新型空壓機（壓縮機）節(jié)電器 

一、應(yīng)用背景：

      空氣壓縮機作為一種重要的動力形式，被廣泛應(yīng)用于生活生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。其廣泛應(yīng)用于機械，冶金，電子電力，醫(yī)藥，包裝，化工，食品，采礦，紡織，交通等眾多工業(yè)領(lǐng)域。空壓機組是很多企業(yè)的必備動力設(shè)備，一般在設(shè)計空壓機的裝機容量時，由于不能排除空壓機在滿負荷狀態(tài)下長時間運行的可能性，所以只能按最大需要來決定壓縮機的容量，設(shè)計余量一般偏大。

二、工作原理

      目前市場上空壓機主要分為螺桿空壓機、活塞空壓機和離心式空壓機等。離心式空壓機主要應(yīng)用于用氣量很大的場合，一般企業(yè)應(yīng)用很少?；钊娇諌簷C設(shè)備投資低，以往很多企業(yè)都采用，但是產(chǎn)氣效率較差，正逐步被螺桿式空壓機所取代。螺桿式空壓機設(shè)備產(chǎn)氣效率高，主要分為有油和無油兩種，其中無油式空壓機應(yīng)用在紡織、醫(yī)藥等特殊場合。下面我們就螺桿式和活塞式分別作一下簡要介紹：

1、螺桿式空壓機原理

（1）吸氣過程：

      螺桿式的進氣側(cè)吸氣口，在設(shè)計時必須使壓縮室可以充分吸氣，而螺桿式壓縮機并無進氣與排氣閥組，進氣只靠一調(diào)節(jié)閥的開啟、關(guān)閉調(diào)節(jié)，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，主副轉(zhuǎn)子的齒溝空間在轉(zhuǎn)至進氣端壁開口時，其空間最大，此時轉(zhuǎn)子的齒溝空間與進氣口之自由空氣相通，因在排氣時齒溝之空氣被全數(shù)排出，排氣結(jié)束時，齒溝乃處于真空狀態(tài)，當轉(zhuǎn)到進氣口時，外界空氣即被吸入，沿軸向流入主副轉(zhuǎn)子的齒溝內(nèi)。當空氣充滿整個齒溝時，轉(zhuǎn)子之進氣側(cè)端面轉(zhuǎn)離了機殼之進氣口，在齒溝間的空氣即被封閉。

（2）封閉及輸送過程：

      主副兩轉(zhuǎn)子在吸氣結(jié)束時，其主副轉(zhuǎn)子齒峰會與機殼封閉，此時空氣在齒溝內(nèi)封閉不再外流，即[封閉過程]。兩轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，其齒峰與齒溝在吸氣端吻合，吻合面逐漸向排氣端移動。

（3）壓縮及噴油過程：

      在輸送過程中，嚙合面逐漸向排氣端移動，亦即嚙合面與排氣口間的齒溝間漸漸減小，齒溝內(nèi)之氣體逐漸被壓縮，壓力提高，此即[壓縮過程]。而壓縮同時潤滑油亦因壓力差的作用而噴入壓縮室內(nèi)與室氣混合。

（4）排氣過程：

      當轉(zhuǎn)子的嚙合端面轉(zhuǎn)到與機殼排氣相通時，（此時壓縮氣體之壓力最高）被壓縮之氣體開始排出，直至齒峰與齒溝的嚙合面移至排氣端面，此時兩轉(zhuǎn)子嚙合面與機殼排氣口這齒溝空間為零，即完成（排氣過程），在此同時轉(zhuǎn)子嚙合面與機殼進氣口之間的齒溝長度又達到最長，其吸氣過程又在進行

2、活塞空氣壓縮機工作原理

      在氣缸內(nèi)作往復(fù)運動的活塞向右移動時，氣缸內(nèi)活塞左腔的壓力低于大氣壓力p，吸氣閥開啟，外界空氣吸入缸內(nèi)，這個過程稱為壓縮過程。當缸內(nèi)壓力高于輸出空氣管道內(nèi)壓力p后，排氣閥打開。壓縮空氣送至輸氣管內(nèi)，這個過程稱為排氣過程?；钊耐鶑?fù)運動是由電動機帶動的曲柄滑塊機構(gòu)形成的。曲柄的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為滑動活塞的往復(fù)運動?；钊娇諌簷C有多種結(jié)構(gòu)形式。按氣缸的配置方式分有立式、臥式、角度式、對稱平衡式和對置式幾種。按壓縮級數(shù)可分為單級式、雙級式和多級式三種。按設(shè)置方式可分為移動式和固定式兩種。按控制方式可分為卸荷式和壓力開關(guān)式兩種。其中，卸荷式控制方式是指當貯氣罐內(nèi)的壓力達到調(diào)定值時，空壓機不停止運轉(zhuǎn)而通過打開安全閥進行不壓縮運轉(zhuǎn)。這種空轉(zhuǎn)狀態(tài)稱為卸荷運轉(zhuǎn)。而壓力開關(guān)式控制方式是指當貯氣罐內(nèi)的壓力達到調(diào)定值時，空壓機自動停止運轉(zhuǎn)。 活塞式空壓機的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，并且容易實現(xiàn)大容量和高壓輸出。缺點是振動大，噪聲大，且因為排氣為斷續(xù)進行，輸出有脈沖，需要貯氣罐。

三、存在問題

1、能耗分析

      我們知道加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在Pmin～Pmax之間來回變化。Pmin是最低工作壓力值，即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下，Pmax、Pmin之間關(guān)系可以用下式來表示：

Pmax＝(1＋δ)Pmin

δ是一個百分數(shù)，其數(shù)值大致在10%～25%之間。

      而若采用變頻調(diào)速技術(shù)可連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量的話，則可將管網(wǎng)壓力始終維持在能滿足最低工作壓力上，即Pmin附近。

      由此可知，在加、卸載供氣控制方式下的空壓機較之變頻系統(tǒng)控制下的空壓機，所浪費的能量主要在2個部分：

a、 壓縮空氣壓力超過Pmin所消耗的能量

b、 在壓力達到Pmin后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升(直到Pmax)。這一過程中必將會向外界釋放更多的熱量，從而導(dǎo)致能量損失。另一方面，高于Pmin的氣體在進入氣動元件前，其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓至接近Pmin。這一過程同樣是一個耗能過程。

2、卸載時調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量

      通常情況下，當壓力達到Pmax時，空壓機通過如下方法來降壓卸載:關(guān)閉進氣閥使電機處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費。

關(guān)閉進氣閥使電機空轉(zhuǎn)雖然可以使空壓機不需要再壓縮氣體作功，但空壓機在空轉(zhuǎn)中還是要帶動螺桿或者活塞做回轉(zhuǎn)運動，據(jù)我們測算，空壓機卸載時的能耗約占空壓機滿載運行時的10%～15%(這還是在卸載時間所占比例不大的情況下)。換言之，該空壓機10%的時間處于空載狀態(tài)，在作無用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下，空壓機電機存在很大的節(jié)能空間。

3、其它不足之處

（1）靠機械方式調(diào)節(jié)進氣閥，使供氣量無法連續(xù)調(diào)節(jié)，當用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動。用氣精度達不到工藝要求。再加上頻繁調(diào)節(jié)進氣閥，會加速進氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。

（2）頻繁采用打開和關(guān)閉放氣閥，放氣閥的耐用性得不到保障。一般的工礦企業(yè)空壓機一直都是全速運行，正常情況空壓機設(shè)計時將這部分多余的能量通過溢壓閥放掉了，溢壓閥放的能量越多，那么浪費的電能就越多；新型的空壓機雖已采用自動控制，當氣壓到達設(shè)定值時通過調(diào)節(jié)進氣量來調(diào)整做功量，當?shù)竭_最大設(shè)定值時關(guān)閉進氣閥讓電機空轉(zhuǎn)，這樣雖可節(jié)約一部分電能，但據(jù)我們實測，空轉(zhuǎn)時的電流只是降到打壓時的一半電流（如一臺55KW空壓機，打壓時電流為100A到120A，空轉(zhuǎn)時電流也有60A左右），都存在電能的巨大浪費。

四、改造方案

      智能型空氣壓縮機節(jié)能系統(tǒng)是采用“負載跟蹤”系統(tǒng)，由變頻調(diào)速系統(tǒng)、壓力傳感器、智能控制器控制單元、軟件控制單元等組成。此控制系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器檢測到的空壓機出口的壓力值，通過智能控制器進行計算，然后輸出信號調(diào)整電機輸出頻率，進而控制壓縮機轉(zhuǎn)速，在精確地控制空壓機出口的壓力的同時，延長壓縮機系統(tǒng)的使用壽命，并大幅度地節(jié)約電能，同時，回收線路中的零序電流，進行二次利用。