空压机变频改造可行性分析

摘要：为了积极响应节能减排的号召，文章对崖城作业公司南山基地空气压缩机进行了变频改造技术以及经济可行性分析。改造后的空压机变频不但保证了生产的安全稳定，减少了设备故障率，降低了生产成本，还节约了大量的电能。

关键词：空压机；变频改造；设备改造可行性分析

中图分类号：TH457 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）01-0076-02

空压机的供气，由于生产工艺的差别，使得用气量发生波动从而会造成空压机频繁加载、卸载。空压机卸载后电机仍然工频运转，不仅浪费电能而且增加设备的机械磨损；空压机加载过程是突然加载，也会对设备和电网造成较大的冲击，因此对空压机进行变频改造具有改善电机的启动和运行方式、减少设备的机械磨损、节约电能等效果。

一、螺杆式空压机的工作原理

螺杆式空气压缩机的工作过程分为吸气、密封及输送、压缩、排气四个过程。空气经空气过滤器和吸气调节阀而吸入，该调节阀主要用于调节气缸、转子及滑片形成的压缩腔，阴、阳转子旋转相对于气缸里偏心方式运转。滑片安装在转子的槽中，并通过离心力将滑片推至气缸壁，高效的注油系统能够确保压缩机良好的冷却及润滑油的最小舒适耗量，在气缸壁上形成的一层薄薄的油膜可以防止金属部件之间直接接触而造成磨损。经压缩后的空气温度较高，其中混有一定的油气，经过油气分离器进行分离，之后，油气经过油冷却器冷却在经过油过滤器流回储油罐，空气经过气后冷却器(空气冷却装置)进行冷却而进入

储气罐。

二、变频改造的可行性分析

近年来，新技术、新设备的使用，特别是在自动控制的领域，变频调速越来越多地起到不可或缺的作用。我们平台上的恒压供水系统、变频调速电潜泵等都使用了变频装置，在保证平台的生产生活中起到了至关重要的作用。

通过流体力学的基本原理可知：风机、泵类、压缩机等设备均属于变转矩负载。其转速、流量、压力和功率的关系为：流量和转速成正比，压力和转速的平方成正比，轴功率和转速的立方成正比。当电动机转速稍有下降时，轴功率将大幅下降。如当流量为加载流量的80%时，轴功率仅为额定功率的51%，下降近一半。

空压机的变频控制系统设计思路为：在空压机的出口安装压力传感器，用来获取所需要的电流信号。当系统用气量小时，空压机出口压力升高，压力传感器的阻值减少，24V直流电源把压力传感器的阻值转变成电流信号，使其对变频器输入的电流信号增大，变频器与设定值比较后得出偏差然后控制变频器调节输出电源的频率逐渐减少，电动机转速下降，同时压缩机的转速也下降，排气量减少。当系统用气量大时，系统压力逐渐降低，变频器输出电源频率升高，电动机转速增加，排气量增大，满足系统用气量要求。当供气量和用气量基本持平时，变频器就会在该点的频率运行。这样就实现了系统压力的恒定，同时空压机也一直运行在最经济的状态。例如我们的系统压力时10kg，当管线压力高于10kg的时候，压力传感器就将此信号传给变频器，变频器经过信号处理以后使输出电源的频率降低，从而使电机的转速降低，最终达到设定值。控制系统原理框图如图1所示：

三、改造后可以达到的预期分析

1．大大节约了电能。未使用变频装置的时候，空压机在待机状态下不做工，但是电机还在运行。而应用变频装置后，空压机是通过变频装置改变电源频率来调整电动机转速的，继而改变空压机排气量，提供稳定压力的。不存在电动机待机运行问题，进而大大节省电能。

根据现在空压机的使用情况下，空压机的空载率大约为30%。虽然电机在空载的情况下，空载电流比较小，但是相对于空压机电机来说，其功率也是不可小窥的。这里以空载功率为额定功率的30%计，以每天工作24小时，每年350个工作日计。根据能量守恒原理，空压机的空载运行消耗的功率在变频改造以后将不会出现。那么，变频改造后空压机每年可以节省的电能大约为：

W＝75kW×30%×30%×24×350＝56700kW·h

2．提高了生产稳定性的保障。由于空气系统的压力始终恒定，所以生产前线的汽缸和气动阀门运行稳定可靠，减少了误动作和设备停机，保证生产的连续稳定运行。

3．延长了机器的使用寿命。调速后设备的转速下降，磨损减少，启动时转速缓慢提升，也减少了对设备的冲击。由于转速降低，各运动部件的噪声和震动也相应的降低。

根据第一点的分析，在空压机空载运行的工程中，虽然空压机没有出力，但是空压机的做工部件并没有停止工作。机械的磨损还在一直进行，而空载时候的磨损在变频改造以后将得到完全的避免，那么也就是说可以大大提高压缩机的使用寿命。

根据机械的寿命和磨损时间成正比，而磨损程度和旋转的时间成正比。那么同样在出工的情况下，变频改造避免了因为空载而造成的机械磨损。相当于就是延长了空压机的使用寿命。

根据现在空压机的使用寿命为两年计算，那么在改造之后，其使用寿命为：

S=2/（1-30%）=3

也就是说，变频改造以后空压机的使用寿命将延长一年，这样相当于每六年就节约一套空压机总成。

4．运行和维护工作量降低。变频改造后，空压机的进气阀门常开，不用经常的开关，减少了设备的故障率。同时压缩机一直处于运行状态，有助于润滑油的循环，避免了空压机待机时润滑不好造成的机械磨损。

而且现在的空压机做工是通过开关进口阀来控制输出压力的，这样造成波动的压力对管线的冲击，进而造成管线以及管线上的阀门等故障率提高。在改造以后，管线压力一直稳定在10kg压力左右，那么降低了管线以及管线上的阀门等的故障率。

5．控制简单、灵活、精度高、反应速度快。应用变频控制以后，空压机的冷却风扇转速没有变化，那么流经空压机的空气流量没有变化，但是由于空压机改造后平均转速降低，空气压缩热以及机械摩擦产生的热量减少，冷却效果更好，降低了排气温度，减少了设备故障。

在变频改造以后，电机的启动是一个缓慢平滑的过程，这样的启动方式降低了电机启动过程中本身的大电流冲击对绝缘材料寿命的影响，延长了电机的使用寿命。而且避免了电机起停以及频繁加卸载对电网造成的冲击。

虽然变频器的一次投资比较高，但是由于其良好的工作稳定性，所以在以后的实际使用过程中，维修保养费用会很少。这个在我们的淡水泵的实际应用中就得到了比较好的证明。

四、结语

综上所述，在空压机变频改造后，不但保证了生产的安全稳定，减少了设备故障率，降低了生产成本，而且还节约了大量的电能。在保证平台安全可靠运行的同时，降低了生产成本，节约了能源。

参考文献

[1]高相家，陈放．螺杆空压机变频节能改造的经济分析和技术方案[J]．技术改造，2009，（3）.

[2]李强，屈宝存，葛智强．PLC和变频器在空压机节能改造中的应用[J]．可编程控制器与工厂自动化，2006，（7）.

[3]李传淮．PLC和变频器在空压机节能改造中的应用[J]．科技资讯，2007，（2）.

作者简介：李茫（1982-），男，陕西泾阳人，中海油湛江分公司崖城作业公司助理工程师，研究方向：电气设备的维修、保养、升级改造以及电气项目的实施、管理、验收及质量控制。

（责任编辑：赵秀娟）