试析空压机节能方法

白德龙，陈韵竹，陈江华

（1.内蒙古岱海发电有限责任公司，内蒙古 乌兰察布 013700；2.北京中智信息技术股份有限公司，北京 100176）

试析空压机节能方法

白德龙1，陈韵竹2，陈江华2

（1.内蒙古岱海发电有限责任公司，内蒙古 乌兰察布 013700；2.北京中智信息技术股份有限公司，北京 100176）

随着科技的快速发展，人们对生活质量的要求越来越高。空压机在人们的生活生产中占据的地位也越来越重，如冰箱、空调、车辆等都会运用到。但其所耗费的大量能源，限制了其发展。文章通过对空压机能耗现状的分析，浅析其节能改造方法及其应用。

空压机；节能方法；分析

空压机又称空气压缩机，是工业制造的主要动力源，带动产业发展的同时也耗费大量的能源，造成环境的污染。这一现象引起了全世界的高度重视。但因国内的科学技术较为落后，对空压机的使用时间并不长，所以对其节能改造技术设计和利用其节能的空间创造更大的效益了解不多。所以，解决空压机的耗能仍然迫在眉睫。本文对国外空压机节能改造的最新技术加以提炼综合，浅析适合国情的节能方法，以供行业人员参考。

1　空压机能耗现状

根据对2010年采用空压机技术制造的生产企业的调查发现，在中国2010年全年采用空压机压缩空气损耗的电量占据全国发电量的9.5%～12%（主要为三峡大坝发电量），而压缩空气系统所消耗的电量约占企业用电总量放入17%～39%（包含浪费电量）不等。在生产过程中，空压机的寿命周期所需要的成本中（前期投入、维护、能源损耗），能耗占据了总成本的72%，但国内的空压机的平均使用负荷却仅仅只有68%，形成了“大马拉小车”的现象。在运行过程中，仅涉及运行这部分的功率能源浪费就高达13%。由此可以看出，在国内的大部分制造企业当中，采用空压机进行空气压缩，所损耗的能源并没有百分之百运用在制造过程中，在空压机产生的效能中，起码有一半的能耗是做了无用功。同时可以从调查数据中看出，空压机的压缩节能空间一般可以提升至15%～55%之间，能够将能耗大大降低的同时，充分发挥其工作的效能，提高生产效益，推动行业的发展前行。但在进行空压机的节能改造中，需要根据不同的行业制造及空压机的类型而定，因其能源损耗的不同，对其节能改造方法的设计也会不一样，比如变频空压机、活塞式空压机等，改造的力度不一。

2　空压机节能空间分析

文中所阐述的空压机是用于生产制造行业的，一般有两种，一种是螺杆式，一种是活塞式。螺杆式的空压机的工作原理是由一对相互平行啮合的螺旋杆在气缸中转动，空压机的进气口和出气口分别位于机器两端，在运行时一边的螺旋槽会锁着转自齿被主电机驱动而旋转，使得转子齿之间的空气不断产生周期性的容积变化，流入的空气则会沿着转子轴线进行输入和输出，从而实现空压机的吸气—压缩—排气的过程，经气体进行升压后输送到储压罐内。而活塞式空压机则是通过活塞轴在气缸内做往复运行，将缸内的容积周期性的改变，从而使得气缸内气体容积发生变化，并且于气缸内气阀做相应的打开和闭合的配合，用—吸气—压缩—排气等过程实现升压并储存。

生产企业为提高生产的效率，通常会采用变频调速的方式进行空气压缩工作，与加入变频调速后的空压机与传统的空压机相比，其在载荷、卸荷的运行方式中都具有一定可调节性，如图1所示。传统的空压机在卸荷运行过程中存在一些问题。

图1 变频调速空压机载荷、卸荷运行

卸荷状态下，传统的空压机还会消耗电能，所消耗的这部分电能并没有充分地利用到生产过程中，所以提高卸荷状态下的空压机运行效率或者是降低其卸荷状态下的运行功率，都能够很好地达到节能效果。其次是空压机在运行时，驱动轴所需要的功率和排气的气压及转速有直接的联系，在实际的运行当中，因为压缩空气的使用会随着生产变化，造成空压机不经常在额定功率下运行，导致排气压力的高低直接影响实际轴功率的大小。如果在运行的过程中，排气压力越高，所需要的转轴功率也越大。

为了满足随时用气量的变化要求，储气罐内的气体必须保持一定的压力，但是国内采用的大多数的空压机广泛采用切断进气的调节方式改变排气和储气罐的气量。另外，主电机工频运行不仅致使空压机运行时噪音很大，工期压力偏低，不能满足工艺要求，工期压力偏高，电能消耗也比较高，从而造成工期成本比较高，劳动的强度较大，启动时设备的冲击大，磨损也比较大。所以在进行节能改造时，必须要改造变频控制方式，保证生产在所需要的最低压力下运行，而且还要大大降低电机输入功率。

3　空压机节能方法应用

3.1 节能改造方法的控制原理

在本次的改造过程中，需要由变频器和压力变电输送器、电机、空压机组成压力闭环控制系统，形成自动调节电机转速，促使储气罐内部的空气压力稳定在预设定的范围内，从而达到恒定压力控制。将反馈的压力和生产时预设定的压力进行比较运算，实时控制变频器的输出步，从而调节电极转速，使得储气罐内的空气压力稳定在需要的制造参数内。在改造中变量实际值需要满足控制的要求。

空压机和压力的检测单元是由用户自备，变频器可以根据空压机的功率确定。根据改造公司的要求，节能改造团队选用一台变频器，采用点切换的方式就可以满足要求。选择的比例积分微分（Proportional Integral Differential，PID）调节器采用的是可编程逻辑器（Programmable Logic Controller，PLC）或者是通用型的控制器都可以，如果采用PLC时，就需要配备编程器，这样配合节能效果更好。选用变频控制器，需要在定期对PID调节器和多机控制器的逻辑切换时，采用单独配置。

3.2 自动变频系统改造的具体实施方案

根据节能改造的设备控制要求，在设计时，采用PLC与变频共同作用的结构，在设计时还需要进行数量的运算，并将运算的结果输出给相应的继电器或者接触器，从而完成电机的结果输出，并给出相应的继电器或者继电器的规格。将完成电机优化组合及其他相关动作，让变频器进行主动传输—软启动和压力自动调节的功能。

3.3 空压机变频改造后的效益分析

将空压机进行节能改造后，对空压机进行检测。结果发现，变频器控制空压机和传统的空压机相比较，具有节约能源的实际效益，同时还能根据空气量需求来供给气的压缩机工况，节约运行的经济成本；因为传统的空压机的运行成本由采购、维护、能源消耗3种组合而成。能源损耗占据总成本较大比例，采用节能改造后的空压机将能源成本降低到35%左右，在运行过程中，变频启动的冲击减少，相对而言维修养护的成本也降低了。

其次是可以提高压力的控制精度，采用变频调节控制的系统，在压力控制能力上具有精确性，使得空压机产生的输出和制造生产所需要的气量相匹配。将输出气量的变化随电机的转速改变，从而提高电机运转的精确度，让系统受到运行压力的变化保持在较小的范围内，有效提高了工况的质量，减缓了机械部件造成的冲击，延长了空压机使用寿命。通过节能改造，电机的运转速度明显减慢，降低了空压机运行时的噪音污染。

4　结语

在进行空压机的节能改造过程中，需要根据需要的生产目标和基本的要求，在空压机原有的基础上进行功能改造和功率利用。要尽可能地利用其升压空间，减少运行过程中的机械冲击，在延长空压机使用寿命的同时还能降低能源损耗，最大程度上发挥其电流的利用率，将空气在最短的时限内进行升压，从而达到高效工作的目的。

［1］吕新磊，王永华，高永田.螺杆式空压机变频节能改造方案设计［J］.郑州轻工业学院学报（自然科学版），2012（1）：91-93.

［2］宋韧，刘淑婷.空压机节能改造新技术应用研究［J］.资源节约与环保，2012（6）：19-20.

［3］梁艳娟.空压机变频改造节能技术的研究与应用［J］.制造业自动化，2011（13）：153-156.

Analysis on energy saving method of air compressor

Bai Delong1， Chen Yunzhu2， Chen Jianghua2
（1. Inner Mongolia Daihai Electric Power Generation Co.， Ltd.， Wulanchabu 013700， China；2.Beijing CI Comstars Information Technology Co.， Ltd.， Beijing 100176， China）

With the rapid development of science and technology， the requirement for people's life quality is higher and higher. The position of air compressoris is more and more important in people's life and production， which can be used in refrigerators， air conditioners， vehiclesand and so on，but it takes a large amount of energy， which limited its development. Based on the presentation of the energy consumption for air compressor， its energy saving transformation method and application are analyzed in this paper.

air compressor； energy saving method； analysis

白德龙（1976— ），男，山西代县，硕士，高级工程师；研究方向：发电安全生产管理。