变频器在单螺杆空压机节能改造中的应用探究

安太玉

（长春汽车工业高等专科学校，吉林 长春 130011）

近年来，随着我国社会经济的高速发展，人们的生活水平逐步提升，对生态环境质量提出了更高要求。科学技术的不断创新，使得高效低耗技术颇受人们关注，变频器技术也日渐成熟，开始被广泛应用于各领域中。部分企业在生产过程中需要利用到空压机，由于空压机的能源损耗较大，以致于企业的经济效益和环境效益得不到提升，基于此应当充分发挥变频器技术，将其引用于单螺杆空压机系统中，以便于对其进行有效的节能改造，提高单螺杆空压机的使用性能，规范空压机操作流程，简化其操作方式，保障单螺杆空压机使用的安全性。

1 原单螺杆空压机的工作原理

原单螺杆空压机主要利用Intellisys控制器来进行设计，在启动后，Intellisys控制器发出相应的命令信号，KT1线圈得到电源的支持，开始运转，KM3和KM1线圈也启动运转，压缩机电机运行。进气阀处于关闭状态，放气阀呈打开状态，可以排放压力，空压机位于卸载模式中。当需气量未能达到额定的排气量，那么排气压力便会增大，一旦其超过最小压力值，调节器便会启动，开始控制气压，将气输入进气阀中，然后关闭部分进气阀，降低进气量，维持供气、用气之间的平衡；当压力值上升至最大压力值时，则需要跳开压力调节开关，通过加载、卸载电磁阀、放气电磁阀，来控制气进入进气阀中，并关闭阀口，打开放空阀，放掉压缩空气。

2 单螺杆空压机在加、卸载供气控制方式中存在的问题

现阶段，单螺杆空压机在加载、卸载供气控制方式中还存在一定的问题，有待于进一步解决，其问题主要如下。

（1）能耗消耗较大。加载、卸载供气控制方法，会促使压缩气体的压力在最低压力值和最大压力值之间变化。最低压力值指的是空压机正常运行的最低压力。通过能耗分析，可以发现单螺杆空压机在实施加载、卸载供气控制方式的时候，其能源消耗来自两个方面：一方面，当压缩空气压力超过最低压力值后，在单螺杆空压机原有的运行原理基础上，其压力值会继续上升至最大压力值，这就会导致其热量向外释放，造成能源消耗。而且当超过最小压力值的气体进入元件之前，其需要经过减压阀，在降压的过程中同样需要损失一定的能源；另一方面，则在于体卸载时所采用的调节方法不够合理，容易产生能源消耗。当压力达到最大压力值的时候，其需要实施降压卸载工作，目前所采用的调节方式，会造成大量能源的消耗，空压机10%的时间都处于空转状态。

（2）单螺杆空压机在运行过程中，主要是利用机械方式来对进气阀进行调节，这种方式无法连续性调节供气量，会因为供气量的变化而致使压力出现波动，在用气精度方面还有待强化，未能满足相关工艺标准。而且频繁的调节进气阀，会致使进气阀出现损伤，增加维修费用。

3 变频器在单螺杆空压机节能改造中的有效应用

3.1 单螺杆空压机节能改造的必要性

由于单螺杆空压机目前的工作原理会致使其产生过大的能源损耗，不符合高效低耗生产的要求，因此必须对其进行有效的节能改造，以降低其应用成本。就目前而言，大部分单螺杆空压机采用的是加载、减载等运行模式。在空压机进行减载的时候，会出现空转状况，这种情况下，空压机未能起到运行作用，反而还消耗了电能，得不偿失，造成了能源浪费。因为无法改变电动机的转速，要想避免空压机出现空转问题，则必须改变空压机的频率，重新调整其转速，这就需要应用到变频器技术。在使用变频调速技术的时候，需要利用压力变送器进行测量，对比管网压力值和压力设定值，以发现两个数据之间存在的偏差，通过科学的PID调节器来计算频率值，主要指的是变频器在异步电动机中应用的频率值。可充分发挥变频器的作用，利用其来有效控制电机的工作频率，改变电动机的转速，以重新调整空压机的供气量，有效控制管路压力。基于这一工作原理，单螺杆空压机可将压缩空气输入储气罐中，其所受到的压力也会产生一定的变化，管网压力将逐步趋向于设定好的压力值。

有效的单螺杆空压机节能改造方案，不仅能够保证空压机供气的连续性，做好调节工作，还能够为管网压力的稳定性提供重要保障，使之一直达到设定的压力值，并且长久保持，以减少单螺杆空压机运行中的能源损耗量，达到节能目标，保障供气质量。通过变频调速的方式来控制空压机，可以实现恒压供气控制模式，降低空压机中各部件的磨损率，从而延长单螺杆空压机的使用年限，减少空压机的维修成本，提升空压机运行效率，为企业生产带来更多的经济效益。

3.2 单螺杆空压机节能改造方案

可根据单螺杆空压机的原工作原理，及其运行中存在的各项问题，制定适宜的节能改造方案。于原有控制系统中增加变频主机设备，严格按照相关要求进行安装。加装变频主机设备，不仅不会影响单螺杆空压机在工频状态下的正常运行，还能实现变频的有效转换，由一台变频主机，轮流控制两台空压机，可根据施工生产的实际情况，选择适宜的运行模式，工频或是变频均可。这种运行方式，能够大大提高单螺杆空压机的运行效率，具有较好的节能效果，可保证单螺杆空压机运行系统的稳定性，尽量规避故障的发生。

为充分发挥变频器技术的作用，改善单螺杆空压机控制系统，应当保留单螺杆空压机原控制系统的安全保护功能，不改变原来的系统操作习惯，以提高单螺杆空压机系统运行的安全系数，优化操作流程。在对单螺杆空压机进行变频节能改造的时候，还应该尽量保留空压机的主电路，使之控制电路保持完整性，无须改动其电路系统，这有利于为后续维修工作奠定扎实基础，有效应对变频器出现故障的状况。

3.3 单螺杆空压机节能改造后的效益

在充分利用变频器技术，对单螺杆空压机进行节能改造后，相较原来的运行系统，单螺杆空压机的运行效益得到了极大提升，主要体现在以下几个方面：（1）在实施单螺杆空压节能改造后，空压机的能源损耗率降低，减少了空压机的运行成本。单螺杆空压机在运行过程中，会产生一定的成本费用，主要来自三个部分：一部分是最开始的设备采购成本，一部分是后期设备的维修成本，另一部分则是设备运行过程中的能源成本。其中能源成本占据了空压机运行总成本的80%。在经过节能改造后，单螺杆空压机运行中的能源成本大大降低，仅占据运行总成本的20%。而且应用变频器技术后，单螺杆空压机的维修成本也随之下降，这是因为减少了对设备的冲击和破坏。基于此，节能改造后的单螺杆空压机运行总成本大幅度下降，所节约的成本费用，仅一年就能补足空压机节能改造所花费的费用。（2）节能改造后的单螺杆空压机在运行过程中，能够利用变频控制系统，精确地控制其压力，以促使压缩机空气压力输出，满足用户空气系统的气量要求。通过科学的变频器技术，使其气量输出，随着电机转速变化而变化，加强对电机转速的控制，促使空压机管网系统保持在设定的压力值范围内，以提高空压机的运行效率，保障生产质量。（3）单螺杆空压机在进行节能改造后，其性能得到了有效提升。变频器技术的应用，使得空压机的启动加速时间能够根据实际情况进行相应的调整，可避免其出现空转状态，减少对空压机中各部件的冲击，以免其在长期冲击下受损，影响空压机系统的正常运行，延长单螺杆空压机的使用年限，减少维修次数和成本。通过科学的变频控制，在启动空压机的时候，可减少电流的波动，以免对其电网造成干扰，影响其他设备用电。

4 结语

总而言之，对单螺杆空压机进行节能改造十分有必要，其有利于降低单螺杆空压机运行的能源消耗量，提高空压机运行效益。应充分发挥变频器技术的作用，在单螺杆空压机原有的工作原理基础上，加装变频器，以避免单螺杆空压机在运行过程中出现空转状态，有效控制压力，从而促进单螺杆空压机的现代化发展。