螺杆式空压机变频节能改造研究

廖凌

摘 要：文章根据在具体生产运用中螺杆式空压机出现的问题，提供对其实施节能改良的相关技术规划，实现有效的节能降噪，为安全节能的运转螺杆式空压机提供保障。

关键词：螺杆式空压机；变频调速；节能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.021

1 螺杆式压缩机的工作原理

螺杆式压缩机具有四个操作程序：吸气、密封和运输、压缩、排气。在壳体内回环往复运动期间，螺杆与壳体的齿勾互相咬合，通过进气口将空气和机油吸进来，经过齿沟咬合面的旋转将油气密封并运送到排气口；在传输阶段内，油气因为齿沟咬合间缝隙的减小而被压缩；当齿沟咬合面旋转到壳体排气口之时，油气混合气体经过高压被排出机体。图1演示出单螺杆压缩机的操作原理：

2 螺杆式压缩机的控制原理

工程一般将压力继电器装配在后面的管道上，由此运行和支配空气压缩机。当开动空压机时，加载阀为停止状态，加载气缸停止运转，空压机的进气口被关闭，开始运行电机空载。当开始运转空压机后，若后面装备具有很大的用气量，而压缩的气压力在储气罐和后面的管道中没有到达压力的最高值，就会使空气器开动加载阀，将进气口打开，使电机负载运转，持续提供压缩器给后面的管道。若后面的用气装备不再需要用气的时候，压缩气压力在后面管道和储气罐中持续增大，压力值到达最高限定值时，压力控制器就会给出进行卸载的信息，加载阀停止，进气口被关闭，开始电机空载运转。

3 螺杆空压机节能改造

3.1 冷却系统的节能改造

节能改良之后，普通规模的螺杆空压机在大多数时间内都运转于额定功率之下，这个过程中气量是不高于额定气量的，产生的热负荷自然低于额定功率工作条件下生成的热负荷，要是依旧使用定速风扇来冷却，也就是依旧使用固定容量的冷水来冷却及水冷机器，那么压缩机油就会出现冷却过度的现象，产生凝水而诱发油乳化现象的出现。因此，进行节能改良螺杆压缩机的时候要进行整体的考虑，需要同时改造冷却系统。只有经过这样的处理，才能保证改造之后的螺杆空压机安全可靠运行。除此之外，改造冷却系统的节能效果会更加显著，这是因为冷却水泵或者是风扇的负载同功率以及转速的立方存在正比例关系，由此可见转速给功率产生的影响。一般情况下，对螺杆压缩机进行水泵或者是风机系统改造，能够减少30%左右的能耗。

3.2 确定变频机工作频率

在对螺杆空压机的变频工作领域进行设定的时候，需要设置合理的频率最高值和最低值。通过有关研究试验数据发现，当频率降低额定功率20%之时，系统工作效率开始显著降低。从电机的运作特点来说，压缩机具有恒转矩性，若电机一直长期运作与额定功率20%以下，工作电流就会始终保持在额定电流周边。同一时间内，由于一般的异步电机使用的是自冷的方式，因此，也需要十分关注一直运转在额定功率20%阶段时的散热。75kW的螺杆空压机在调节工作频率的时候应当在额定功率的20%-100%。超过75kW的螺杆空压机，在调节频率范围的时候应当在额定功率的30%-100%。

3.3 变频节能分析

空气压缩机中被压缩空气的输出压力是变频调速系统的管控目标，闭环恒压控制体系由变压器、压力传感器、PLC、电动机所构成，工作压力值在操作面板上直接设定，实际压力通过传感器来检查，将其更换为电流信号后回馈给变频器，利用内置的PID实施比较计算，由此调整输出频率，调整电动机的转动速度，由此完成对电动机输出功率的调整目的。因此，只须对电动机的转动速度进行调整，就能够调整电动机轴的输出功率，从而也调整了空气压缩机的输入功率，使其制风量和用风量相符合，实现进行恒压供气和节能的目标。其运行流程为用所需的制风量转为模拟电量去改变输入电动机运转，降低电源不必要损耗而达到节能的目的。

3.4 空压机变频改造后特性

（1）通过设计特殊的电路和设定参数，使改良后的空气压缩机保证不会存在经常出现的故障问题，如机组共振、突发喷油、轴承的温度太高、出现谐波干扰等，确保空气压缩机得以更为安全、稳定的运转。（2）对系统压力进行及时跟踪，按照特别设定的算法对电动机的转速进行持续的调节，确保固定的输出压力。有效的优化机组的运作状态，使机组加载率有所提升，使大多数时间下的机组都运转与加载模式下，减少主机荷载变化，使进气系统构件和主机的使用期限能够有所延长。（3）让输出的压力处于稳定状态，由此减少机组的压力值，使因为设置太高的压力而出现的不必要的能源消耗得到降低。

（4）电动机实现真正的软起动，起动电流控制在额定电流之内，改善了星三角起动时对机械元件、电气元件的强大冲击，从而极大的降低维护成本。（5）也可以按照空气压缩机的油温的状态、特定的曲线来调整和控制空气压缩机组的散热系统，避免因为增加了润滑油含水量而使压缩机的冷却效率和机组使用年限受到影响。（6）與全速运转相比，伴随降低的电动机运转速度，能够极大的减少空气压缩机的噪音，此外，因为空气压缩机的卸载时间被大幅度缩减，相应的也极大程度上减少了卸载时的放空噪音。（7）具有良好的耐高温特性，能够适应最高50℃的环境下达到最大输出。（8）具有完整的自我诊断和安全防护功效，使供气安全得到保障。

4 变频螺杆式空压机节能改造后的效益分析

以我们公司110KW的螺杆式空压机为例：

加载运转空气压缩机的电流在改良前是240A，运转时间为2mIn，卸载时运行电流110A，运行时间4mIn。改良之后，空压机频率一般为30至45Hz，运行电流平均120A，没有卸载时间，基本不会停机。用电量分析：每天工作24h，每月30d。

改造前为W=1.732×I×U×24×30/1000=72661kW/h

改造后为W=1.732×I×U×24×30/1000=56865kW/h

由上可计算出，改造后一台压缩机每月可节电W=15796kW/h每度电按0.58元计算，每月节省电费9161元。

参考文献：

[1]肖鹏.空压机变频节能改造方案[J].科技经济导刊，2016（24）：74.

[2]李军.试论螺杆空压机节能改造的技术措施以及经济效益[J].科技经济导刊，2017（06）：98.endprint