空壓機變頻改造可行性分析

摘要：為了積極響應節能減排的號召，文章對崖城作業公司南山基地空氣壓縮機進行了變頻改造技術以及經濟可行性分析。改造后的空壓機變頻不但保證了生產的安全穩定，減少了設備故障率，降低了生產成本，還節約了大量的電能。

關鍵詞：空壓機；變頻改造；設備改造可行性分析

中圖分類號：TH457 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）01-0076-02

空壓機的供氣，由于生產工藝的差別，使得用氣量發生波動從而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，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、節約電能等效果。

一、螺桿式空壓機的工作原理

螺桿式空氣壓縮機的工作過程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、排氣四個過程。空氣經空氣過濾器和吸氣調節閥而吸入，該調節閥主要用于調節氣缸、轉子及滑片形成的壓縮腔，陰、陽轉子旋轉相對于氣缸里偏心方式運轉。滑片安裝在轉子的槽中，并通過離心力將滑片推至氣缸壁，高效的注油系統能夠確保壓縮機良好的冷卻及潤滑油的最小舒適耗量，在氣缸壁上形成的一層薄薄的油膜可以防止金屬部件之間直接接觸而造成磨損。經壓縮后的空氣溫度較高，其中混有一定的油氣，經過油氣分離器進行分離，之后，油氣經過油冷卻器冷卻在經過油過濾器流回儲油罐，空氣經過氣后冷卻器(空氣冷卻裝置)進行冷卻而進入

儲氣罐。

二、變頻改造的可行性分析

近年來，新技術、新設備的使用，特別是在自動控制的領域，變頻調速越來越多地起到不可或缺的作用。我們平臺上的恒壓供水系統、變頻調速電潛泵等都使用了變頻裝置，在保證平臺的生產生活中起到了至關重要的作用。

通過流體力學的基本原理可知：風機、泵類、壓縮機等設備均屬于變轉矩負載。其轉速、流量、壓力和功率的關系為：流量和轉速成正比，壓力和轉速的平方成正比，軸功率和轉速的立方成正比。當電動機轉速稍有下降時，軸功率將大幅下降。如當流量為加載流量的80%時，軸功率僅為額定功率的51%，下降近一半。

空壓機的變頻控制系統設計思路為：在空壓機的出口安裝壓力傳感器，用來獲取所需要的電流信號。當系統用氣量小時，空壓機出口壓力升高，壓力傳感器的阻值減少，24V直流電源把壓力傳感器的阻值轉變成電流信號，使其對變頻器輸入的電流信號增大，變頻器與設定值比較后得出偏差然后控制變頻器調節輸出電源的頻率逐漸減少，電動機轉速下降，同時壓縮機的轉速也下降，排氣量減少。當系統用氣量大時，系統壓力逐漸降低，變頻器輸出電源頻率升高，電動機轉速增加，排氣量增大，滿足系統用氣量要求。當供氣量和用氣量基本持平時，變頻器就會在該點的頻率運行。這樣就實現了系統壓力的恒定，同時空壓機也一直運行在最經濟的狀態。例如我們的系統壓力時10kg，當管線壓力高于10kg的時候，壓力傳感器就將此信號傳給變頻器，變頻器經過信號處理以后使輸出電源的頻率降低，從而使電機的轉速降低，最終達到設定值。控制系統原理框圖如圖1所示：

三、改造后可以達到的預期分析

1．大大節約了電能。未使用變頻裝置的時候，空壓機在待機狀態下不做工，但是電機還在運行。而應用變頻裝置后，空壓機是通過變頻裝置改變電源頻率來調整電動機轉速的，繼而改變空壓機排氣量，提供穩定壓力的。不存在電動機待機運行問題，進而大大節省電能。

根據現在空壓機的使用情況下，空壓機的空載率大約為30%。雖然電機在空載的情況下，空載電流比較小，但是相對于空壓機電機來說，其功率也是不可小窺的。這里以空載功率為額定功率的30%計，以每天工作24小時，每年350個工作日計。根據能量守恒原理，空壓機的空載運行消耗的功率在變頻改造以后將不會出現。那么，變頻改造后空壓機每年可以節省的電能大約為：

W＝75kW×30%×30%×24×350＝56700kW·h

2．提高了生產穩定性的保障。由于空氣系統的壓力始終恒定，所以生產前線的汽缸和氣動閥門運行穩定可靠，減少了誤動作和設備停機，保證生產的連續穩定運行。

3．延長了機器的使用壽命。調速后設備的轉速下降，磨損減少，啟動時轉速緩慢提升，也減少了對設備的沖擊。由于轉速降低，各運動部件的噪聲和震動也相應的降低。

根據第一點的分析，在空壓機空載運行的工程中，雖然空壓機沒有出力，但是空壓機的做工部件并沒有停止工作。機械的磨損還在一直進行，而空載時候的磨損在變頻改造以后將得到完全的避免，那么也就是說可以大大提高壓縮機的使用壽命。

根據機械的壽命和磨損時間成正比，而磨損程度和旋轉的時間成正比。那么同樣在出工的情況下，變頻改造避免了因為空載而造成的機械磨損。相當于就是延長了空壓機的使用壽命。

根據現在空壓機的使用壽命為兩年計算，那么在改造之后，其使用壽命為：

S=2/（1-30%）=3

也就是說，變頻改造以后空壓機的使用壽命將延長一年，這樣相當于每六年就節約一套空壓機總成。

4．運行和維護工作量降低。變頻改造后，空壓機的進氣閥門常開，不用經常的開關，減少了設備的故障率。同時壓縮機一直處于運行狀態，有助于潤滑油的循環，避免了空壓機待機時潤滑不好造成的機械磨損。

而且現在的空壓機做工是通過開關進口閥來控制輸出壓力的，這樣造成波動的壓力對管線的沖擊，進而造成管線以及管線上的閥門等故障率提高。在改造以后，管線壓力一直穩定在10kg壓力左右，那么降低了管線以及管線上的閥門等的故障率。

5．控制簡單、靈活、精度高、反應速度快。應用變頻控制以后，空壓機的冷卻風扇轉速沒有變化，那么流經空壓機的空氣流量沒有變化，但是由于空壓機改造后平均轉速降低，空氣壓縮熱以及機械摩擦產生的熱量減少，冷卻效果更好，降低了排氣溫度，減少了設備故障。

在變頻改造以后，電機的啟動是一個緩慢平滑的過程，這樣的啟動方式降低了電機啟動過程中本身的大電流沖擊對絕緣材料壽命的影響，延長了電機的使用壽命。而且避免了電機起停以及頻繁加卸載對電網造成的沖擊。

雖然變頻器的一次投資比較高，但是由于其良好的工作穩定性，所以在以后的實際使用過程中，維修保養費用會很少。這個在我們的淡水泵的實際應用中就得到了比較好的證明。

四、結語

綜上所述，在空壓機變頻改造后，不但保證了生產的安全穩定，減少了設備故障率，降低了生產成本，而且還節約了大量的電能。在保證平臺安全可靠運行的同時，降低了生產成本，節約了能源。

參考文獻

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[2]李強，屈寶存，葛智強．PLC和變頻器在空壓機節能改造中的應用[J]．可編程控制器與工廠自動化，2006，（7）.

[3]李傳淮．PLC和變頻器在空壓機節能改造中的應用[J]．科技資訊，2007，（2）.

作者簡介：李茫（1982-），男，陜西涇陽人，中海油湛江分公司崖城作業公司助理工程師，研究方向：電氣設備的維修、保養、升級改造以及電氣項目的實施、管理、驗收及質量控制。

（責任編輯：趙秀娟）