螺杆式空气压缩机能耗特性及表面光滑管道的节能方案

2018-08-15孙春华

建材与装饰 2018年36期

孙春华

（唐盛国际机械（昆山）有限公司上海分公司上海 200000）

1 空气压缩机耗能概述

要想了解到空气压缩机耗能高的原因并不容易，国内外许多的专业人士都做了许多努力，进行了许多的研究工作。有研究人员从热力学角度对空气压缩机的耗能问题进行了探究，分别分析了进气温度和压力对空气压缩机耗能情况的影响，结果发现空气压缩机耗能高的主要因素是进气温度；有其他研究人员对空气压缩机的能耗问题做了探究，之后发现空气压缩机的节能空间还是挺大的，此外，还针对变频技术对空气压缩机节能产生的作用进行了介绍；有研究人员把空气压缩机的能耗分为了三个阶段：①压缩前电动机损失的热能；②压缩时因工况偏离等温压缩所造成的能耗；③压缩之后换热器和管道里的阻力造成的能耗。并指出可以在能耗较高的阶段通过一定手段对能量进行回收，以此达到节能的目的；有人选择的方法则是对压缩空气管道上的流动参数进行测量，测量后画出流量-压强曲线，并且兼顾管道是否粗糙、管道内径大小这些因素，从而得出流量不等时管路的沿程阻力能耗是多少，之后发现空气压缩机的能耗和管道是否粗糙具有很大的关系；有研究人员通过监测活塞式空气压缩机的能耗情况得出结论，即空气压缩机的能耗和排气压力具有密切关系，表现为排气压力越大，能耗就越多；有人则是通过空气热力学对其进行研究，研究了活塞式空气压缩机的能耗是否和空气的湿度有关，结果发现当空气压缩机进气的湿度越大，能耗就越高。通过以上资料发现，现在国内外的研究人员对空气压缩机的研究重点是离心式空气压缩机或者活塞式空气压缩机，研究的方面较为片面，几乎没有人对螺杆式空气压缩机进行分析研究，所以，有关螺杆式空气压缩机的能耗问题还需要更多的研究和探讨。

2 空气压缩机的工作原理

空气压缩机分为两种，分别是速度式和容积式。速度式空气压缩机工作原理就是通过外在的手段，使气体的流动变得越来越快，当气体进入扩压装置时再立刻减速，利用这种方式来将气体动能转化成气体静压能，从而达到提高高压气体的压力的目的。而容积式空气压缩机和速度式的工作原理有所不同，其主要是将空气体积压缩，然后使气体压力提升[1]。

比较容易看到的容积式压缩机就是螺杆式空气压缩机，其工作原理一般是：利用两个彼此平行的齿合的阴阳转子，在对应的气缸里面转动，使转子的齿槽里面的空气持续发生周期性改变，那么空气就会慢慢地沿着转子轴线，从吸入的一面流动到输出的一面，也就实现了空气压缩机吸气、压缩和排气的全过程。在空气压缩机里面，进气口和出气口被设计在壳体的两侧，里面的阴转子槽和阳转子槽被主电机驱动而开始运转。

3 空气压缩机节能方案

要想对空气压缩机进行节能型改造，就必须兼顾空气压缩机的控制调节系统和机械系统：①分析机械系统这方面，重点要做的就是将系统优化并不断完善系统。这样才可能使管网阻力减少，从而降低能耗；②控制调节系统这部分的工作也很重要，这部分重点是要合理选择流量，还要做好调节工作。在我国，调节空气压缩机流量，主要就是对压缩机间歇控制运行进行调节，还有吸气调节、无极变速调节和气缸卸载等。如果空气压缩机是在间歇性运行，就会使空气压缩机起停的频率增加。出现这种现象，就会使能耗增加，也会使电网更加波动。并且还会影响设备的使用寿命。而气缸卸载，除了会浪费能量，还会使设备出现磨损，额外提高运营成本。

现在无级变速调节的应用已经非常广泛，无级变速调节也叫做变频调节技术。通过变频器来改变电机输入电压时的频率，从而更好地掌握电机的转速，最后能够更好的控制电机输出功率和空气压缩机的输入功率。利用这种方法，可以让空气压缩机的制风量与实际风量更好的匹配。这样就可以使电机转速持续进行调节，继而让空气压缩机更好地运转，使空气压缩机的工作效率得到大的提高。最后达到降低空气压缩机能耗的目的。

4 螺杆式空气压缩机的节能改造方法

4.1 改造方案

分析一下某公司的螺杆式空气压缩机，其空压站内有3台，空压站外面有一台，持续为约3.2万m2的厂房提供用气，全天24h工作。一般开启2台工作，另一台待机。假如是在晚上，一般只要一台就可以满足用气量。通过对工作中的空气压缩机的一些数据进行分析，了解到空气压缩机的载率在40%左右，也就是有一半多的时间是处于休息状态。如果在空气站内增加一个变频调速柜，让变频器一拖三，就可以实现3台空气压缩机变频/工频之间的切换[2]，具体如图1所示。

图1 改造后空气压缩站系统配置情况

4.2 压力调整

为了更好地加强节能效果，可以在对变频改造前，对空气压缩机压力参数做一些修改，从而让管网的不同空压机的压力设定值产生差异，关于空气压缩机也可以采取全部启动的方法，这样就可以避免出现有的压缩机启动无效的情况。假如让2台设备一起加载，那么补气机就会更早地实现卸载值0.76MPa，然后开始卸载，那么主供气机就可以接着加载，来保证系统的用气量。当系统正常运转时，只要气压还不曾降低到需要补气机加载的值，补气机就处在停机的状态，这和主供机是不是卸载状态没有关系。这时，就可以开启补气机。另外，当把3台设备一起启动时，同样是用这种方法，那么就可以利用人为的方式对空压机的状态进行控制，让其轮流成为主供气机。

4.3 变频设定压力值和空压机设定压力值之间的关系

当空气压缩机被变频改造过后，其开动方式、加载方式以及卸载方式都没有什么变化，而这对变频器的调节系统是有影响的，导致其气压和目标值间的距离越来越近。而变频器的气压值对主机和补气机都具有重要的影响，所以应该引起高度重视。并且，当空气压缩机在变频加载时，其频率会比较慢，而频率的快慢对用气系统增压度有很大影响。所以，设定加载压力值时应该稍微提高一点，比如提升0.05MPa。系统用气压力的最小值为0.6MPa，通过分析管路压力传递延时造成的损失，应该把空气压缩机供气加载值定为0.65MPa。

对空压机目标压力值进行设定时，一定要考虑其范围，一般应该设定在加载值与卸载值之间，而且要稍微高于主机加载值，只有这样才可以保持系统处于低压节能状态。设定变频目标时，需要确保其压力值在0.71MPa。