螺桿式空氣壓縮機變頻改造方案

1、螺桿式空氣壓縮機變頻改造方案一、概述螺桿式空壓機廣泛地用于工業(yè)生產(chǎn)中，在其控制中采用加載-卸載閥來控制空壓機的供氣。由于用氣設備的工作周期或是生產(chǎn)工藝的差別，使得用氣量發(fā)生波動，有時會造成空壓機頻繁加載、卸載。空壓機卸載后電機仍然工頻運轉(zhuǎn)，不僅浪費電能而且增加設備的機械磨損；空壓機加載過程是突然加載，也會對設備和電網(wǎng)造成較大的沖擊。因此對空壓機進行變頻改造具有改善電機的啟動和運行方式、減少設備的機械磨損、在一定范圍內(nèi)節(jié)約電能等效果。二、螺桿式空壓機的工作原理以單螺桿空壓機為例說明空氣壓縮機工作原理，如圖1所示為單螺桿空氣壓縮機的結(jié)構原理圖。螺桿式空氣壓縮機的工作過程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、

2、排氣四個過程。當螺桿在殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動時，螺桿與殼體的齒溝相互嚙合，空氣由進氣口吸入，同時也吸入機油，由于齒溝嚙合面轉(zhuǎn)動將吸入的油氣密封并向排氣口輸送；在輸送過程中齒溝嚙合間隙逐漸變小，油氣受到壓縮；當齒溝嚙合面旋轉(zhuǎn)至殼體排氣口時，較高壓力的油氣混合氣體排出機體。三、 壓縮氣供氣系統(tǒng)組成及空壓機控制原理、壓縮氣供氣系統(tǒng)組成工廠空氣壓縮氣供氣系統(tǒng)一般由空氣壓縮機、冷干機、過濾器、儲氣罐、管路、閥門和用氣設備組成。如圖2所示為壓縮氣供氣系統(tǒng)組成示意圖。、空氣壓縮機的控制原理在工廠的空氣壓縮機控制系統(tǒng)中，普遍采用后端管道上安裝的壓力繼電器來控制空氣壓縮機的運行?？諌簷C啟動時，加載閥處于不工作態(tài)，加載氣缸不

3、動作，空壓機頭進氣口關閉，電機空載啟動。當空氣壓縮機啟動運行后，如果后端設備用氣量較大，儲氣罐和后端管路中壓縮氣壓力未達到壓力上限值，則控制器動作加載閥，打開進氣口，電機負載運行，不斷地向后端管路產(chǎn)生壓縮氣。如果后端用氣設備停止用氣，后端管路和儲氣罐中壓縮氣壓力漸漸升高，當達到壓力上限設定值時，壓力控制器發(fā)出卸載信號，加載閥停止工作，進氣口關閉，電機空載運行。圖3為某品牌空氣壓縮機的系統(tǒng)原理圖。四、螺桿式空氣壓縮機變頻改造、空壓機工頻運行和變頻運行的比較空壓機電機功率一般較大，啟動方式多采用空載（卸載）星-三角啟動，加載和卸載方式都為瞬時。這使得空壓機在啟動時會有較大的啟動電流，加載和卸載時對

4、設備機械沖擊較大；不光引起電源電壓波動，也會使壓縮氣源產(chǎn)生較大的波動；同時這種運行方式還會加速設備的磨損，降低設備的使用年限。對空壓機進行變頻改造，能夠使電機實現(xiàn)軟起軟停，減小啟動沖擊，延長設備使用年限；同時由于電機運行頻率可變，實現(xiàn)了空壓機根據(jù)用氣量的大小自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，減少了電機頻繁的加載和卸載，使得供氣系統(tǒng)氣壓維持恒定，在一定程度上節(jié)約了電能。、空壓機主電路和控制電路的變頻改造以某品牌空壓機為例，圖4是其電路原理圖。可以看出該品牌型號的空壓機采用星-三角啟動方式，在其控制電路上有加載繼電器。在主電路改造時，將變頻器串接進原有的電源進線中；并適當修改控制回路，實現(xiàn)變頻器的啟停。、空壓機變

5、頻改造后的啟動和運行方式空壓機變頻改造后，電機啟動時原有的交流接觸器仍然由其控制PLC按星-三角方式動作，但在交流接觸器連接為星型時，角形交流接觸器的常開觸點沒有閉合，變頻器不啟動、無輸出；當PLC控制交流接觸器轉(zhuǎn)換為三角形接法后，變頻器開始空載變頻啟動電機。當變頻器啟動電機完成后，變頻器自動變頻運行。五、螺桿式空氣壓縮機變頻改造后的工頻運行在考慮變頻器發(fā)生故障或是檢修時，空壓機能按原有的工頻控制方式運行，這保證了空壓機在變頻和工頻狀態(tài)下都可以運行，也使得改造時可以不用重新編寫PLC程序，為此增加了一套工頻、變頻自由切換電路，以方便系統(tǒng)的切換。六、螺桿式空氣壓縮機變頻改造節(jié)能分析如式1所示拉力

6、F與摩擦力F大小相等、方向相反，拉力F在時間T內(nèi)拉動物體做直線運動，移動位移S。拉力F在時間T內(nèi)作的功率P為由數(shù)學知識可知線速度v和旋轉(zhuǎn)角速度之間的關系如式2所示,式中f為旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)頻率。將式2代入式1可以求得旋轉(zhuǎn)物體摩擦阻力功率如式3所示由式3可以知道,克服旋轉(zhuǎn)體的摩擦阻力使旋轉(zhuǎn)體勻速轉(zhuǎn)動,需要向旋轉(zhuǎn)體提供的功率按式3公式計算（忽略機械效率損失，認為為1）。式3中F為旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)摩擦阻力，r為旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)半徑，f為旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)頻率。所以我們可以在忽略空氣壓縮機機械效率損失，同時忽略空壓機機械效率因為電機轉(zhuǎn)速變化而變化的情況下，即始終認為空壓機機械效率為1，可以近似地認為變頻器的輸出功率與空

7、壓機電機的轉(zhuǎn)速成正比，即成一次方正比例關系。如圖7所示是螺桿式空壓機工頻運行時的轉(zhuǎn)速/功率-周期示意圖。t1是空壓機加栽運行時間，t2是空壓機卸栽運行時間，加栽/卸栽時的轉(zhuǎn)速和功率分別為P1/n1和P2/n2。忽略空壓機機械效率的變化，W1和W2分別為空壓機加栽運行時間t1和卸栽運行時間t2中由電源輸送給空壓機電機的能量。其中W1轉(zhuǎn)換為壓縮空氣勢能、動能和熱能等形式的能量，供設備使用。而W2則轉(zhuǎn)換為機械的摩擦熱能和聲音、震動等形式的能量損失掉。所以螺桿式空壓機經(jīng)過變頻改造后，由于電機處于變速運行情況下，而通過式3的推導知道電機的平均功率與電機的平均轉(zhuǎn)速成一次方正比例關系?？諌簷C變頻改造后，是根

8、據(jù)用氣系統(tǒng)的用氣量恒壓變流供氣；所以變頻改造后，空壓機在周期T（t1+ t2）內(nèi)所作的功W，等于同等工況下，空壓機工頻運行時，加載運行時間t1內(nèi)所作的功W1。如圖8所示。通過以上分析，可知只要知道螺桿式空壓機工頻改造前卸載運行時間和卸載電流，就可以大致計算出，相同工況下變頻改造后的節(jié)能功率和節(jié)能電量（忽略機械效率的變化）。132KW空壓機觸摸屏變頻節(jié)能柜配置及報價清單序號名稱規(guī)格型號數(shù)量(臺)單價(元)合價(元)備注1GGD柜體800*600*2000121002100匯德2斷路器NM1-400H/3300 315A126002600正泰3接觸器CJ40-200A29101820正泰4互感器ALH-0.66 200/5A3120360正泰5變頻器V5-H-4T132G/160L(高性能矢量)12870028700藍海華騰6電力儀表PZ194U/I 300/5112001200浐河7CPU224PLC 14/10134143414西門子8模擬量輸入EM