礦山空壓機變頻調速技術節能應用研究

（云南云安礦山設備檢測檢驗有限公司，云南 昆明 650217）

空壓機是礦山開采工作中的主要設備之一，能夠為風動設施提供動力。動力用空壓機的耗電量非常大，在礦山企業的快速發展中，提高經濟效益，降低生產成本成為當前急需解決的一個問題。在空壓機中使用一臺變頻器，實現多臺空壓機同時變頻節能的目標，分析變頻節能改造后的系統運行特點，提高空壓機的技術經濟指標，降低空壓機的能耗。

1 空壓機變頻調速的實現方案

（1）改造前的運行情況分析。某礦山企業中共有4臺v-0.3/8型的活塞式空壓機，排氣量0.3m3/min，壓力0.8Mpa，轉速820 r/min，電機功率3/4KW/P，活塞缸徑×缸數×行程Φ65×2×46(mm)，重量105KG，參數（長×高×寬）1050×390×720（mm）。每臺空壓機上裝有一臺電機降壓起動裝置，在實際運行中，工作人員每小時檢查一次空壓機各參數儀表指示，根據儀表指示值確定是否手動啟、停空壓機。人工手動開關空壓機沒法保證供氣量的連續調節，一旦用氣量發生變化，供氣壓力會產生較大幅度的波動，工作人員面對著繁瑣的工作容易造成誤操作，損壞設備。

（2）變頻節能改造思路。根據當前空壓機技術的發展水平和國外先進技術，在空壓機的變頻調速系統中進行節能改造，首先需要選擇一臺ABB變頻器與電機輪換驅動兩臺空壓機，檢測儲氣罐內的壓力，對系統中的壓力進行閉環控制，自動調節空壓機的運轉臺數與轉速。變頻節能改造后的空壓站控制系統主要由微機控制參數監測管理系統和恒壓變頻調度系統組成，空壓站控制系統在運行過程中，壓力變送器YB能夠通過可編程控制器控制空壓機的運轉臺數，使總管壓力P接近設定壓力P0。將空壓機運用到用風系統中，一臺空壓機變頻運行可以保證恒壓供風；用風系統單臺空壓機供風量不足時，可將變頻器運行頻率升高50Hz，將原先變頻運行的空壓機轉為工頻運行，重新啟動另一臺空壓機變頻運行維持恒壓供風。變頻器能夠完成兩臺空壓機的啟動，實現帶載軟啟動，降低沖擊電流對空壓機造成的影響。

（3）實現微機監控參數的功能。在空壓機中進行變頻節能改造需要提高系統中微機監控的功能性，使用傳感器檢測空壓機的溫度、壓力、流量和電量等主要參數。然后，經過轉變和變送電路轉換為標準信號傳輸給計算機系統，計算機系統實時顯示和定時打印出危機監控參數，必要的時候進行報警提示。為降低變頻調速系統的開發難度，可以采用MCGS監控組態軟件實現參數監測管理系統，系統對每臺空壓機的一級排氣溫度過溫、二級排氣溫度過溫和電機溫度過溫一級潤滑油壓力低等情況進行報警，延時停機功能。當參數檢測管理系統越限，報警信號指示時，會在顯示畫面上出現報警提示；如果出現連續越限的情況，會自動停機，發出聲音報警信號[1]。

2 變頻節能改造后空壓機的運行狀況

（1）風壓幅值變化小。對礦山空氣壓縮機進行變頻節能改造后，在工頻運行中，壓力在0.348Mpa～0.523Mpa區間變化，變化幅值為0.154Mpa；使用變頻運行后，壓力在0.486Mpa～0.53Mpa區間變化，變化幅值為0.033Mpa。風壓幅值變化小，使用風負荷穩定，供風質量好。

（2）噪音低。經過變頻節能后，機房平均噪音為72OB（A），使用變頻排氣時的平均噪音比使用工頻排氣時的平均噪音低9.121OB（A），不排氣時平均降低噪音4.619OB（A）。空壓機在運行中產生的噪音明顯變小了，改善了礦山開采人員的工作環境。

（3）操作簡便。當前的空壓機操作簡便，起動性能好，方便工作人員操作和使用，提高了礦山開采的效率。

（4）延長設備使用壽命。變頻器具有保持恒定值的優點，能夠使空壓機的壓力、轉速和功率達到動態匹配，降低轉數。將空壓機的轉數保持在220r/min～584r/min之間，有效減少了機械磨損，延長了空壓機的使用壽命。

（5）提高運行穩定性。原電控和改造后電控系統可以相互備用，完善了系統中的保護措施，提高了運行可靠性[2]。

（6）節能效果好。經過變頻節能改造后的空壓機節能性特別好，據調查統計，使用工頻運行時潤滑油平均每小時105g，而使用變頻運行每小時只需要42g。每次運轉中能夠節約40%左右的潤滑油，提高了礦山企業的經濟效益。

3 節能效果分析

（1）超過Pmin的壓力所消耗的能量。Pmin是保證用氣設備正常工作的最低壓力，當管網壓力到達一定值時，空壓站會重新開啟吸氣閥。經過改造后的系統對氣體所做的功用W=Pmin·Qmin表示，假設改造前壓力常年工作在P1附近，那時空壓機做的功為W=（Pmin+ΔP）(Qmin+ΔQ)，ΔP=δPmin，ΔQ≈Qo- Qmin。系統改造后的節能率η=（W1-W）/W1=（1+δ）2-1。δ是一個百分數，數值一般在15%～30%之間，需要將壓力設定在滿足設備用氣的最低壓力值Pmin附近。當δ分別為10%、15%、20%、25%時，節能率η分別為21%、32.5%、44%、56.3%，超壓部分的節能潛力較大。

（2）電機起動消耗的能量。空壓機是大轉動慣量負載，電機空載起動需要的功率相當于電機滿載運行時消耗功率的2倍～3倍，耗時1min。這部分消耗不記在空壓站的主要消耗中，在部分依靠頻繁起動控制排氣量的空壓站中，能耗會比較大。

（3）調節方法不合理產生的能量。正常情況下，當壓力達到Pmin時，空壓機關閉吸氣閥使電機空轉，以此來調節排氣量。不過，空壓機在空轉中會帶動活塞做往復運動，此次空壓機產生的能耗占空壓機滿載運行的30%～50%。通過節能改造，將這部分能量節省下來，會產生較大利益。隨著變頻技術的不斷發展，變頻調速技術在空壓機中的應用越來越廣泛，將來空壓機會往大調節范圍、高性能方向發展，大型空壓機采用變頻調節技術將成為節能使用壓縮機的發展趨勢。通過變頻節能改造，排除了機械傳動方式產生的能量損失，對全范圍內的轉速進行控制，實現增風量運行。

（4）節能發展動向。變頻調速技術作為空壓機節能措施的有效方法之一，在多臺空壓機的使用場合應用廣泛。一臺變頻器可以根據實際使用空氣量自動選擇需要的機械臺數，避免多臺空壓器同時運轉造成的巨大浪費，簡化工作人員的管理 工作，均衡空壓器的運行時間。搞好資源利用，提高壓縮空氣的經濟性。在空壓機中建立加熱系統，回收空壓機產生肺熱方案，實現節能，提高礦山開采的經濟效果。

4 結語

在此次研究中利用微機控制管理系統和一臺變頻器實現多臺空壓機的變頻節能改造，降低礦山企業的投資成本，實現最佳的節能效果。空壓機是礦山電力消耗的主要來源之一，使用變頻調速技術降低了空壓機開機和關機時瞬時電流沖擊對設備和系統的影響，選擇適宜的氣量與起動調節方式，保證設備能夠平穩運行。

[1]李金利.礦山空壓機變頻調速技術節能應用研究[J].現代制造技術與裝備,2010,(3):30,42.

[2]施生才.變頻調速技術在空壓機中的應用[J].自動化應用,2014,(2):58-59.