浅谈基于系统性能分析的压缩空气系统变频技术研究和应用

 螺杆空压机是一种定容、回转式压缩机，主要通过螺杆的啮合和回转运动，完成吸气-封闭-压缩-排气周期。其优点是坚固耐用、维护方便，其缺点是输出压力不甚稳定，同等条件下的能源效率不及活塞空压机。螺杆空压机又分为双螺杆空压机和单螺杆空压机，目前市场占有率较大的是双螺杆空压机，具有绝大多数，但某些厂家的优质单螺杆空压机也不可小觑。

简单地说，压缩空气净化设备就是能对压缩空气进行净化处理的设备，也称压缩空气后处理设备。

空压机排出的压缩空气含有相对湿度的水份、微量的杂质和微量的油份；压缩空气的应用领域很广，当应用工艺对压缩空气品质有要求时，就必须配置压缩空气净化设备；因此，应根据应用工艺的要求合理选配净化设备。 

由于具有清晰透明无害无污染没有危险易输送；优点，压缩宁气经广泛应用厂各个汇业领域，1至被称为第能源。空气压缩机约占我国全国用电量的9.4.但是，压缩空气也是种很昂贵的能源，运行成本很高，根据全生命周期分析理论，空气压缩机的采购成本只占全生命周期成本的10左右，而能源成本则占到75左右根据美国能源部202年的全球调查纟，全球宁气压缩机的均1载率79，而中内空压缩机平均负载率为66，比全球空气压缩机负载率平均值低13，其运行能效与发达国家相比坯具艮大的。，近年来，随着全球能源形势换效率的关注度逐渐增加，对压缩空气系统的能效问也进行了些研宄。但目前很多研究人员对如何提高宁气甩缩机满负荷能效研允很多，对于空气压缩机系统的运行特点及空气压缩机如何与系统很好的匹配运行开展系统研宄相对较少。通过节能改造。如应用矜网优化技术变频技术压力控制技术等，很多压缩空气系统能达到10以上的节能效果。但每个压缩空气系统不同，适用的节能技术不同，不能盲目实施不合适的节能技术。本文通过对工业中应用最为广泛的螺杆式空气压缩机的控制方式及对应的能效特点进行阐述的基础上，分析了变频技术对于提高空气压缩机系统能效的作用。

　　1螺杆式空气压缩机控制方式和能效特点目前工业中应用最广泛的压缩机主要有螺杆杆式压缩机由于具有结构简单安全可靠及易于压控制空气压缩机负荷功率对比曲线2维护等优点，在工业应用中最为广泛。本文重点对螺杆式空气压缩机的不同控制方式进行分析。

　　加载，载控制加载屈载控制是螺杆式压缩机的最早控制方案之，上载时压缩机将运行在满负荷下，当系统的用气量下降，此时压缩机生产的多余的压缩空气将会使系统的压力升高，当压缩机的控制器测到系统压力达到卸载的压力设定点时，会发出缩开压力阀压率时量荷控台系71日5大叨近1仪。旭大叨近飞仪，卫啪1儿载运行，此时压缩机不生产压缩空气，但电动机然处于运行状态，仍将会消耗全负荷时25，的功率，这主要消耗于机械损失和维持润滑系统的正常运行。随着系统压力降低到达较低上载压力设定点时，控制器会发出信号，重新打进气阀，同时压缩机再次在满负荷条件下运行。

　　种压力控制装置可使系统的压力波动控制在，71范围内。加载廊载控制空气压机负荷功率对比曲线1.

　　2恒压调节控制方式与加载屈载控制空气压缩机入口阀只有全缩机通过微调入口阀的开度来保持系统供气压关小，空气压缩机流量降低，压缩比增加。调节缩机部分载荷操作运行需要的功率比较大，效明显降低。进气节流控制在完全关闭进气阀门，仍将消耗满负荷运行时70的功率，当输气在满负荷50时，典型的功率消耗值约为满负时的80，因此进气节流控制是种很不经济的制方式。在个比较大的压缩空气系统中，多空气压缩机在相同时间低于满载运行，虽然使统压力非常稳定，但是能效水平式非常低。恒负荷率2变频控制系统般而言，工业中常用的螺杆式空气压缩机所配备的电动机小到22呵最大可达250揠以笼型异步电机为主，属于典型的中小型电动机范围。变频技术能够通过控制电动机转速进而改变压缩机主机的速度来将压缩空气的供气与用气相匹配，进而达到稳定系统压力，降低系统流量负荷，不仅有利于生产设备的稳定运行，而且会产生较好的节能效果。

　　21系统构成变频控制系统3由电源切换柜变频器智能，1蒺制器传感器和空气压缩机组成。系统中安装电源切换柜是为了保证变频系统出现故障时仍能保证空气压缩机的正常运行。

　　22基本工作原理变频控制系统是通过安装在压缩空气系统总管上的压力传感器检测到系统压力的变化传给13控制器，1控制器按照设定压力输出个电流信号送到变频器。当压力传感器检测到的压力信号大于目标压力设定值时，13控制器输出电动机转速降低，输送到管网的气量减少，系统压力降低；当压力传感器检测到的压力信号小于目由于变速驱动过程存在些内在损耗，因此在选用变速驱动压缩机时必须特别注意。变速驱动控制模式在负荷变化较大且很少处于满载状态缩机应用场合，变速控制压缩机应当只作为调节压缩机使用。这种控制类型在部分负载时效率最高，但是当空气压缩机处于连续满负荷运行时，驱动装置的内部损耗使该控制模式的能效反而降低。

　　3变频控制节能原理根据热力学定律，单级容积式的压缩机完成个绝热理论循环所消耗的理论功胃河为乓标压力设定值时，1控制器输出的信号增强，使变频器输出频率增加，空气压缩机电动机转速上升，空气压缩机输送到管网的气量增加，系统压力升高，从而达到稳定系统压力的目的。

　　空气压缩机变频控制电动机转速和电源频率电源频率；电动机极对数23变速驱动空压机能效特点与离心式风机水泵的平方转矩负载不同，空气压缩机属于恒转矩负载。所以，当电动机的功率与转速不是呈近似立方的关系，而是呈近似次方的关系时，其消耗功率和负荷百分比的变化曲线4.

　　Rk压缩机排气压力，k气体常数。

　　从式2可看出，系统压力波动较大意味着空气压缩机平均排气压力的增加，能耗也随之增加。对于加载廊载控制方式，在多台空气压缩机并联运行时，每台空气压缩机的最大和最小压力设定点与最近的压缩机至少具有aol4MP，勺差压。按照这种方式行分级，原来设计的在0169，075，钇间运行的系统，在增加压缩机之后系统压力波动范围将进步增加而导致系统平均供气压力上升，空气压缩机的运行功率也会随之赠加。同时，空气压缩机的数目还会受到最大允许的系统压力波动范围的限制，般加载泣载控制的系统压力波动范围建议不超过，34.

　　根据大量测试结果，在般工业应用压力需求场合，系统压力每增加，1空压机功率会增加6左右，同时对于没有进行压力调节的用气设备，压缩空气流量会增加以上。如果应用变频控制技术，系统压力波动被控制在，2殖围内，将会产生非常大的节能效果。同时，如果系统中存在多台部分负载的加屈载或恒压控制空气压缩机，节能效果将更为显著。

　　4系统性能测试分析压缩空气系统流量和压力动态变化非常快，在许多系统中，成百上千的空气负荷随机运行，经常会导致压缩空气系统供气侧和需求侧之间的不平衡，经常现为系统压力波动范围较大或多台空压机处于部分负载状态运行，这为变频控制的应用提供了很好的机会。但变频控制空气压缩机有定的控制范围，只有系统的流量波动在其控制范围内，变频控制才能更好地起到节能和稳定系统供气压力的作用。因此，在确定变速驱动是否适合应用于个压缩空气系统，最佳方法就是应用专业的压缩空气系统测试记录仪对系统进行全面的测试分析。

　　测试系统主要由数据记录仪质量流量传感器压力传感器功率传感器和计算机部分组成，5.其中数据记录仪用于记录来自流量传感器压力传感器和功率传感器的数据信号；流量传感器主要用于测试系统流量，建议使用腾诨赫螺诨细插入式安装的质量流量计；压力传感器用于测试系统的压力变化数据；功率传感器用于测试空气压缩机的功率变化情况；计算机用于记录仪设定和系统数据分析。

　　通过测试系统可以采集压缩空气系统在24小时甚至周内包含平时工作日和周末生产工况的系统流量压力和空气压缩机运行功率等参数，在此基础上分析系统流量负荷波动范围和变化特点，进而提出变频控制是否适用，以及采用何种变频控制方案。

　　5变频控制案例分析51系统运行概况上海某厂压缩空气系统由5台英格索兰螺杆系统由2台英格索兰，空气压缩机组成，每台机组额定产气量20系统配有冷冻式和吸附式干燥机和1个3干储气罐。

　　系统运行方式为开备，恒压控制方式运行，主要供应滤棒车间生产用气。

　　系统2由3台英格索兰空气压缩机组成，2台瓦巧，0和1台巧，机组额定产气量分别为。91坪10系统配有冷冻式干燥机和干湿储气罐各个，容量分别为1.5和1运行，主要供应纸板箱车间和包装车间生产用气。

　　52系统测试分析系统1据测试结果，该系统总管输出压力波动范围为06乎超出恒压控制方式的正常压力波动范围，由于系统配置原因，该压缩机目前无法置于加御载控制方式运行。另外，该空气压缩机约为今。

　　系统2据测试结果，该系统总管压力波动范围为Q4b压缩机输出流量在oloo之间波动，平均流量约为7 3系统优化措施和效果在系统测试分析基础上采取了如下改造方案。

　　优化系统管路系统对两个独立的管路系统进行并网运行，根据系统流量测试结果，在正常生产时，台20哪空气压缩机就能满足其峰值负荷需求。

　　安装高效变频控制系统对瓦已，空气压缩机进行拖变频控制，不但减少可开机台数，而且提高了台空气压缩机运行时的效率。

　　系统优化后，对系统进行了前后切换对比测试，分为独立运行并网工频运行和并网变频运行种工况进行，测试空气压缩机总平均功率分别为141.7俦029叟和64网总节电率为54.8，其中变频驱动的节电率为27.5.

　　6结语通过对螺杆式空气压缩机原理不同控制方响和案例分析可得出如下结论目前我国很多压缩空气系统能效具有很大的提升空间；变速驱动控制应用得当，对于提高压缩空气系统的能效是种非常有效的控制方式；是否应用变频技术应在对系统全面诊断分析的基础上确定。

　　以上说明，随着我国节能减排力度的加强，变频驱动对于推动压缩空气系统能效的提高具有非常重要的意义，具有广阔的应用前景。

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