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摘要：随着机电一体化的发展，目前空气压缩机已从单纯的机械产品正向着智能化及云端控制方向发展。压风机房也由原来定人操作、定人值班、每日检修，发展到现在的无人值守、厂家定期检修的模式，机电一体化技术在压风机领域得到了蓬勃发展。
关键词：螺杆式；空气压缩机；节能改造
螺杆式空气压缩机控制器拥有对机组进行自动控制、实时监控、故障诊断及处理等功能，自动控制机组具有停机、待机、启动、负载、空载、空车过久、紧急停机等状态；实时监控能够显示排气压力、排气温度等多组数据，实现机组的自动控制和保护功能；空气压缩机的三滤可以设定使用时间，当运行时间超过相对应的设定时间时指示灯亮，提醒需要更换部件；软件可以升级、扩展功能；操作系统简单、易于掌握。
一、螺杆式空气压缩机的工作原理
空气由空气过滤器去掉空气中的杂质后，进入螺杆式空气压缩机主体，即1对包容在机壳中的2根主副转子组成的螺旋转子，在电机的驱动下，两转子相互啮合使其空气受到压缩。压缩过程中主机上的喷油口不断向主机内喷油以确保主机的润滑、温度以及密封性。冷却油和压缩后的空气从排气口排出通过油气分离器。将分离出的空气经过空气冷却器冷却后用于动力供给，而油气分离出的润滑油通过管道冷却、过滤后可以循环使用。
二、存在的问题
某机电设备厂设立多处空压站，共有16台螺杆式空气压缩机，分区域供应压缩空气，空压机年用电量约120万kW·h，电能消耗较大，主要原因如下。
（1）空压机普遍存在“大马拉小车”现象。配置选型时，空压机额定配置均高于系统用气需求，而实际上最大负荷只是间断出现，其他时间负荷要小得多，压缩空气使用率低。
（2）空压机（定频）运行方式存在缺陷。传统空压机供气采用压力上、下限控制方式，加载压力（下限A）略高于需求压力，卸载压力（上限B）略低于空压机额定压力。当空压机供气压力大于B值时，空压机停止供气处于卸载状态，此时电机空载运行；当压缩空气使用压力降至下限时，空压机开始自动加载供气，如此反复。这种控制方式使系统压力存在一定波动，空压机A点加载电流瞬间冲击大、带载运行功率消耗高，B点卸荷后电机空转待机，电能无效消耗。而且需求量与供气量差异越大，加载、卸载就越频繁，系统能耗就越高。
由于空压机均不具备变频功能，为此，按照功率和利用率，先后为几处空压站加装变频调速装置。下面以其中一处空气站为例，介绍变频节能改造情况。
三、改造措施
1.改造方案
该空压站含站内3台和站外1台空压机，并联连接，供应7个厂房约3.2万m2的区域用气，24h运转，平时开动2台110kW机组（其中1台处于待机补气状态），夜班及用气量不大时，1台供气即可满足生产，经现场数据采集测试，空压机空载率约为40%，将近一半时间处于卸荷空转状态。在空气站加装1台IR5000-110-Ⅲ英格索兰变频调速柜（主要配置是丹佛斯变频器），变频器一拖三，实现3台空压机的变频/工频切换。
2.空压机压力调整
为增强节能效果，变频改造前修改空压机供气压力参数，使气管网各空压机压力设定值存在差异，联动开启空压机，避免无效开动。若同时开动2台设备一起加载，补气机就会先达到其卸载值0.76MPa而卸载，主供气机继续加载维持系统用气。无论主供气机是否卸载，只要系统气压不降低至补气机加载值0.67MPa，补气机就会因卸载而停机（时间持续达到设定的10min），这时补气机处于待机重启状态，系统压力不能满足时，才会启动补气机。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时开动3台设备亦是如此，每台空压机的加载、卸载参数均可人为设置，轮换作为主供气机。
3.变频空压机的确定
采用变频器一拖三模式，变频器通过模式开关选择，可分配到任何1台空压机进行变频控制，另外两台则处于工频状态，每台也可选择星—三角启动的工频运行。由于变频器切换不宜频繁，且100%满负载运行的空压机变频控制起不到节能效果，为此根据用气量变化，确定处于变频状态的空压机成为关键，分为以下几种情况。
（1）单台满足供气。变频设置容易确定，开动的空压机处于变频状态即可。
（2）单台长期不够供气。变频设置容易确定，只需将补气的空压机设定为变频状态。
（3）高峰期间，单台用气不够。变频设置不易确定，设置不好，节能效果不明显，甚至可能造成浪费。如白班用气高峰期间，主机不能满足供气，补气机自动启机，但会频繁加载卸载。最初将变频状态的空压机设为主机，工频状态空压机定为补气机，经使用观察，补气机能耗较大，主机也满负荷运行，相当于主机未起到变频作用。又将工频状态空压机设为主机，变频状态的空压机设为补气机，虽然节能效果好，但系统在用气量变小或夜班期间，变频空压机将变成休眠状态，即使停机，再启动也困难且易出故障，实际应用效果也不理想。最终，确定设备开动次序为：20m3/min主机（变频）＋3m3/min白班用气高峰补气机（工频）＋20m3/min补气机（工频，主机故障停机随时供气），节能效果非常理想，作为补气机的20m3/min空压机几乎不启动，中午及夜班时只有1台变频的空压机运转。
4.变频设定压力值与空压机设定压力值的关系
变频改造后，空压机开动与加载、卸载方式未改变，变频器调节系统气压趋于目标压力值，变频器压力值与主机、补气机的加载值、卸载值密切相关、相互影响，不容忽视。空压机目标压力值要设定在加载值、卸载值区间，且略高于主机加载值，使系统维持在低压节能状态，目前设定变频目标压力值为0.71MPa。
四、改造出现的问题及解决措施
（1）变频加载过程相对工频略显缓慢，对用气系统增压速度稍有影响，因此加载压力值设定要比工频适当提高0.05MPa。系统用气压力最低极限值为0.6MPa，考虑管路压力传递延时与损失，则空压机供气加载值至少设定为0.65MPa。
（2）空压机长期100%满负载运行对变频器非常不利，主机功率值在满负荷的80%—90%时最佳，该例选择的工况即是如此，使用3m3/min空压机补气，缓冲主机负载。
（3）变频器、压力表及压力控制显示同一局域的压力数值，相互差值最大可达0.03MPa，须识别真实数值，否则影响参数设置。
（4）选择变频取压点不宜与变频器过远，也不应在室外，避免控制气路水分凝结，影响反馈压力值。
（5）空压间夏季高温达40℃，变频器易出现A29报警（变频器散热片温度高）而停机。采用白班开工频、夜班开变频，清理散热片集垢均为缓冲高温的方法，最终房间做降温措施，变频柜加装小型冷风机后问题解决。
（6）空压机的工况是影响节能效果的重要因素，用气状况变化越大，则节能效果越好。按照星航机电设备厂用气特点，设定完变频器参数目标压力值，系统就能根据监测的实际压力，对空压机进行相应的变频调速控制（调速范围27—50Hz），较好地实现系统用气需求。
（7）为减少因改造引发的设备问题，现场制定了《变频器切换使用办法》、《变频器报警解除办法》及《空压机压力参数调整方法》等规程。沿用原有交接班制度和运行检查制度，为便于故障分析和处理，在原有运行参数记录表中，增加功率、频率、转速等变频参数记录。
五、节能效果
该处空压站变频改造后运行1年，经计量核算和分析，对比改造前去年同期耗电量，年节电322608kW·h，节电率30.9%。4处空压站合计节电率月均约35%，年总电量消耗减少约80万kW·h，实现了节能目的。空压机运行平稳，加载卸载次数明显减少，排气高温情况改善良好，设备故障率降低，使用寿命延长。
结束语
企业想要在竞争激烈的市场中获得强有力的核心竞争力，就应该认识到进行螺杆式空气压缩机更新以及技术升级的重要性。相信在进行合理的螺杆式空气压缩机革新之后，我国的矿井会获得更快更好地发展。
参考文献：
[1]杨宪国。浅谈矿山机电设备远程控制技术的应用[J].科技创新导报，2013（8）
[2]芦景英。矿山机电设备远程控制技术的应用[J].科技资讯，2012（5）
论文作者:帅中华
论文发表刊物:《基层建设》2015年18期供稿
论文发表时间:2016/1/12
标签：空压机论文; 压力论文; 变频器论文; 气机论文; 空气压缩机论文; 加载论文; 状态论文; 《基层建设》2015年18期供稿论文;