矿山空压机变频调速技术节能应用研究

（云南云安矿山设备检测检验有限公司，云南 昆明 650217）

空压机是矿山开采工作中的主要设备之一，能够为风动设施提供动力。动力用空压机的耗电量非常大，在矿山企业的快速发展中，提高经济效益，降低生产成本成为当前急需解决的一个问题。在空压机中使用一台变频器，实现多台空压机同时变频节能的目标，分析变频节能改造后的系统运行特点，提高空压机的技术经济指标，降低空压机的能耗。

1 空压机变频调速的实现方案

（1）改造前的运行情况分析。某矿山企业中共有4台v-0.3/8型的活塞式空压机，排气量0.3m3/min，压力0.8Mpa，转速820 r/min，电机功率3/4KW/P，活塞缸径×缸数×行程Φ65×2×46(mm)，重量105KG，参数（长×高×宽）1050×390×720（mm）。每台空压机上装有一台电机降压起动装置，在实际运行中，工作人员每小时检查一次空压机各参数仪表指示，根据仪表指示值确定是否手动启、停空压机。人工手动开关空压机没法保证供气量的连续调节，一旦用气量发生变化，供气压力会产生较大幅度的波动，工作人员面对着繁琐的工作容易造成误操作，损坏设备。

（2）变频节能改造思路。根据当前空压机技术的发展水平和国外先进技术，在空压机的变频调速系统中进行节能改造，首先需要选择一台ABB变频器与电机轮换驱动两台空压机，检测储气罐内的压力，对系统中的压力进行闭环控制，自动调节空压机的运转台数与转速。变频节能改造后的空压站控制系统主要由微机控制参数监测管理系统和恒压变频调度系统组成，空压站控制系统在运行过程中，压力变送器YB能够通过可编程控制器控制空压机的运转台数，使总管压力P接近设定压力P0。将空压机运用到用风系统中，一台空压机变频运行可以保证恒压供风；用风系统单台空压机供风量不足时，可将变频器运行频率升高50Hz，将原先变频运行的空压机转为工频运行，重新启动另一台空压机变频运行维持恒压供风。变频器能够完成两台空压机的启动，实现带载软启动，降低冲击电流对空压机造成的影响。

（3）实现微机监控参数的功能。在空压机中进行变频节能改造需要提高系统中微机监控的功能性，使用传感器检测空压机的温度、压力、流量和电量等主要参数。然后，经过转变和变送电路转换为标准信号传输给计算机系统，计算机系统实时显示和定时打印出危机监控参数，必要的时候进行报警提示。为降低变频调速系统的开发难度，可以采用MCGS监控组态软件实现参数监测管理系统，系统对每台空压机的一级排气温度过温、二级排气温度过温和电机温度过温一级润滑油压力低等情况进行报警，延时停机功能。当参数检测管理系统越限，报警信号指示时，会在显示画面上出现报警提示；如果出现连续越限的情况，会自动停机，发出声音报警信号[1]。

2 变频节能改造后空压机的运行状况

（1）风压幅值变化小。对矿山空气压缩机进行变频节能改造后，在工频运行中，压力在0.348Mpa～0.523Mpa区间变化，变化幅值为0.154Mpa；使用变频运行后，压力在0.486Mpa～0.53Mpa区间变化，变化幅值为0.033Mpa。风压幅值变化小，使用风负荷稳定，供风质量好。

（2）噪音低。经过变频节能后，机房平均噪音为72OB（A），使用变频排气时的平均噪音比使用工频排气时的平均噪音低9.121OB（A），不排气时平均降低噪音4.619OB（A）。空压机在运行中产生的噪音明显变小了，改善了矿山开采人员的工作环境。

（3）操作简便。当前的空压机操作简便，起动性能好，方便工作人员操作和使用，提高了矿山开采的效率。

（4）延长设备使用寿命。变频器具有保持恒定值的优点，能够使空压机的压力、转速和功率达到动态匹配，降低转数。将空压机的转数保持在220r/min～584r/min之间，有效减少了机械磨损，延长了空压机的使用寿命。

（5）提高运行稳定性。原电控和改造后电控系统可以相互备用，完善了系统中的保护措施，提高了运行可靠性[2]。

（6）节能效果好。经过变频节能改造后的空压机节能性特别好，据调查统计，使用工频运行时润滑油平均每小时105g，而使用变频运行每小时只需要42g。每次运转中能够节约40%左右的润滑油，提高了矿山企业的经济效益。

3 节能效果分析

（1）超过Pmin的压力所消耗的能量。Pmin是保证用气设备正常工作的最低压力，当管网压力到达一定值时，空压站会重新开启吸气阀。经过改造后的系统对气体所做的功用W=Pmin·Qmin表示，假设改造前压力常年工作在P1附近，那时空压机做的功为W=（Pmin+ΔP）(Qmin+ΔQ)，ΔP=δPmin，ΔQ≈Qo- Qmin。系统改造后的节能率η=（W1-W）/W1=（1+δ）2-1。δ是一个百分数，数值一般在15%～30%之间，需要将压力设定在满足设备用气的最低压力值Pmin附近。当δ分别为10%、15%、20%、25%时，节能率η分别为21%、32.5%、44%、56.3%，超压部分的节能潜力较大。

（2）电机起动消耗的能量。空压机是大转动惯量负载，电机空载起动需要的功率相当于电机满载运行时消耗功率的2倍～3倍，耗时1min。这部分消耗不记在空压站的主要消耗中，在部分依靠频繁起动控制排气量的空压站中，能耗会比较大。

（3）调节方法不合理产生的能量。正常情况下，当压力达到Pmin时，空压机关闭吸气阀使电机空转，以此来调节排气量。不过，空压机在空转中会带动活塞做往复运动，此次空压机产生的能耗占空压机满载运行的30%～50%。通过节能改造，将这部分能量节省下来，会产生较大利益。随着变频技术的不断发展，变频调速技术在空压机中的应用越来越广泛，将来空压机会往大调节范围、高性能方向发展，大型空压机采用变频调节技术将成为节能使用压缩机的发展趋势。通过变频节能改造，排除了机械传动方式产生的能量损失，对全范围内的转速进行控制，实现增风量运行。

（4）节能发展动向。变频调速技术作为空压机节能措施的有效方法之一，在多台空压机的使用场合应用广泛。一台变频器可以根据实际使用空气量自动选择需要的机械台数，避免多台空压器同时运转造成的巨大浪费，简化工作人员的管理 工作，均衡空压器的运行时间。搞好资源利用，提高压缩空气的经济性。在空压机中建立加热系统，回收空压机产生肺热方案，实现节能，提高矿山开采的经济效果。

4 结语

在此次研究中利用微机控制管理系统和一台变频器实现多台空压机的变频节能改造，降低矿山企业的投资成本，实现最佳的节能效果。空压机是矿山电力消耗的主要来源之一，使用变频调速技术降低了空压机开机和关机时瞬时电流冲击对设备和系统的影响，选择适宜的气量与起动调节方式，保证设备能够平稳运行。

[1]李金利.矿山空压机变频调速技术节能应用研究[J].现代制造技术与装备,2010,(3):30,42.

[2]施生才.变频调速技术在空压机中的应用[J].自动化应用,2014,(2):58-59.