空压机节能方案
1、引言
空压机在工业生产中有着广泛的应用。空压机的种类有很多，有活塞式空压机、螺杆式空压机、离心式空压机，但其供气控制方式几乎都是采用加、卸载控制方式。该供气控制方式虽然原理简单、操作简便，但存在能耗高，进气阀易损坏、供气压力不稳定等诸多问题。随着社会的发展和进步，高效低耗的技术已愈来愈受到人们的关注。在空压机供气领域能否应用变频调速技术，节省电能同时改善空压机性能，提高供气品质就成为我们关心的一个话题。 
2、空压机工作原理
目前空压机上都采用两点式控制（上、下限控制）或启停式控制（小型空气压缩机），也就是当压缩气体气缸内压力达到设定值上***，空压机通过本身气压或油压关闭进气阀，小型空气压缩机则停机。当压力下降到设定值下***，空压机打开进气阀，小型空压机则又启动。传统的控制方式容易对电网造成冲击，对空压机本身也有一定的损害，当用气量频繁波动时，尤其明显。
正常工作情况下，空气被压缩到储气罐。空压机各点的检测（包括压缩空气温度、压力，镙杆温度、冷却水压力、温度和油压、油温等等）和整体控制由主控制单板机控制。当空压机出口压力达到设定值上***，通过油压分路阀关闭进气口，同时打开内循环管路，作自循环运行。此时用气单位继续用气。当压力下降到设定值下***，油压分路阀关闭循环管路，打开空气进口，空气又由过滤器经压缩到储气罐中。在静态，原起动方式（Y-△），及加载、卸载时对电网供配电设备及镙杆都会造成***的冲击。尤其是能源的严重浪费。主电机转速下降，轴功率将下降很多。节能潜力相当大。)
3、加、卸载供气控制方式存在的问题
3.1耗能分析
我们知道，加、载控制方式使得压缩气体的压力在Pmin～Pmax之间来回变化。Pmin是***压力值，即能够***用户正常工作的***压力。一般情况下， Pmin、Pmax之间关系可以用下式来表示：CPmax=（1+δ）Pmin 是一个***数，其数值大致在10%～25%之间。
而若采用变频调速技术可连续调节供气量的话，则可将管网压力始终维持在能满足供气压力上，即Pmin附近。
由此可知，在加、卸载供气控制方式下的空压机较之变频系统控制下的空压机，所浪费的能量主要在2个部分：
（1）压缩空气压力超过Pmin所消耗的能量
在压力达到Pmin后，原控制方式决定其压力会继续上升（直到Pmax）。这一过程同样是一个耗能过程。
（2）卸载时调节方法不合理所消耗的能量
通常情况下，当压力达到Pmax时，空压机通过如下方法来降压卸载：关闭进气阀使电机处于空转状态，同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。
3.2其它不足之处
（1）靠机械方式调节进气阀，使供气量无法连续调节，当用气量不断变化时，供气压力不可避免地产生较大幅度的波动。用气精度达不到工艺要求。再加上频繁调节进气阀，会加速进气阀的磨损，增加维修量和维修成本。
（2）频繁采用打开和关闭放气阀，放气阀的耐用性得不到保障。
4、 恒压供气控制方案的设计
针对原有供气控制方式存在的诸多问题，经过上述分析，应用变频调速技术进行恒压供气。通过压力变送器采集实际压力P送给PID智能调速器，与压力设定值P0作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送变频调速器VVVF，通过变频器控制电机的工作频率与转速，从而使实际压力P始终接近设定压力P0。同时，该方案可增加工频与变频切换功能，并保留原有的控制和保护系统，另外，采用该方案后，空压机电机从静止到旋转工作可由变频器来启动，实现了软启动，避免了启动冲击电流和启动给空压机带来的机械冲击。具体的控制系统流程图如图1所示
变频与工频电源的切换电路如图2所示；空压机电控原理图、变频调速控制系统接线图另行提供。
图1 恒压供气控制系统流程图
图2 变频和工频电源的切换电路i"
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5、 系统元器件的选配及系统的安装
5.1元器件的选型
（1）变频器
兖矿集团水泥厂有两台空压机，功率分别为85KW、130KW。因为空压机是一种大转动惯量负载，因此选出用加大一级变频器，所以我们选用90KW和132KW变频器两台。
（2）PID智能控制器
（3）压力变送器
5.2系统的安装
控制柜安装在空压机房内，与原控制柜分离，但与压缩机之间的主配线不要超过30m。控制回路的配线采用屏蔽双绞线，双绞线的节距在15 m以下。另外控制柜上装有换气装置，变频器接地端子按规定不与动力接地混用，以上措施增强了系统的稳定性、可靠性。
6、 改造效果
（1）整套改造装置并不改变空压机原有控制原理，也就是说原空压机系统保护装置依然有效。并且工频/变频切换采用了电气及机械双重联锁，从而大大的提高了系统的安全、可靠性。
（2）空压机改造工程安装完毕后，一次试车成功，运行稳定，空压机振动和噪声大减低。
（3）除缓冲缸压力在部分频率时增大0.2公斤外，油压、油温及各点的检测数据均在安全数值内被优化。
（4）变频改造后，起动为软起动，运行时无卸载和加载冲击电流现象，空压机本身的机械性冲击大大减小。
（5）在***管网供气的情况下，电流大大降低，基本不出现满载现象，一般在40Hz左右，和以前相比，节电率在30%以上，约10个月可以收回投资。
（6）空压机、供配电设备及机械设备因供气稳定，维修量大大减小，综合效益明显。
（7）改造后空压机的运行安全、可靠，同时达到了用气的工艺要求。