前 言
節(jié)能與環(huán)保是當(dāng)代關(guān)注的永恒主題�我國是現(xiàn)今世界最大的發(fā)展中國家�按人口平均計算也是能源最匱乏的國家之一。為此�節(jié)約能源可有效緩解國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展過程中所承受的能源需求增長和環(huán)境污染加劇的雙重壓力�采用一切先進(jìn)的科技手段節(jié)約能源并為后代保護(hù)資源�創(chuàng)造一個讓我們?nèi)祟惞餐瑩碛械纳姝h(huán)境已迫不及待。
據(jù)我國能源研究所的一項研究報告指出�中國目前的電力缺口是 9.93%,到 2010 年將劇增到 16%。同時�隨著全球經(jīng)驗一體化進(jìn)程的日益加劇�中國的企業(yè)也不斷地感受到國際競爭的壓力�如何加強(qiáng)成本控制也成為不得不面對的問題。在大多企業(yè)的 成本結(jié)構(gòu)中�電纜一向高居第三位�成為了企業(yè)未被控制的最大成本。
近幾年來國家為了貫徹國家節(jié)能法律法規(guī)�推行新的節(jié)能降耗目標(biāo)�我公司待向貴公司推薦使用變頻器來實現(xiàn)節(jié)約電耗、縮減成本和保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備�延長設(shè)備奉命�的目標(biāo)。
75KW 空壓機(jī)節(jié)能說明
1、 概述
空壓機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛地應(yīng)用，在各種行業(yè)中，它擔(dān)負(fù)著為工廠所有氣動元件，包括各種氣動閥門，提供的職責(zé)。因此它運行的好壞直接影響工廠生產(chǎn)工藝。空壓機(jī)的各類有很多，但其供氣控制方式幾乎都采用加、卸載控制方式。例如臺灣復(fù)盛空壓機(jī)、德國螺霸螺桿式空壓機(jī)中和尚愛高壓活塞式空壓機(jī)都采用了這種控制方式。該供氣方式雖然原理簡單、操作方便，但存在耗電量高、進(jìn)氣閥易損壞、供氣壓力不穩(wěn)定等問題。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛快發(fā)展，國家起來越關(guān)注高效低耗的技術(shù)，而這種技術(shù)已受到人們的關(guān)注。在空壓機(jī)供氣領(lǐng)域能否應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)、節(jié)省電能的同時也能改善空壓機(jī)性能、提高供氣品質(zhì)就成為我們關(guān)心的一個話題。
根據(jù)測試我們發(fā)現(xiàn)具有很大的節(jié)電空間，空壓機(jī)供氣長期處于 0.8MPa，而一般壓力在 0.5MPa 就能滿足要求。
2、 傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)電能浪費分析
傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)的工作狀態(tài)主要有兩種，一種是加載狀態(tài)，另一種是空載狀態(tài)。
（1） 加載時的電能消耗
加載狀態(tài)是在壓力達(dá)到最小值后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升直到最大壓力值。在加壓過程中，一定要向外界釋放更多的熱量，從而導(dǎo)致電能損失。另一方面，高于壓力最大值的氣體在進(jìn)入氣動元件前，其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓，這一過程同樣是個耗能過程。
（2） 卸載時電能的消耗
空載狀態(tài)時，當(dāng)壓力達(dá)到壓力最大值時，空壓機(jī)通過如下方法來降壓卸載，關(guān)閉進(jìn)氣閥便電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，在作無用功。很明顯在加、卸載供氣控制方式下，空壓機(jī)電機(jī)存在很大的節(jié)能空間。
傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)的壓力控制是上下限控制，首先根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的最低壓力要求，設(shè)定空壓機(jī)輸出壓力的下限，也就是空壓機(jī)開始加載的壓力；再在最低壓力上加 1 帕左右，作為空壓機(jī)輸出壓力的上限，即開始卸載的壓力。空壓機(jī)的輸出工作壓力將在上下限之間波動。空壓機(jī)的功率消耗和輸出壓力成正比。輸出的壓力越高消耗的功率也越大，從輸出壓力的下限到上限的 1 帕壓差將多消耗總功率的 7~10%。
在傳統(tǒng)供氣空壓機(jī)系統(tǒng)中，如果有多臺空壓機(jī)同時運行，每臺空壓機(jī)的輸出壓力都將隨著管網(wǎng)的壓力波動而上下限之間，所以每臺機(jī)都多消耗 7~10%的額定功率。
傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)中運行參數(shù)的設(shè)定不同也會造成空壓機(jī)用電量的不同，必須根據(jù)用氣工況進(jìn)行設(shè)定，才能達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的運行效果。
傳統(tǒng)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)由于電機(jī)不允許頻繁啟動，導(dǎo)致在用氣量少的時候電機(jī)仍然要空載運行，浪費電能。經(jīng)常卸載和加載導(dǎo)致整個氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化，不能保持恒定的工作壓力。
3、 空壓機(jī)工作原理（以螺桿式舉例說明）
螺桿壓縮機(jī)的工作原理可分為進(jìn)氣、壓縮和排氣三個過程。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對相互嚙合相繼完成相同的工作循環(huán)。
（1） 進(jìn)氣過程，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，陰陽轉(zhuǎn)子的齒溝空間在轉(zhuǎn)到進(jìn)氣端壁開口時，其空間最大，此時轉(zhuǎn)子齒溝空間與進(jìn)氣口的相通，因在排氣時齒溝的氣體被完全排出�排氣完成時，齒溝處于真空狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)到進(jìn)氣口時，外界氣體即被吸入，沿軸向進(jìn)入陰陽轉(zhuǎn)子的齒溝內(nèi)。當(dāng)氣體充滿了整個齒溝時，轉(zhuǎn)子進(jìn)氣側(cè)端面轉(zhuǎn)離機(jī)殼進(jìn)氣口，在齒溝的氣體即被封閉。
（2） 壓縮過程，陰陽轉(zhuǎn)子在吸氣結(jié)束時，其陰陽轉(zhuǎn)子齒尖與機(jī)殼封閉，此時氣體在齒溝內(nèi)不再外流。其嚙合面逐漸向排氣端移動。嚙合面與排氣口之間的齒溝空間漸漸變小，齒溝內(nèi)的氣體被壓縮壓力提高。
（3） 排氣過程，當(dāng)轉(zhuǎn)子的嚙合端面轉(zhuǎn)到與機(jī)殼排氣口相通時，被壓縮的氣體開始排出，直至齒尖與齒溝的嚙合面移至排氣端面，此時陰陽轉(zhuǎn)子的嚙合面與機(jī)殼排氣口的齒溝空間為 0，即完成排氣過程，在此同時轉(zhuǎn)子的嚙合面與機(jī)殼進(jìn)氣口之間的齒溝長度又達(dá)到最大，進(jìn)氣過程又再進(jìn)行。
從上述工作原理可以看出，螺桿壓縮機(jī)是一種工作容積作回轉(zhuǎn)運動的容積式氣體壓縮機(jī)械。氣體的壓縮依靠容積的變化來實現(xiàn)，而容積的變化又是借助壓縮機(jī)的一對轉(zhuǎn)子在機(jī)殼內(nèi)作回轉(zhuǎn)運動來達(dá)到。
4.1、 原供氣系統(tǒng)介紹
我們需要改造的供氣系統(tǒng)共有 1 臺空壓機(jī)對 1 個儲氣罐供氣，原空壓機(jī)供氣系統(tǒng)采用1臺空壓機(jī)工頻供電運行。下限壓力0.5MPa，上限壓力為 0.8MPa，一般工作情況為工作 55 秒后壓力達(dá)到上限0.8MPa 停機(jī) 60 秒后壓力下降到下限 0.5MPa，然后又重復(fù)啟動，如此循環(huán)工作。
存在問題是由于工作空壓機(jī)是用工頻供電運行，始終處于滿負(fù)荷運行，電機(jī)的頻繁起停，對電機(jī)損害特別大，容易加速電機(jī)的老化，另外長期大氣壓供給很容易造成氣管爆裂，同時也浪費了很大一部分電能，降低了設(shè)備使用壽命。根據(jù)觀察，空壓機(jī)上限設(shè)定壓力為 0.8MPa，下限為 0.5MPa 而我們實際滿足工作用氣壓力為0.6MPa，因而必須實行恒壓供氣，均衡空壓機(jī)工作運行，以達(dá)到節(jié)能目的。
4.2、 變頻恒壓供氣系統(tǒng)
針對空壓機(jī)系統(tǒng)供氣控制方式存在的諸多問題，我們對 1 臺空壓機(jī)采用 1 臺變頻器進(jìn)行恒壓供氣控制。使用變頻節(jié)電裝置實現(xiàn)一拖一帶工頻旁路。我們把空壓機(jī)供氣系統(tǒng)的管網(wǎng)壓力作為控制對象，用壓力變送器采集儲氣罐的壓力 P 轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒o變頻器，讓變頻器進(jìn)行 PID 運算比較，反饋信號回變頻器實現(xiàn)變頻自動控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實際壓力 P始終接近設(shè)定壓力值。通過變頻器、壓力變送器的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成供氣閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)空壓機(jī)的輸出壓力。使每臺空壓機(jī)的利用率均等�增加系統(tǒng)、管道壓力的穩(wěn)定性和可靠性，方便技術(shù)員控制和維護(hù)設(shè)備。
該恒壓供氣系統(tǒng)包括工頻與變頻選擇性切換，保留原有的控制和保護(hù)系統(tǒng)，另外，采用該方案后，空壓機(jī)電機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻裝置來啟動，實現(xiàn)了軟啟動，避免了啟動沖擊電流和啟動給空壓機(jī)帶來的機(jī)械沖擊。
4.3、 系統(tǒng)節(jié)能改造后的節(jié)能效果
a、 空壓機(jī)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，即轉(zhuǎn)矩在不同速度下相同，但所需功率也和速度成正比關(guān)系，所以當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時所需功率也隨之下降，從而達(dá)到節(jié)能的目的。
b、 變頻空壓機(jī)的壓力設(shè)定可以是一點，即可以將滿足生產(chǎn)設(shè)備要求的最低壓力作為設(shè)定壓力，變頻空壓機(jī)將根據(jù)管網(wǎng)壓力上下波動的趨勢，調(diào)節(jié)空壓機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢，甚至消除了空壓機(jī)的卸載運行，節(jié)約了電能。
c、 由于變頻空壓機(jī)使得管網(wǎng)上下壓力穩(wěn)定，可以降低甚至消除壓力的波動，從而使系統(tǒng)中所有運行的空壓機(jī)都在一個滿足生產(chǎn)要求的較低的壓力下運行�減少了壓力向上波動造成的功率損失。
d、 由于壓縮機(jī)不能排除在滿負(fù)載狀態(tài)下長時間運行的可能性，所以，只能按最大需求來決定電動機(jī)的容量，故設(shè)定容量一般偏大。在實際運行中，輕載運行的時間所占的比例是非常高的。如采用變頻調(diào)速，可大大提高運行時的工作效率。因此�節(jié)能潛力很大。
e、 有些調(diào)節(jié)方式，如調(diào)節(jié)閥門開度和改變?nèi)~片的角度等，即使在需求量較小的情況下，也不能減小電動機(jī)的運行功率，采用了變頻調(diào)速后，當(dāng)需求量較小的情況下，可降低電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，減小電動機(jī)的運行功率，從而進(jìn)一步實現(xiàn)節(jié)能。
f、 單電動機(jī)拖動系統(tǒng)大多不能根據(jù)負(fù)載的輕重連續(xù)地調(diào)節(jié)。而采用了變頻調(diào)速后，則可以十分方便地進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，能保持壓力、流量、溫度、等參數(shù)的穩(wěn)定，從而大大提高壓縮機(jī)的工作性能。
5、 通用型變頻器節(jié)電器的特點
5.1、可以大量節(jié)約電能,
5.2、采用獨特的空間矢量(SVPWM)調(diào)制方式,
5.3、操作簡單,其有鍵盤鎖定功能,防止誤操作,
5.4、電動運行噪聲大大降低,
5.5、供氣壓力平穩(wěn),提高了壓力控制精度,
5.6、空壓機(jī)的加卸載次數(shù)大大減少,降低進(jìn)氣閥運行部件的磨損,
5.7、具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護(hù)功能,
5.8、在保證潤滑的前提下,對機(jī)械方面也是大有益處,由于轉(zhuǎn)動速度大部分時間在低于原設(shè)計轉(zhuǎn)速的情況下運行,各轉(zhuǎn)動部件的磨損大降低,空壓機(jī)的使用壽命得以延長。
6、 節(jié)電改造投資回收期測算
6.1、據(jù)貴公司所提供資料入測試的顯示,
空壓機(jī)月平均電費約為 1萬多元
6.2、節(jié)電分析
安裝節(jié)電裝置后公司每月能節(jié)能電費，按平均節(jié)電率20%計算：
1萬元*25%=0.25 萬元
每年能節(jié)省電費：0.25 *12=3萬元
6.3 投入成本
90KW變頻器+空氣開關(guān)+柜體（1800*800*600）+附材+安裝調(diào)費，總共約3萬左右。
所以一年內(nèi)肯定能夠回收投資成本。
以上數(shù)據(jù)僅供參考