工作原理:螺杆式空气压缩机的工作过程分为吸气密封及输送、压缩、排气四个过程。
当螺杆在壳体内转动时,螺杆与壳体的齿沟相互啮合,空气由进气口吸入,同时也吸入机油,由于齿沟啮合面转动将吸入的油气密封并向排气口输送;在输送过程中齿沟啮合间隙逐渐变小,油气受到压缩;当齿沟啮合面旋转至壳体排气口时,较高压力的油气混合气体排出机体。
2 活塞式空压机的工作原理活塞式空压机主要有气缸、活塞、曲轴—连杆机构以及进、排气阀等组成。
活塞是由外力(内燃机或电动机通过空压机的曲轴—连杆机构传来)驱使在气缸内做往复运动。
当它下行时,气缸上部容积变大,缸内形成部分真空,于是在缸内外压力差的作用下,进气阀被打开,空气被吸入气缸内,此为吸气过程。
当活塞上行时,进气阀关闭,此时由于气缸内容积逐渐由大变小,缸内空气被压缩,压力上升,此为压缩过程。
当缸内空气压力升高到足以克服排气阀的背压(包括弹簧力)时,排气阀便打开,排出压缩空气。
由此可知,活塞在气缸内往返两个行程即构成了一个工作循环,活塞式空压机就是按这样的工作循环周而复始地工作的。
空压机的变频节能改造应用的方案一、空压机工作原理工况简述空压机工作原理是由一对相互平行齿合的阴阳转子（或称螺杆）在气缸内转动。
使转子与齿槽之间的空气不断地产生周期性的空积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送到输出侧，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齿被主电机驱动而旋转，常见大中型空压机为螺杆式或活塞式压缩机。
工作时由一台电动机带动螺杆或活塞向气罐充气，当气罐压力升至设定的最高压力时离合片动作，电机自动卸载，电机空转，螺杆或活塞停止压缩空气。
压缩机的这种工作方式带来了下列问题：1、气压最高时电机卸载空转造成电能的大量的浪费。
2、出口压力随着用气量的大小而出现正弦波式的变化，影响气动设备的性能及工作效率。
3、工作时，压缩机频繁的加卸载使设备的检修时间加长，使用寿命缩短。
4、大功率压缩机电机的频繁加卸载造成对电网的冲击。
根据以上空压机的工作特点，我们选用AC60 空压机专用一体化变频调速器对空压机进行节电改造。
二、变频改造设计要求：针对空压机系统压力控制方式不能跟随负荷变化而调节系统运行参数和能量供应，造成系统效率降低、能源浪费大、机械磨损严重等问题，以变频调速控制，对空压机的压力系统和实行变频恒压节能控制，大大降低系统能耗。
根据贵单位提供的能耗数据及现场采集数据,根据空压机现行压力值0.6Mpa-0.8Mpa，采用计算机技术和变频技术实现恒压控制，使压力恒定，同时优化主机运行环境，大幅度降低能源消耗,以节省电费开支。
根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求，空压机变频改造后系统应满足以下要求：1) 主电机变频运行状态保持储气罐出口压力稳定，压力波动范围不超过±0.02Mpa；2) 系统应具有变频和工频两套控制回路，确保变频出现异常跳保护时，不影响生产；3) 在用气量小的情况下，变频器处在低频运行时，应保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围。
空压机简单却有效的7种节能方法，受益无穷展开全文压缩空气作为制造生产企业的动力源之一，需要持之以恒连续运转来保证供气气压的稳定，这是企业生产运转的基本条件，而作为主要制造设备的空气压缩机组是承担这一任务的核心设备，不断需要连续的可靠的运转，以保证无故障稳定的运行。
既然是运转设备，就需要供电运转，耗电量大是成本增加核心。
同时在连续供气过程中，企业内部的整个供气管网系统，是否存在泄露和无效使用，让生产出来的压缩空气白白的又泄露，这是成本增加的又一个核心。
为了有效的降低空压机组的使用成本，笔者从以下几点进行说明。
1.设备技术改造中，需要关注高效能的机组，比如让螺杆式空压机取代活塞机，这是设备发展趋势。
虽然行业已经进入螺杆机时代将近二十年，但是目前国内不少用户还在使用活塞机。
螺杆式空压机与传统的活塞式压缩机相比，具有结构简单、体积小、可靠性更高、稳定、维护简单等优势。
螺杆式空压机的市场份额逐年上升，尤其是近年来节能型螺杆压缩机不断涌现，各家企业争相推出高出国家能效等级标准的产品，希望每一个设备改造中都要关注这个问题。
2.压缩空气使用过程中整个管网系统的泄漏治理。
工厂压缩空气的平均泄漏量高达20～30%，所以节能的首要工作是治理泄漏。
所有的气动工具，软管、接头、阀门，一个1平方毫米的小孔，在7bar压力下，一年差不多损失4000元。
检查空压机管路泄露、优化管路的设计刻不容缓。
泄漏压缩空气的无效利用，通过耗能，用电、用水生产的一种动力能源，让其白白的泄漏，是多么可惜的事情，希望引起企业管理者的高度重视。
3.压缩空气每经过一个设备装置后都会产生压缩空气损耗，气源压力会降低，需进行压降治理，也就是管路各段设立压力表。
一般空压机出口到工厂使用点，压降不能超过1bar，更严格的是不能超过10%，即0.7bar。
冷干过滤段的压降一般为0.2bar，详细检查各段压降，有问题需及时维护。
（每提高一公斤压力多增加7%-10%的能耗）。
浅论空压机运行的节能控制引言众所周知，节能工作直接影响生产企业的经济运行和未来的可持续发展。
让众多从实际出发，通过技术改造和升级将企业的高耗能设备的电能、热能降低至更合理范围，以起到降低能源消耗的目的无疑具有深远意义。
1. 针对螺杆式空压机耗电严重现状空气压缩机简称空压机，常见有活塞式空压机、螺杆式空压机和离心式空压机。
螺杆式空压机是利用电动机将气体通过阴阳转子的高速旋转进行压缩，使气体的压强增大，并经储气罐进行稳定和输送的设备。
空压机是公司运行设备中名副其实的耗电大户。
公司在装空压机单台电机功率260KW,采用接触器以星-三角转换方式启动运转，即：通过压力开关，检测气体压强，当超过上限时，卸载；低于下限时，加载。
空压机利用加卸载功能，以使输出气体压力控制在合理区间，保证了企业设备的正常生产需要。
但是，螺杆式空压机具有以下不足之处：1、气体压缩的过程中产生大量的热量，温度很高，散热和润滑的难度大；且需要其它辅助设备和介质强行降温，造成能源消耗浪费；2、当输出的气压达到要求时，电机卸载，此后电机将在一段时间内处于空转状态，同样浪费能源。
2.破解思路为采用PLC和变频技术相结合技术以公司压缩空气系统为控制对象，采用PLC和变频技术相结合技术，设计一套变频恒压供气系统，并引用触摸屏对供气系统进行监控和管理以保证整个系统运行可靠和安全节能，实现最佳的运行工况，从而达到节能降耗并延长设备使用寿命的目的。
PLC控制变频恒压供气系统主要有变频器，可编程控制器，触摸屏，压力变送器和现场的空压机组一起组成一个完整的闭环调节系统，本设计中有四台空压机中只有1台空压机在变频器控制下作变速运行，其余做恒速运行。
PLC根据管网压力自动控制各个空压机之间切换，并根据压力检测值和给定值之间偏差进行PID运算，输出给变频器控制其输出频率，调节流量，使供气管网压力恒定。
各空压机切换遵循先起先停、先停先起原则。
变频恒压供气系统控制流程如下:(l) 系统通电，按照接收到有效的自控系统启动信号后，首先启动变频器拖动变频空压机M1工作，根据压力变送器测得的管网实际压力和设定压力的偏差调节变频器的输出频率，控制M1的转速，当输出压力达到设定值，其供气量与用气量相平衡时，转速才稳定到某一定值，这期间M1工作在调速运行状态。
空压机节能减排改造与实践文/顾天林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，降低生产设备故障率，延长设备的使用寿命备受社会各界关注。
为了节约能源，对企业原有的空压站进行节能减排技术改造，非常有必要。
一、空压机工作原理压缩机是一种将气体压缩从而提高气体压力或输送气体的机器，螺杆式空压机的工作原理包含四个过程：1）吸气过程； 2）封闭及输送过程；3）压缩及喷油过程；4）排气过程空气压缩机在出厂时配套的排气压力调节装置，多数为关闭进气管式压力调节器。
其工作原理是当储气罐（风包）内空气压力超过设定的压力时，压缩机进气管上碟阀自动关闭，压缩机进入空转卸荷状态；当储气罐内的空气压力低于设定压力时，压缩机进气管碟阀自动开启，压缩机又进入到满载工作状态。
空气压缩机的排气量和压力，在运转中也不是不变的，常因工况变化导致用气量变化，所以空气压缩机工作时总是在重复满载－卸荷工作方式。
满载时的工作电流接近电动机的额定电流，卸荷时的空转电流约为30-50%电动机额定电流，这部分电流不是做有用功，而是机械在额定转速下的空转损耗。
这种机械式调节装置虽然也能起到压力调节作用，但是压力调节精度低，压力波动大。
压缩机总是在额定转速下工作，机械磨损大，电耗高。
空压机自身存在着以下几个缺点: (1) 当输出压力大于一定值时，自动打开泄载阀，使异步电动机空转，严重浪费能源; (2) 异步电动机易频繁的启动、停止，影响电机的使用寿命; (3) 工作条件恶劣，噪音大; (4) 自动化程度低，输出压力的调节是靠人为调节阀的开度来实现的，调节速度慢，波动大，不稳定，精度低; (5) 空压机工频启动电流大，对电网冲击大，电机轴承磨损大，设备维护量大。
针对以上存在的问题，采用变频器对空压机进行调节，实现空压机恒压运行势在必行。
二、公司螺杆式空压机现状2.1 空压站分布情况空压站主要工作是供应全厂压缩空气生产用气。
空压机结构及工作原理：空压机1、活塞式无油润滑空气压缩机活塞式无油润滑空气压缩机由传动系统、压缩系统、冷却系统、润滑系统、调节系统及安全保护系统组成。
压缩机及电动机用螺栓紧固在机座上，机座用地脚螺栓固定在基础上。
工作时电动机通过连轴器直接驱动曲轴，带动连杆、十字头与活塞杆，使活塞在压缩机的气缸内作往复运动，完成吸入、压缩、排出等过程。
该机为双作用压缩机，即活塞向上向下运动均有空气吸入、压缩和排出。
2、螺杆式空气压缩机螺杆式空气压缩机由螺杆机头、电动机、油气分离桶、冷却系统、空气调节系统、润滑系统、安全阀及控制系统等组成。
整机装在1个箱体内，自成一体，直接放在平整的水泥地面上即可，无需用地脚螺栓固定在基础上。
螺杆机头是1种双轴容积式回转型压缩机头。
1对高精密度主(阳)、副(阴)转子水平且平行地装于机壳内部，主(阳)转子有5个齿，而副（阴）转子有6个齿。
主转子直径大，副转子直径小。
齿形成螺旋状，两者相互啮合。
主副转子两端分别由轴承支承定位。
工作时电动机通过连轴器(或皮带)直接带主转子，由于2转子相互啮合，主转子直接带动副转子一同旋转。
冷却液由压缩机机壳下部的喷嘴直接喷入转子啮合部分，并与空气混合，带走因压缩而产生的热量，达到冷却效果。
同时形成液膜，防止转子间金属与金属直接接触及封闭转子间和机壳间的间隙。
喷入的冷却液亦可减少高速压缩所产生的噪音。
螺杆式空压机的主要部件为螺杆机头、油气分离桶。
螺杆机头通过吸气过滤器和进气控制阀吸气，同时油注入空气压缩室，对机头进行冷却、密封以及对螺杆及轴承进行润滑，压缩室产生压缩空气。
压缩后生成的油气混合气体排放到油气分离桶内，由于机械离心力和重力的作用，绝大多数的油从油气混合体中分离出来。
空气经过由硅酸硼玻璃纤维做成的油气分离筒芯，几乎所有的油雾都被分离出来。
从油气分离筒芯分离出来的油通过回油管回到螺杆机头内。
在回油管上装有油过滤器，回油经过油过滤器过滤后，洁净的油才流回至螺杆机头内。
浅析空压机系统节能改造方案发布时间：2021-06-02T03:47:38.337Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第4期作者：张景然[导读] 空压机作为制造厂最常用的设备之一，其所产生的廉价、适用的压缩空气能源倍受许多家企业青睐。
大唐国际托克托发电有限责任公司内蒙古自治区呼和浩特市托克托县 010206摘要：空压机作为制造厂最常用的设备之一，其所产生的廉价、适用的压缩空气能源倍受许多家企业青睐。
根据某企业统计，空气压缩系统总成本中，运转能源消耗费用约占75%，压缩系统初期购置费用仅占总成本的约12%，其高额的运转能源消耗费用无形中增加了企业的运营成本；更为严重的是，空压机主机磨损、小功率多台设备并联供气、管路布置不合理等均可造成巨大的能源浪费。
因此设计一套安全可靠、节能高效、压力稳定的空气压缩系统已成为企业的迫切需求。
关键词：空压机；能源浪费；节能高效1典型零部件结构空压机上的主要零部件有马达、联轴节、曲轴、安全阀、压力开关、温度开关以及卸荷电磁阀等。
这里我们对其中的部分主要零部件进行阐述。
马达是把电能转化成机械能，带动空压机内的运动件作往复运动。
联轴节是把空压机与电动机连接起来的零件。
常用的联轴节有刚性联轴节和弹性联轴节。
其中刚性联轴节对轴的韧性和整台机器的对中要求比较高。
空压机上的安全阀是保证空压机正常运转的重要部件。
当出口压力过高时，安全阀的阀盘就会被顶开，压缩空气经阀上的排气口排入大气，使压力不会继续升高，当排气压力降低后，在弹簧作用下，阀盘落下关闭，使压力回到安全范围。
压力开关和温度开关是空压机的重要安保部件，现在的空压机也是通过它们来收集空压机的压力和温度参数。
压力开关是来监测滑油压力的，当压力过低时就会强停空压机;温度开关是用来监测出口压缩空气的温度，温度过高也会停止空压机。
卸荷电磁阀，它的主要功能是，一有利于启动时减小阻力，降低启动电流，利于启动;二在运转的过程中将空气中的凝水（含油）可以定时排出，减少气瓶内凝水量，使排出的压缩空气水份减少;三停机时的泄放是为了使系统背压减小，利于下次启动，同时减少油水对零部件及管路的腐蚀。
空气压缩系统恒压供气节能原理
空气压缩主机、储气罐、供气管网、组成一套具有一定能量的供气系统，在空气压缩机供气系统的中，用气设备靠压缩的气体提供动力工作，一般用气设备在3.6KG就能满足使用,为了控制空气压缩系统，主机频繁启停或频繁加卸载，通常设定上限压力3.7KG，来减少主电机对电网的冲击次数和频繁加卸载对管网的压力影响次数。
由分析可知，管网供气压力大小与空气压缩系统的供气能力和用户的设备用气量有关，供气量（Qg）与用气量（Qu）平衡如下：
当供气能力Qg大于需气量（Qu），则压力（P）上升
当供气能力Qg小于需气量（Qu），则压力（P）下降
当供气能力Qg等于需气量（Qu），则压力（P）不变从以上分析式可以看出，供气量与需气量之间的矛盾可在管网的压力变化上体现出来，管网压力可以作为控制供气量与需气量平衡的参变量，也就是说只要保证空气压缩系统管网压力不变，也就能保证该供气量与需气量之间处于平衡。
因此在空气压缩系统的储气罐上安装压力传感器，在空气压缩系统的主机上安装北京中科宇杰节电设备有限公司生产的空气压缩机节电器和PID控制器组成的闭环恒压控制系统，然后设定系统压力为7公斤，节能系统将根据用气量的大小自动调节主压缩机的供气量，需多少供多少，不产生因供气过剩而出现的卸载浪费，也避免了因主机向系统供高压力气体出现的大负载损耗浪费。
通过实时检测系统运行参数（包括压力、流量、温度等），调整电动机的电源输入频率，改变电机的转速，控制电动机的输入功率，实现“所供即所需”。
制冷机的节电过程和空压机相似。
