淺析空壓機節能技術及其應用

孫建輝

摘 要：近年來，隨著節能減排的不斷深化，節能技術已經引起了人們的廣泛關注。空壓機作為工業生產中常用的設備，運行效率往往較低，隨著科學技術的不斷發展，節能技術開始在空壓機中得到應用，并取得了較好的節能效果。本文主要針對空壓機的節能技術及其應用進行簡要的分析與闡述。

關鍵詞：空壓機；節能技術；變頻

1引言

二十一世紀以來，隨著我國經濟社會的迅速發展，在推動人類社會進步的同時，卻也帶來了嚴重的資源浪費和環境污染問題。近年來隨著節能減排的不斷深化，節能技術開始得到人們的重視，并在生產生活的諸多領域得到了廣泛的應用。空壓機作為煤炭、鋼鐵等行業工業生產中的重要設備，其能耗較高且運行效率較低，已經成為生產過程中能源損耗的重要環節。本文主要針對空壓機的節能技術進行了分析與闡述，通過節能技術的應用，不僅能夠減少空壓機的能耗，還能提高其使用壽命，降低生產成本。

2空壓機運行存在的問題

空壓機是一種利用電動機在壓縮腔內對氣體進行壓縮，使之具有一定壓力的設備，一般在工業生產中負責為其他氣動設備提供動力來源，在煤炭、紡織、鋼鐵、化工等諸多領域都有著廣泛的應用。空壓機主要包括電動機、傳動裝置以及控制系統等幾大部分組成，其耗電量較為嚴重。據統計我國大型工業設備的用電量占整個社會用電量的60%以上，而大型工業設備用電量中空壓機用電量約占15%左右，其能耗在我國社會用電量中占據著重要的地位。另外有調查顯示，空氣機在5年的運行成本中，設備成本僅占總成本的12%左右，運行成本則占80%左右，可見降低空壓機能耗對降低空壓機運行成本有著重要的意義。空壓機系統市場規模如下圖所示，通過圖中可以看出，空壓機節能市場近年來始終保持較快的增長勢頭，發展潛力十分巨大。

經過長期生產實踐的不斷完善，空壓機在機械原理等方面已經十分成熟，但隨著人們對節能減排重視程度的不斷提高，空壓機在節能方面仍存在諸多問題。一般來說在工業生產中，生產過程中的用氣量與用氣壓力等指標通常是不斷變化的，這就要求空壓機的運行狀態不斷隨負荷要求發生變化。空壓機的控制技術已經成為影響空壓機效率和性能的重要因素，同時也是保證空壓機安全穩定運行的重要保證，傳統的控制方式包括以下兩種。

2.1電氣聯鎖控制技術

電氣連鎖控制就是通過對空壓機管網壓力的監控而實現的控制技術，當空壓機產生的氣量氣壓超過負荷需求時，管網的壓力將上升，當壓力值超過某一設定閾值時聯鎖信號控制空壓機停機，從而降低管網的壓力，當管網的壓力下降到小于某一設定閾值時聯鎖信號將控制空壓機再次開機。這種電氣聯鎖的控制方式在負荷頻繁變化且儲氣罐容量較小時，將導致空壓機頻繁的開停機，開停機時產生的沖擊不僅對電力系統的穩定性造成了較大的影響，造成了較大的功率損耗，還對空壓機造成了較大的損害，大大縮短了空壓機的使用壽命。

2.2自動加卸載控制技術

自動加卸載控制是一種通過空壓機電動機的加卸載而實現的控制方式，當管網壓力超過某一設定的閾值時，控制調節空壓機的進口導葉，通過導葉的減小實現空壓機輸出氣量氣壓的減小；當導葉減小到最小狀態且管網壓力達到卸載壓力閾值時，控制空壓機電動機卸載，與壓縮機脫離，此時電動機保持空載狀態，空壓機不再產生壓縮空氣，管網壓力得以減小。當管網壓力逐步降到加載壓力閾值時，控制空壓機電動機加載，與壓縮機自動對接，并逐步打開導葉，滿足符合的用氣需求。與電氣聯鎖控制方式相比，自動加卸載控制作為一種有級的控制方式，控制更加靈活，但電動機始終保持運轉狀態，一方面不利于電動機的使用壽命，另一方面造成了空載功耗的浪費。

3空壓機節能技術及其應用

3.1變頻控制技術

當前變頻調速技術已經在空壓機中得到了較為廣泛的應用，并發揮了重要的節能效果。傳統的空壓機調速都是采用加載和卸載的瞬時方式實現，過電流較大，造成的電壓波動與氣壓波動不僅造成了較大的能耗，還造成了設備較為嚴重的磨損，縮短了設備的使用壽命。變頻調速技術就是利用變頻器，根據電磁感應原理，通過改變電流的頻率實現對空壓機中電動機轉速的控制與調節，其改變了傳統的調速方式，具有更強的靈活性，能夠在較短時間內實現空壓機轉速的多次調節，且調速過程更加平穩，從而大大減少了空壓機轉速調節過程中不必要的能量損耗，提高了空壓機的運行效率。與傳統的調速方式相比，變頻調速技術更加適應空壓機輕載運行條件，調速過程中電動機的電能損耗也大大降低。

3.2基于負荷預測的控制技術

負荷變化是導致空壓機運行狀態的改變的重要原因，由于控制裝置對空壓機的控制調節具有明顯的滯后性，導致空壓機的調節通常較為急促，一方面造成了較大的功耗損失，另一方面對空壓機也造成了較大的損耗。通常在工業生產中，負荷的變化具有一定的規律，因此通過對負荷變化的預測，提前對空壓機進行控制調節，通過緩變滿足下一時刻的符合需求，一方面減少了空壓機的驟停晝起，避免了對空壓機的損耗，另一方面大大減少了空壓機調整過程中不必要的功率損耗，提高了空壓機的效率。

負荷預測的準確性直接決定了控制的精確性，為了實現準確的負荷預測，一方面控制算法中設置有反饋校正以及滾動優化環節，利用負荷的變化實時對預測模型進行更新和校正，實現精準的短期預測；另一方面對負荷變化的大數據進行分析與挖掘，分析負荷變化的長期性規律，進一步提高預測精度。

3.3空壓機群優化控制技術

當單臺空壓機難以滿足用戶的需求時，需要利用空壓機群來滿足用戶的更高需求。單臺空壓機的控制調節方式較為單調，只能通過空壓機中電動機的啟停、轉速調整以及導葉開閉等操作實現，難以滿足不同的負荷變化，而應用空壓機群后，控制方式得到了較大的豐富，通過對多臺空壓機的組合控制，更能夠適應負荷多樣的變化情況，同時通過負荷的合理分配，能夠使每臺空壓機都運行在最佳的負荷狀態，從而有效延長空壓機的使用壽命，降低空壓機的維護成本。

空壓機群優化控制技術需要對系統中不同區域進行監控，及時獲取各區域空壓機運行狀況、各存儲罐存儲狀況以及各管道的壓力狀況，并根據參數變化情況，利用遺傳算法、蟻群算法等實現對空壓機群的優化控制。

3.4無功補償技術

通常來說，空壓機中使用的電動機多為異步電動機，其能夠隨負荷的變化改變自身輸出的功率，具有較強的適應能力。異步電動機在運行時會產生一定的無功損耗，當負荷發生突變時，無功損耗的突變將造成嚴重的能量損耗，因此利用無功補償技術，采用電容器等無功補償設備對空壓機的無功損耗進行補償十分有效，當異步電動機產生或吸收無功功率時，電容器可以起到吸收或釋放無功的作用，從而大大降低空壓機的電能損耗。

4結束語

空壓機作為工業生產中的重要設備，在諸多工業生產領域得到了廣泛的應用，利用節能技術降低空壓機的能耗水平，對提高資源的利用率，促進我國經濟的可持續發展都有著重要的積極意義。相信隨著相關技術的不斷發展與完善，空壓機節能技術必將得到更加廣泛應用，發揮更加顯著的作用。

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