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新型空壓機(jī)（壓縮機(jī)）節(jié)電器 

一、應(yīng)用背景：

      空氣壓縮機(jī)作為一種重要的動(dòng)力形式，被廣泛應(yīng)用于生活生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。其廣泛應(yīng)用于機(jī)械，冶金，電子電力，醫(yī)藥，包裝，化工，食品，采礦，紡織，交通等眾多工業(yè)領(lǐng)域?？諌簷C(jī)組是很多企業(yè)的必備動(dòng)力設(shè)備，一般在設(shè)計(jì)空壓機(jī)的裝機(jī)容量時(shí)，由于不能排除空壓機(jī)在滿負(fù)荷狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的可能性，所以只能按最大需要來(lái)決定壓縮機(jī)的容量，設(shè)計(jì)余量一般偏大。

二、工作原理

      目前市場(chǎng)上空壓機(jī)主要分為螺桿空壓機(jī)、活塞空壓機(jī)和離心式空壓機(jī)等。離心式空壓機(jī)主要應(yīng)用于用氣量很大的場(chǎng)合，一般企業(yè)應(yīng)用很少?；钊娇諌簷C(jī)設(shè)備投資低，以往很多企業(yè)都采用，但是產(chǎn)氣效率較差，正逐步被螺桿式空壓機(jī)所取代。螺桿式空壓機(jī)設(shè)備產(chǎn)氣效率高，主要分為有油和無(wú)油兩種，其中無(wú)油式空壓機(jī)應(yīng)用在紡織、醫(yī)藥等特殊場(chǎng)合。下面我們就螺桿式和活塞式分別作一下簡(jiǎn)要介紹：

1、螺桿式空壓機(jī)原理

（1）吸氣過(guò)程：

      螺桿式的進(jìn)氣側(cè)吸氣口，在設(shè)計(jì)時(shí)必須使壓縮室可以充分吸氣，而螺桿式壓縮機(jī)并無(wú)進(jìn)氣與排氣閥組，進(jìn)氣只靠一調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟、關(guān)閉調(diào)節(jié)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主副轉(zhuǎn)子的齒溝空間在轉(zhuǎn)至進(jìn)氣端壁開(kāi)口時(shí)，其空間最大，此時(shí)轉(zhuǎn)子的齒溝空間與進(jìn)氣口之自由空氣相通，因在排氣時(shí)齒溝之空氣被全數(shù)排出，排氣結(jié)束時(shí)，齒溝乃處于真空狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)到進(jìn)氣口時(shí)，外界空氣即被吸入，沿軸向流入主副轉(zhuǎn)子的齒溝內(nèi)。當(dāng)空氣充滿整個(gè)齒溝時(shí)，轉(zhuǎn)子之進(jìn)氣側(cè)端面轉(zhuǎn)離了機(jī)殼之進(jìn)氣口，在齒溝間的空氣即被封閉。

（2）封閉及輸送過(guò)程：

      主副兩轉(zhuǎn)子在吸氣結(jié)束時(shí)，其主副轉(zhuǎn)子齒峰會(huì)與機(jī)殼封閉，此時(shí)空氣在齒溝內(nèi)封閉不再外流，即[封閉過(guò)程]。兩轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，其齒峰與齒溝在吸氣端吻合，吻合面逐漸向排氣端移動(dòng)。

（3）壓縮及噴油過(guò)程：

      在輸送過(guò)程中，嚙合面逐漸向排氣端移動(dòng)，亦即嚙合面與排氣口間的齒溝間漸漸減小，齒溝內(nèi)之氣體逐漸被壓縮，壓力提高，此即[壓縮過(guò)程]。而壓縮同時(shí)潤(rùn)滑油亦因壓力差的作用而噴入壓縮室內(nèi)與室氣混合。

（4）排氣過(guò)程：

      當(dāng)轉(zhuǎn)子的嚙合端面轉(zhuǎn)到與機(jī)殼排氣相通時(shí)，（此時(shí)壓縮氣體之壓力最高）被壓縮之氣體開(kāi)始排出，直至齒峰與齒溝的嚙合面移至排氣端面，此時(shí)兩轉(zhuǎn)子嚙合面與機(jī)殼排氣口這齒溝空間為零，即完成（排氣過(guò)程），在此同時(shí)轉(zhuǎn)子嚙合面與機(jī)殼進(jìn)氣口之間的齒溝長(zhǎng)度又達(dá)到最長(zhǎng)，其吸氣過(guò)程又在進(jìn)行

2、活塞空氣壓縮機(jī)工作原理

      在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞向右移動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)活塞左腔的壓力低于大氣壓力p，吸氣閥開(kāi)啟，外界空氣吸入缸內(nèi)，這個(gè)過(guò)程稱為壓縮過(guò)程。當(dāng)缸內(nèi)壓力高于輸出空氣管道內(nèi)壓力p后，排氣閥打開(kāi)。壓縮空氣送至輸氣管內(nèi)，這個(gè)過(guò)程稱為排氣過(guò)程。活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)形成的。曲柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滑動(dòng)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊娇諌簷C(jī)有多種結(jié)構(gòu)形式。按氣缸的配置方式分有立式、臥式、角度式、對(duì)稱平衡式和對(duì)置式幾種。按壓縮級(jí)數(shù)可分為單級(jí)式、雙級(jí)式和多級(jí)式三種。按設(shè)置方式可分為移動(dòng)式和固定式兩種。按控制方式可分為卸荷式和壓力開(kāi)關(guān)式兩種。其中，卸荷式控制方式是指當(dāng)貯氣罐內(nèi)的壓力達(dá)到調(diào)定值時(shí)，空壓機(jī)不停止運(yùn)轉(zhuǎn)而通過(guò)打開(kāi)安全閥進(jìn)行不壓縮運(yùn)轉(zhuǎn)。這種空轉(zhuǎn)狀態(tài)稱為卸荷運(yùn)轉(zhuǎn)。而壓力開(kāi)關(guān)式控制方式是指當(dāng)貯氣罐內(nèi)的壓力達(dá)到調(diào)定值時(shí)，空壓機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 活塞式空壓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，并且容易實(shí)現(xiàn)大容量和高壓輸出。缺點(diǎn)是振動(dòng)大，噪聲大，且因?yàn)榕艢鉃閿嗬m(xù)進(jìn)行，輸出有脈沖，需要貯氣罐。

三、存在問(wèn)題

1、能耗分析

      我們知道加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在Pmin～Pmax之間來(lái)回變化。Pmin是最低工作壓力值，即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下，Pmax、Pmin之間關(guān)系可以用下式來(lái)表示：

Pmax＝(1＋δ)Pmin

δ是一個(gè)百分?jǐn)?shù)，其數(shù)值大致在10%～25%之間。

      而若采用變頻調(diào)速技術(shù)可連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量的話，則可將管網(wǎng)壓力始終維持在能滿足最低工作壓力上，即Pmin附近。

      由此可知，在加、卸載供氣控制方式下的空壓機(jī)較之變頻系統(tǒng)控制下的空壓機(jī)，所浪費(fèi)的能量主要在2個(gè)部分：

a、 壓縮空氣壓力超過(guò)Pmin所消耗的能量

b、 在壓力達(dá)到Pmin后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì)繼續(xù)上升(直到Pmax)。這一過(guò)程中必將會(huì)向外界釋放更多的熱量，從而導(dǎo)致能量損失。另一方面，高于Pmin的氣體在進(jìn)入氣動(dòng)元件前，其壓力需要經(jīng)過(guò)減壓閥減壓至接近Pmin。這一過(guò)程同樣是一個(gè)耗能過(guò)程。

2、卸載時(shí)調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量

      通常情況下，當(dāng)壓力達(dá)到Pmax時(shí)，空壓機(jī)通過(guò)如下方法來(lái)降壓卸載:關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過(guò)放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費(fèi)。

關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)空轉(zhuǎn)雖然可以使空壓機(jī)不需要再壓縮氣體作功，但空壓機(jī)在空轉(zhuǎn)中還是要帶動(dòng)螺桿或者活塞做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，據(jù)我們測(cè)算，空壓機(jī)卸載時(shí)的能耗約占空壓機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)的10%～15%(這還是在卸載時(shí)間所占比例不大的情況下)。換言之，該空壓機(jī)10%的時(shí)間處于空載狀態(tài)，在作無(wú)用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下，空壓機(jī)電機(jī)存在很大的節(jié)能空間。

3、其它不足之處

（1）靠機(jī)械方式調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，使供氣量無(wú)法連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)用氣量不斷變化時(shí)，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)。用氣精度達(dá)不到工藝要求。再加上頻繁調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，會(huì)加速進(jìn)氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。

（2）頻繁采用打開(kāi)和關(guān)閉放氣閥，放氣閥的耐用性得不到保障。一般的工礦企業(yè)空壓機(jī)一直都是全速運(yùn)行，正常情況空壓機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)將這部分多余的能量通過(guò)溢壓閥放掉了，溢壓閥放的能量越多，那么浪費(fèi)的電能就越多；新型的空壓機(jī)雖已采用自動(dòng)控制，當(dāng)氣壓到達(dá)設(shè)定值時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量來(lái)調(diào)整做功量，當(dāng)?shù)竭_(dá)最大設(shè)定值時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣閥讓電機(jī)空轉(zhuǎn)，這樣雖可節(jié)約一部分電能，但據(jù)我們實(shí)測(cè)，空轉(zhuǎn)時(shí)的電流只是降到打壓時(shí)的一半電流（如一臺(tái)55KW空壓機(jī)，打壓時(shí)電流為100A到120A，空轉(zhuǎn)時(shí)電流也有60A左右），都存在電能的巨大浪費(fèi)。

四、改造方案

      智能型空氣壓縮機(jī)節(jié)能系統(tǒng)是采用“負(fù)載跟蹤”系統(tǒng)，由變頻調(diào)速系統(tǒng)、壓力傳感器、智能控制器控制單元、軟件控制單元等組成。此控制系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)到的空壓機(jī)出口的壓力值，通過(guò)智能控制器進(jìn)行計(jì)算，然后輸出信號(hào)調(diào)整電機(jī)輸出頻率，進(jìn)而控制壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，在精確地控制空壓機(jī)出口的壓力的同時(shí)，延長(zhǎng)壓縮機(jī)系統(tǒng)的使用壽命，并大幅度地節(jié)約電能，同時(shí)，回收線路中的零序電流，進(jìn)行二次利用。