空压机的变频节能改造

空压机为恒转矩负载，输出功率与转速成正比
技术可行性分析
• 采用变频调速方案后，空压机电机从静止到旋 转工作由变频器来实现软启动，避免了启动时 对电网的电流冲击和对空压机的机械冲击。 • 另外，采用变频调速方案时，一是要保留原有 系统的控制功能，两种模式能互相切换，确保 系统的可靠性。二是保留原有系统的保护功能， 在变频调速模式下，利用智能化控制的优势， 保护、预警、报警功能还可进一步加强。
• 为了减少电能浪费，同时保持供气量与用气量的平衡，不论是活 塞式，还是螺杆式压缩机，人们普遍在其中设置了加、卸载机构。 加载时，空压机向储气罐提供压缩气体；卸载时，空压机不向储 气罐提供压缩气体，处于“空转”状态。之所以空转而不进入停 止状态，是为了避免带载启动时强大的电流冲击和机械冲击。
• 加、卸载过程是交替进行的，加载期间，储气罐压力在上升，卸 载期间，储气罐压力在下降，总体上储气罐的压力曲线是“锯齿” 状。为了保证生产正常进行，其最小压力必须满足一定要求，这 个值我们用Pmin来表示，叫最小压力。在加载过程结束转入卸载 状态这一时刻，储气罐压力最大，用Pmax来表示，叫最大压力。 一般情况下，Pmax、Pmin之间关系可以用下式来表示： • Pmax＝(1＋δ)Pmin • δ是一个百分数，其数值大致在15%～30%之间。也就是说，在 气压上存在15-30%的浪费。这个浪费消耗的无疑是电量。 • 缩短加、卸载时间，可以减小δ，但单位时间内的加、卸载次数 必然增加，频繁加、卸载的机械冲击将严重缩短设备寿命。另外， 频繁加、卸载过程也要加大电能的消耗。 • 以上所述的气压波动过程中存在的“富裕气压”，所浪费的电能 约占空压机总耗电量的10-15%。 • 卸载期间电力消耗实际上是百分之百的浪费。空压机卸载时的能 耗约占全部能耗的5%～15%。 • 以上分析的电能浪费，是空压机节能改造的客观基础条件。很明 显在加、卸载供气控制方式下，空压机存在着一定的节能空间。
往复式
回转式离心式轴流式来自螺杆式剖面图旋转螺杆式压缩机的 工作原理
螺杆式压缩机属於容积式压缩机，其活塞采用螺杆的形 式； 这是现今使用的最主要压缩机类型。 螺杆压缩元 件的主要部件是凸形转子和凹形转子， 这两个转子相 互靠近移动，使它们之间及腔内的体积逐渐减小。 螺 杆式的压力比取决於螺杆的长度和 外形以及排气口的 形状。
• 节电空间分析
LPK-380系列空压机变频节能控制系统
• 各工、矿企业在选择空压机时，为了保证在任何情况下都能使生 产正常进行，必须按照厂里的最大生产工况来设计空压机的装机 容量，实际安装的空压机，由于种种原因，其额定供气能力要比 最大的用气量大10%左右。而在实际生产过程中，绝大多数情况 下只能用到额定供气量的50%—60%，甚至更低。这一普遍现象 造成了电能的严重浪费。
与此同时，在工作轮中心，由于制冷剂蒸气不断流向工作轮外缘，因而形成一定的 真空度，则将低压制冷剂蒸气从吸入管不断吸入。以上所述，就是单级离心式制冷压 缩机不断吸入低压蒸气和排出高压蒸气的工作原理。由于这种压缩机只有一个工作轮， 以及制冷剂蒸气沿工作轮外缘的切线方向流出是靠其本身的惯性离心力作用，所以称 它为单级离心式制冷压缩机。
应用效果
• 对实际应用中有加卸载装置的大型空压，节能率可达 到15-20% ; • 消除了传统空压机启动和卸载非经济运行时段，大幅 度节约电能，稳定电网供电的同时，也有效的保护了 电机和空压机相关部件; • 减少设备磨损，延长了空气压缩机使用寿命; • 根据现场用气状况，提供精确、稳定的供气压力，能 很好的满足生产工艺的需求，有利于提高产品的一致 性和合格率，保证了产品质量; • 全自动控制，操作简便，完善的各项保护功能，无需 专人看护; • 根据现场实际用气状况，设备可以自行启动或休眠， 可常年自主工作.
技术可行性分析
• 目前，变频器技术相当成熟。如果将空压机在变频状 态下运行，一是能做到恒压供气，避免气压波动造成 的电能浪费；二是停用加、卸载控制，取消卸载运行 模式，避免原来卸载期间的电力消耗。 • 在变频调速方案中，我们把储气罐压力作为控制对象， 通过压力变送器将储气罐的压力P转变为电信号送给智 能控制器，与用户的压力设定值进行比较运算，算法 可采用PID控制模式，也可采用模糊控制技术。运算 结果产生控制信号（电压或电流）去控制变频器运行， 变频器控制电机的工作频率与转速，从而使储气罐的 实际压力始终恒等于用户设定的压力。
空压机的变频节能改造
王军
空压机的分类
• 空气压缩机按工作原理可分为速度式和容积式两大类。 • 速度式：是靠气体在高速旋转叶轮的作用，得到较大的动能，随 后在扩压装置中急剧降速，使气体的动能转变成势能，从而提高 气体压力。速度式主要有离心式和轴流式两种基本型式。 • 容积式：是通过直接压缩气体，使气体容积缩小而达到提高气体 压力的目的、容积式根据气缸测活塞的特点又分为回转式和往复 式两类。氧舱配制的空压机多数采用容积式。
螺杆元件没有装备任何阀门，不存在产生不平衡的机 械力。 因此可以在 高的轴速下工作，而且可以兼顾大 流量和小的外部尺寸
螺杆式工作示意图
螺杆式空压机原理图
往复式压缩机
活塞式压缩机结构图
活塞式压缩机工作原理
活塞式压缩机属於最早的压缩机设计之一， 但它仍然是 最通用和 非常高效的一种压缩机。活塞式压缩机通过连 杆和曲轴使活塞在气缸内向前运动。 如果 只用活塞的一 侧进行压缩，则称为单动式。 如果活塞的上、下两侧都 用，则称为双动式。
单极离心式制冷压缩机开动时（一般用电动机带动），工作轮就高速成旋转，后弯 式叶片通道内的制冷剂蒸气获得动能也作旋转运动。由于制冷剂蒸气本身的惯性离心 力作用，它就不断地沿工作轮外缘的切线方向流出，流经扩压器而入蜗壳，然后由压 出口排出。由于扩压器是一个横截面逐渐扩大的环形通道，所以当制冷剂蒸气流过时， 流速降低，压力提高，变即为动能减少、静压能增加。当制冷剂蒸气由扩压器进入蜗 壳内，由于蜗壳的截面积变随气流方向而逐渐扩大，因此制冷剂蒸气流过蜗壳时，使 流速进一步降低，而压力得到进一步提高。显然，扩压器和蜗壳均为转能装置。
离心式原理图
单级离心式制冷压缩机的工作原理
单级离心式制冷压缩机的工作原理与活塞式制冷压缩机有根本的区别，单级离心式 制冷压缩机不是利用活塞在汽缸中压缩制冷剂蒸气使其容积减小的方式来提高其压力， 而是依靠制冷剂蒸气本身的动能变化来提高其压力。带有后弯式叶片的工作轮（叶轮） 紧装在轴上，工作轮是离心式压缩机的重要部件，因为只有通过它才能将能量传给制 冷剂蒸气。为了防止漏气，轴和机体之间有良好的轴封。机体上装有固定的由叶片构 成的扩压器。从轴中心来看机体，它具有蜗牛壳的形状，帮称它为蜗壳。单级离心式 制冷压缩机的制冷剂蒸气吸入口在轴中心的位置，而压出口则在蜗壳的切线方向。
活塞式压缩机的用途非常广泛，几乎没有任何限制。 它 可以压缩空气，也可以压缩气体，几乎不需要作任何改动。 活塞式压缩机是唯一一种能够将空气和气体压缩至高压， 以适合 诸如呼吸空气等用途的设计。 活塞式压缩机的配置可包括从 适用於低压／小容量用途 的单缸配置，到能压缩至非常高压力的多级配置。 在多 级压缩机中， 空气被分级压缩，逐级增大压力。
空压机的分类
• 回转式：活塞作旋转运动，活塞又称为转干，转子数量不等，气 缸形状不一。回转式包括有转子式、螺杆式、滑片式等。
•
往复式：活塞做往复运动，气缸呈圆筒形。往复式包括有活塞 式和膜式两种，其中活塞式是目前应用最广泛的一种类型。氧舱
用空压机绝大多数采用活塞式。
空压机的分类
压缩机
制冷压缩机 空气压缩机及 化工流程压缩机 容积型 速度型
整机测试试验
• 工频模式测试： 上限压力：5 Bar 下限压力：3.5 Bar 运行时间：3897s 停机时间：3520s 运行频率：50 HZ 耗用电量：2.025 KWH 开机时间：7417 • 变频模式测试： 运行压力：3.5 Bar 运行频率：自动调节 开机时间：7232s 耗用电量：1.8 KWH