螺桿式空壓機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，是應(yīng)用最廣泛的動(dòng)力源之一。但也存在著大量的能源浪費(fèi)，主要是電能、熱能的浪費(fèi)。企業(yè)通過合理管理，對(duì)設(shè)備的改造和有效的利用，每年可幫助企業(yè)節(jié)約能源費(fèi)用消耗，又能夠間接減少CO2的排放，有著良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。適宜推廣。
一、改造前的設(shè)備狀況
某廠有2臺(tái)20m3/min螺桿空壓機(jī)和2臺(tái)10m3/min螺桿空壓機(jī),其工作原理是由一對(duì)相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化,空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè),實(shí)現(xiàn)螺桿空壓機(jī)的吸氣、壓縮和排氣的全過程。20m3/min螺桿空壓機(jī)的主電機(jī)額定功率為132kW,10m3/min螺桿空壓機(jī)的主電機(jī)額定功率為75kW,均為Y—Δ減壓啟動(dòng)。
原系統(tǒng)存在以下問題:
?、僦麟姍C(jī)雖然采用Y—Δ減壓啟動(dòng),但啟動(dòng)電流仍很大,會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其他用電設(shè)備的運(yùn)行安全。
?、诳諌簷C(jī)時(shí)常空載運(yùn)行,屬非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,電能浪費(fèi)嚴(yán)重。
?、酃ゎl運(yùn)行時(shí)噪聲很大。
?、芄ゎl啟動(dòng)對(duì)設(shè)備的沖擊較大,各部件如電磁閥的動(dòng)作頻率高,所以設(shè)備維護(hù)費(fèi)用相對(duì)高。
二、變頻改造可行性分析
1.節(jié)能由于該廠用氣負(fù)荷波動(dòng)較大,而變頻控制系統(tǒng)可以比較準(zhǔn)確地根據(jù)用氣系統(tǒng)的需求來控制空壓機(jī)的輸出,達(dá)到節(jié)約能源的目的。
?、僮冾l器的軟啟動(dòng)功能,使空壓機(jī)的啟動(dòng)電流小;
②空壓機(jī)加載時(shí),因供氣量的變化而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速;
?、郛?dāng)用氣量極小時(shí),導(dǎo)致空壓機(jī)卸載運(yùn)行,變頻控制系統(tǒng)的空壓機(jī)在空載狀態(tài)時(shí)電機(jī)能耗也大大降低(20m3/min空壓機(jī)低于30kW)。經(jīng)查變頻曲線表(由空壓機(jī)廠家提供變頻器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表)得知,使用變頻器控制時(shí),空壓機(jī)加載時(shí)的平均功率約為80kW,空載時(shí)約為30kW,根據(jù)2001年運(yùn)行數(shù)據(jù),年運(yùn)行時(shí)間為8000多小時(shí),加載比例為45%,工頻加載時(shí)的平均功率為113kW,空載時(shí)約為50kW,與工頻相比,變頻控制加載時(shí)節(jié)電量118800kW·h,節(jié)約電費(fèi)77220元(每kW·h以0.65元計(jì)),空載時(shí)的年節(jié)電量88000kW·h,節(jié)約電費(fèi)57200元,共計(jì)134420元。20m3/min螺桿空壓機(jī)變頻改造費(fèi)用約為15萬元,因此從理論上此改造是可行的。
2.降低維護(hù)成本采用變頻控制系統(tǒng),空壓機(jī)的軟啟動(dòng)減少了對(duì)部分電氣部件和機(jī)械部件的沖擊。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),轉(zhuǎn)速大部分時(shí)間低于額定轉(zhuǎn)速,降低了各類相關(guān)電磁閥和氣動(dòng)元件的工作頻率,延長了零部件的使用壽命,減少了空壓機(jī)的維護(hù)費(fèi)用。
3.降低噪聲當(dāng)排氣量減少時(shí)。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度減慢,空壓機(jī)發(fā)出的噪聲比全速運(yùn)行時(shí)的噪聲大大減少,改善了操作工的工作環(huán)境,有利于環(huán)保。
三、改造措施及運(yùn)行效果根據(jù)原設(shè)備工況存在的問題,空壓機(jī)經(jīng)變頻改造后應(yīng)滿足以下要求:
?、匐姍C(jī)變頻運(yùn)行狀態(tài)保持氣罐出口壓力相對(duì)穩(wěn)定,上下波動(dòng)0.1MPa;
②為了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,系統(tǒng)應(yīng)具有變頻和工頻兩套控制;
?、圩冾l控制系統(tǒng)應(yīng)采取閉環(huán)控制方式;
?、転榱讼到y(tǒng)的穩(wěn)定性,一臺(tái)20m3/min螺桿空壓機(jī)運(yùn)行在變頻方式,但兩臺(tái)空壓機(jī)可以相互進(jìn)行變頻切換;
?、莞鶕?jù)空壓機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性,應(yīng)選用恒轉(zhuǎn)矩變頻器;
?、拊谟秒姎饬啃〉那闆r下,變頻器處在低頻運(yùn)行時(shí),應(yīng)保證設(shè)備的正常潤滑。
根據(jù)要求,采用一套變頻控制系統(tǒng)(ABB ASC600型通用變頻器),通過切換裝置轉(zhuǎn)換控制2臺(tái)20m3/min螺桿空壓機(jī)(一臺(tái)變頻運(yùn)行,另一臺(tái)可工頻運(yùn)行)?？刂苹芈啡圆捎迷諌簷C(jī)系統(tǒng)中的西門子S7-200型PLC控制,并在壓縮空氣總管路上安裝一只壓力變送器,輸出4￣20mA信號(hào)反饋至變頻器,與壓力設(shè)定值進(jìn)行比較,經(jīng)PID運(yùn)算輸出控制信號(hào)給變頻器的驅(qū)動(dòng)回路,調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及空壓機(jī)的加卸載,維持設(shè)定壓力的平衡,以達(dá)到恒壓供氣的目的。
經(jīng)過幾個(gè)月的實(shí)際運(yùn)行和參數(shù)的多次修改,最終達(dá)到了滿意的控制效果。連續(xù)對(duì)6個(gè)月的耗電數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較,節(jié)電率達(dá)28%以上,年節(jié)約電費(fèi)20萬元以上,在不到一年的時(shí)間內(nèi)即可收回投資。
四、問題及處理改造后的空壓機(jī),運(yùn)行兩年多曾出現(xiàn)如下問題
1.電機(jī)的冷卻風(fēng)翼經(jīng)常斷裂由于空壓機(jī)的電機(jī)功率為132kW,電機(jī)的冷卻風(fēng)翼采用金屬材料,空壓機(jī)經(jīng)變頻改造后轉(zhuǎn)速經(jīng)常變化,雖然將變頻器的加減速時(shí)間在允許范圍內(nèi)進(jìn)行了延長,但仍經(jīng)常發(fā)生風(fēng)翼折斷的故障。為此,安裝一臺(tái)獨(dú)立的風(fēng)扇對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻后,運(yùn)轉(zhuǎn)正常,問題得以解決。
2.空壓機(jī)油路系統(tǒng)過早出現(xiàn)積炭改造后的空壓機(jī)平均轉(zhuǎn)速降低,使用一定時(shí)間以后,壓縮機(jī)的冷卻盤管及油分離器的內(nèi)壁上形成積炭,造成其換熱器換熱效果明顯下降,出現(xiàn)排氣溫度高報(bào)警,造成頻繁停機(jī),影響正常生產(chǎn)。于是選用空壓機(jī)廠家推薦的積炭清洗劑(每臺(tái)的清洗費(fèi)用約600元),拆下冷卻盤管浸泡2h后(或通過專用泵循環(huán)30min),用清水沖凈,再用壓縮空氣吹干,更換新的油分離器芯,加入新的潤滑油,開機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后故障消除。
