長期以來，空氣壓縮機(jī)（以下簡稱空壓機(jī)）一直采用降壓啟動，以工頻恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行模式進(jìn)行工作,因選擇空壓機(jī)時(shí)是根據(jù)壓縮空氣蕞大需要量來確定的。為保證用氣壓力在一定范圍內(nèi)，空壓機(jī)要根據(jù)用氣需求量經(jīng)常改變運(yùn)行方式。常見的有采用進(jìn)氣閥門控制的方法，即當(dāng)管路壓力達(dá)到設(shè)定壓力上限時(shí)，進(jìn)氣閥門關(guān)閉，空壓機(jī)處于空載運(yùn)行，雖然在電動機(jī)帶動下運(yùn)轉(zhuǎn)，但不輸出壓縮空氣,管路壓力不再上升；當(dāng)管路壓力達(dá)到設(shè)定下限時(shí),進(jìn)氣閥打開，輸出壓縮空氣，管路壓力上升。如此往真，整個(gè)運(yùn)行過程電動機(jī)保捋運(yùn)行，但空壓機(jī)不時(shí)地進(jìn)入空載運(yùn)行，出現(xiàn)頻繁起動，造成能源浪費(fèi)。由于設(shè)計(jì)時(shí)空壓機(jī)不能排除在滿負(fù)荷狀態(tài)下長時(shí)間運(yùn)行的可能性。所以，只能按蕞大需求來選擇電動機(jī).故電動機(jī)容量一般較大。在實(shí)際運(yùn)行中，輕載運(yùn)行的時(shí)間往往所占的比例是非常高的，這就造成較大的能源浪費(fèi)。本文就空壓機(jī)系統(tǒng)節(jié)能降耗的一些具體途徑進(jìn)行了探討。
一、 優(yōu)化空氣壓縮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
實(shí)行空壓站集中供氣，不僅便于管理，節(jié)約投資,還可以提高設(shè)備的利用率，更方便地調(diào)節(jié)供氣壓力和供氣量，滿足生產(chǎn)的需要。設(shè)計(jì)時(shí)，首先要根據(jù)用氣裝置的分布情況，各裝置用氣時(shí)間和用氣壓力的情況，盡可能地避免輸送管道過長而引起的較大的阻力損失和泄漏損失，而設(shè)計(jì)一個(gè)或兩個(gè)甚至更多的空壓站，實(shí)行分片供氣或分片聯(lián)網(wǎng)供氣，同時(shí)空壓站的位置應(yīng)該位于該片供氣系統(tǒng)的中心，并盡量離用氣量多的或用氣壓力高的裝置近一些。其次，對輸送管道的設(shè)計(jì)也要認(rèn)真對待,盡量做好在沒有障礙物的情況下，管道越短越好；為盡量降低泄漏率，管道鋪設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先采用輻射狀而少采用樹枝狀方式輸送壓縮空氣；優(yōu)化保障重點(diǎn)裝置的供氣壓力和供氣量。最后,設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮空壓機(jī)的運(yùn)行環(huán)境，盡可能降低吸氣溫度，保障吸氣清潔度，并配備良好的冷卻系統(tǒng)。
二、 變頻調(diào)速方式
1、變頻調(diào)速的工作原理
變頻調(diào)速技術(shù)是一種以改變電機(jī)頻率和改變電壓來達(dá)到點(diǎn)擊調(diào)速目的的技術(shù)，空壓機(jī)所使用的電動機(jī)通常為交流異步電動機(jī)，其輸出轉(zhuǎn)速為：
N=60f(l-s)/p........................ (1)
n—電動機(jī)的轉(zhuǎn)速
f—電源的頻率，Hz
p—電動機(jī)的極對數(shù)
s—電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率，(0-6%)
由交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式(1)可知,只要設(shè)法改變?nèi)嘟涣麟妱訖C(jī)的供電頻率f,就能十分方便地改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速n。而當(dāng)轉(zhuǎn)差率s變化不大時(shí)，交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n基本與f基本成正比，即當(dāng)調(diào)節(jié)供電頻率時(shí)便可調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這是變頻的理論基礎(chǔ)。因此采用變頻調(diào)速器來改變電動機(jī)的供電頻率,也就改變了電動機(jī)轉(zhuǎn)速,同時(shí)也改變了空壓機(jī)氣缸的運(yùn)動頻率，進(jìn)而改變了空壓機(jī)輸出的氣體壓力，達(dá)到調(diào)節(jié)空壓機(jī)輸出氣體壓力的目的。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在變頻調(diào)速時(shí)，只要磁通φ保持不變，則電源頻率f就與電機(jī)定子電壓成正比，那么電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率就隨看電源頻率的變化而變化。當(dāng)電源頻率減小時(shí),電機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之減小，改變定子側(cè)的輸入電壓,即可調(diào)節(jié)電動機(jī)的頻率，這就是恒壓頻比(v/f)的控制方式。該方法實(shí)現(xiàn)起來簡單，便于控制在調(diào)速性能要求不是很高的場合，也是目前廣泛采用的一種調(diào)速方法。
空氣壓縮機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣控制時(shí)，系統(tǒng)原理如圖1所示。
該系統(tǒng)的說明：它以輸出壓力為控制對象，由壓力變送器取出的反饋信號接到本身具有PID調(diào)節(jié)功能的變頻器上，與預(yù)設(shè)的壓力給定信號進(jìn)行比較，經(jīng)PID調(diào)節(jié)后綜合信號接到變頻器的輸入給定端,從而按壓力的變動量決定電機(jī)M的工作頻率和轉(zhuǎn)速的大小，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)的方式。
2、變頻調(diào)速節(jié)能分析
(1)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載類應(yīng)用
恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載即不管轉(zhuǎn)速如何變化，負(fù)載轉(zhuǎn)矩是恒定的。其公式如下：
P二K*T*n................ (2)
式中：P為軸功率，K為系數(shù)，T為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，n為轉(zhuǎn)速。
從公式(2)可以看到，軸功率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)后，如當(dāng)由于工藝的需要而降低電機(jī)轉(zhuǎn)速n至額定轉(zhuǎn)速的80%時(shí)，相應(yīng)的電能消耗降低為原來的80%。
(2)變轉(zhuǎn)矩負(fù)載類應(yīng)用
通過流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)設(shè)備均屬變轉(zhuǎn)矩負(fù)載,其轉(zhuǎn)速n與流量Q,壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n,H∝n2,P∝n3;也就是說，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速稍有下降時(shí)，軸功率將大幅下降。如當(dāng)流量為額定流量的80%時(shí)，Pn僅為O.51Pe,即電機(jī)軸功率僅為額定功率的51%,下降近—半。因而當(dāng)變頻器應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等負(fù)載，當(dāng)流量有變化時(shí)就能夠節(jié)能，且節(jié)能效果非常顯善。
三、余熱回收原理
對于空壓機(jī)來說，其輸入能源的80%左右將轉(zhuǎn)化為熱能，如果根據(jù)相應(yīng)類型空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行改造，將其熱量回收，就可以變廢為寶，將原本排入環(huán)境的熱量收集利用，減少用于其他用途加熱的燃料消耗量。熱回收原理如 圖2所示。
基于余熱回收的原理，我們通過在空壓機(jī)的油路中增加換熱器及相應(yīng)的控制裝置，將全部或部分原本由油冷卻器排風(fēng)扇帶走的熱量收集起來，對冷水進(jìn)行加熱，從而減少了原先加熱所需的能源。冷卻器進(jìn)口油溫大概為85~100℃,通過安裝相應(yīng)的換熱器,使用逆流換熱和合適的油溫和水溫控制措施,將出口水溫提高到65~80℃,同時(shí)保證壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。具體的熱回收系統(tǒng)流程如圖3所示。
四、提高空壓機(jī)的運(yùn)行效率
提高空壓機(jī)運(yùn)行效益的關(guān)鍵，是提高空壓機(jī)的排氣量。影響空壓機(jī)排氣量的因素很多，通過運(yùn)行實(shí)踐，可以從下面幾方面著手,取得很明顯的效果。
1. 保證良好的吸氣環(huán)境和冷卻條件。加強(qiáng)吸氣點(diǎn)的通風(fēng)，定期清洗更換吸氣過濾網(wǎng),既能減少阻力又能有效地阻止大氣中的粉塵進(jìn)入氣缸，防止粉塵加劇轉(zhuǎn)子的磨損和破壞氣閥的氣密性而造成的內(nèi)漏。因?yàn)槿魏我患壍奈鼩鉁囟忍岣?排氣量就減少2%左右，幣功率并不減少，所以冷卻水蕞好采用經(jīng)加氯、加藥處理的循環(huán)水或軟化水，保證熱交換器的冷卻效果，并確?？諌簷C(jī)所需的冷卻水量和水壓。
2. 搞好維護(hù)保養(yǎng)，合理確定維修周期，嚴(yán)格要求維修質(zhì)量。定期清洗空氣過濾網(wǎng)、空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)，定期修理或更換空濾、油濾、油分和潤滑油；并由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行維修質(zhì)量檢查，確保檢修后轉(zhuǎn)子間隙控制在合理范圍內(nèi)。
3. 加強(qiáng)運(yùn)行管理，將檢查落實(shí)到實(shí)處。操作人員要求對各級冷凝器、各輔助設(shè)備及時(shí)排水、排油和排塵，確保各閥件不漏氣；要及時(shí)檢查和調(diào)節(jié)冷卻水水壓和水量，保證冷卻水進(jìn)出水溫差大于10℃,中間冷卻器出口氣溫小于40°C;要仔細(xì)檢查各氣閥工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理或匯報(bào)。
空氣壓縮系統(tǒng)的節(jié)能降耗，直接影響企業(yè)的生產(chǎn)成本和投資效益，通過優(yōu)化空氣壓縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用變頻調(diào)速技術(shù)和余熱回收技術(shù)，加強(qiáng)對空氣壓縮系統(tǒng)運(yùn)行管理，提高空壓機(jī)的運(yùn)行效益和加強(qiáng)對空壓機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)等措施，我們可以取得十分明顯的節(jié)能效果。
