摘要：通过对我公司现有空压机加载、卸载情况进行分析，比较空压机理想加载率相差较大，理论上有较大的节能提升空间。为此，我公司决定对目前使用的3台空压机通过变频节能技术进行改造，一次投入15万元，达到三台空压机每年节电20万元，改造后使用效果良好。

关键词：螺杆空压机 变频  节能

Brief Analysis on Energy-saving Transformation of Screw Air Compressor

QIAO Wei

Tiancai Science and Technology Development Co.,Ltd., Tianjin Metallurgy Group Co., Ltd.

Abstract：My company's existing screw air compressor specifications are: power is 110KW, (general), by now the loading rate is about 60%, a total of 3 machines, as a dual-use preparation rotation. At present, the air compressor from ideal loading rate of our company: 90%, the actual difference of 40%, (now part of the team a class), saving space theory on larger. Therefore, we decided to carry out frequency conversion transformation to the 3 air compressor used at present. Through the transformation of energy-saving inverter technology, reach three air compressors annual revenue of at least 200000 yuan.

Key words: screw air compressor; inverter; energy-saving

1.前言

天材科技发展有限公司不锈钢带材车间2011年5月投产，现有的螺杆空压机的规格是：功率为110KW、（一般情况），按现在的加载率约为60%左右，共3台机器，为两用一备轮换使用。目前，公司距离空压机理想加载率见（表1）：90%，实际相差40%，（公司目前部分班组一班制），理论上节能空间较大。因此，大约40%的电能白白浪费掉了。为节省能源，公司于2013.3对其进行改造。

2.空压机使用现状及变频改造的必要性

2.1空载损耗

生产上不管用气多少，普通螺杆机从上班到下班一直如此，虽然气压打满后储气罐会卸载运行，但卸载运行时机组仍有40-50％的空载损耗，如果采用变频技术空压机不存在卸载，也就不存在空载浪费。

一般情况下空压机的实际用气量会小于机组的额定产量，有的是因为购买时考虑的余量，有的是因为局部时间只用一部分的气，有的是因为生产上淡旺季的问题等等，这样的状况会多供少用属于“用不完”。因此空载损耗时的电就白白浪费了。

2.2高压低用

“高压低用”这也很浪费，就像“用不完”一样。普通螺杆机始终8kg频繁加卸载工作，实际也就只用了6kg，那么多出来的2kg频繁爬升会让机组多消耗 14％（每爬升lkg多耗7％的电流)。按频繁爬升时间累计是30％，这样普通的空压机会因30％的频繁加载多浪费电。同样如果是变频空压机它始终保持6kg不变的供气，那么也就不存在这2kg的爬升损耗了。

3  变频改造节能原理

图1   采用变频技术与非变频技术对比

如图1中非变频：蓝线区域为现空压机工作曲线。0.6MPa加载-0.75MPa卸载。用户是0.6MPa.

变频：绿线区域为变频改造后的空压机工作曲线。0.6MPa加载-0.63MPa卸载。用户是0.6MPa.

变频节能:斜线阴影部分为变频后节能部分。设定为0.6MPa加载-0.75MPa全部加载的70%。

4. 我公司空压机变频节能计算

4.1变频改造费用：15万元

4.2  3台空压机变频节能计算

以下节能计算一年运行8000h，约合330天左右，电费按1元/度计算：

一年单台加载电费=110KW/h×8000h×60%×1元/度=52.8万元

一年单台空载电费：110KW/h×40%×8000h×40%×1元/度=14.08万元（空载负荷按40%计算）见表1。一年单台总电费=一年加载电费+一年空载电费=52.8+14.08=66.88万元

变频改造后，空载的电耗没有了，即一台空压机一年可节约电费14.08万元；3台空压机（用2备1）一年就节约14.08×2=28万元。

变频器使用效率为70%=28万元×70%=20万元（根据电机性能）。

5．变频改造技术方案

5.1系统控制原理
  本系统采用压力闭环调节方式，在原来的压力罐（或输气管道）上加装一个压力传感器，通过压力来控制变频器的转速。其控制原理为：

图2  压缩机变频调速框图

将供气管道压力作为调控参数，通过压力变送器（或远传压力表）将压力信号转换为4- 20mA（或0-5V）直流信号，送入变频器内的PID调节器，与压力设定信号比较，其差值由调节器作PI运算，输出信号送给变频器，随时调整变频器的输 出频率，控制电机转速，维持管道压力稳定在设定的压力值上。若管道压力发生变化将自动进行调节。例如，当用气量减少，管道压力增加时，调节过程是：变送器 信号大于设定信号，调节器输出减少，变频器输出频率降低，电机转速下降，压缩机风量减小，使管道压力减小。由于其调控过程较快，短时间内，变换器信号和压 力给定信号便处于动态平衡状态，从而维持了变频器输出频率稳定，实现了恒压供气，使空压机始终处于节电运行状态。其控制系统原理框图如左：
5.2改造方案

图3 变频原理图

设计时，根据电机容量(250KW/380V)选用一台富凌变频器，采用PID调节母管定压控制方式。该系统在设计时，从安全角度考虑，在保留原工频系统情况下，增加变频系统，做到了工频变频互锁切换。通过外部控制电路，使空压机起停操作步骤仍然如前，操作简单，安全可靠。在供气管道上安装压力传感器，通过压力来控制变频器的转速。

6.变频改造后性能良好

6.1变频改造后空压机更节能

我司空压机单台功率110 KW,加载和卸载方式多为星角启动，时间短启动电流大，同时对设备冲击较大，不光引起电源电压波动，同时加剧设备磨损，降低使用寿命。空压机的加卸载是空压机运行工况的一种重要性能，加载时间和卸载时间是空压机运行的重要参数。变频改造后缩短了系统的加卸载时间，从而节约电能。

6.2变频改造后可延长空压机使用寿命

能够使电机实现软起软停，减少启动冲击，延长设备使用年限，同时由于电机运行频率可变，实现了根据用气量大小自动调节电机转速，减少了电机频繁加载卸载，使系统压力恒定，同时节约了电能。

7.结论

7.1  实现空压机的软启动，无峰值电流，启动平稳；

7.2大幅度降低压缩机系统的噪声；

7.3自动控制，简便高效，可靠和自保护，无需专人看护；

7.4  运转平稳，延长压缩机系统寿命，减少维护量；

7.5  保证供气压力恒定，提高供气质量；

7.6  大量节约电能。变频改造3台空压机，一次投入15万元，节省电费20万元/年，使空压机的使用更加合理，能为企业发挥更大的作用。

7.7  改造完成后空压机的运行参数会在控制柜上显示空压机的参数。包括机器的加载率等数值一目了然。

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