螺杆式空压机已经广泛应用于工业生产的各个领域，是应用最广泛的动力源之一。但也存在着大量的能源浪费，主要是电能、热能的浪费。企业通过合理管理，对设备的改造和有效的利用，每年可帮助企业节约能源费用消耗，又能够间接减少CO2的排放，有着良好的经济、环境和社会效益。适宜推广。
一、改造前的设备状况
某厂有2台20m3/min螺杆空压机和2台10m3/min螺杆空压机,其工作原理是由一对相互平行啮合的阴阳转子在气缸内转动,使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化,空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧,实现螺杆空压机的吸气、压缩和排气的全过程。20m3/min螺杆空压机的主电机额定功率为132kW,10m3/min螺杆空压机的主电机额定功率为75kW,均为Y—Δ减压启动。
原系统存在以下问题:
①主电机虽然采用Y—Δ减压启动,但启动电流仍很大,会影响电网的稳定及其他用电设备的运行安全。
②空压机时常空载运行,属非经济运行,电能浪费严重。
③工频运行时噪声很大。
④工频启动对设备的冲击较大,各部件如电磁阀的动作频率高,所以设备维护费用相对高。
二、变频改造可行性分析
1.节能由于该厂用气负荷波动较大,而变频控制系统可以比较准确地根据用气系统的需求来控制空压机的输出,达到节约能源的目的。
①变频器的软启动功能,使空压机的启动电流小;
②空压机加载时,因供气量的变化而改变电机转速;
③当用气量极小时,导致空压机卸载运行,变频控制系统的空压机在空载状态时电机能耗也大大降低(20m3/min空压机低于30kW)。经查变频曲线表(由空压机厂家提供变频器的试验数据表)得知,使用变频器控制时,空压机加载时的平均功率约为80kW,空载时约为30kW,根据2001年运行数据,年运行时间为8000多小时,加载比例为45%,工频加载时的平均功率为113kW,空载时约为50kW,与工频相比,变频控制加载时节电量118800kW·h,节约电费77220元(每kW·h以0.65元计),空载时的年节电量88000kW·h,节约电费57200元,共计134420元。20m3/min螺杆空压机变频改造费用约为15万元,因此从理论上此改造是可行的。
2.降低维护成本采用变频控制系统,空压机的软启动减少了对部分电气部件和机械部件的冲击。正常运转时,转速大部分时间低于额定转速,降低了各类相关电磁阀和气动元件的工作频率,延长了零部件的使用寿命,减少了空压机的维护费用。
3.降低噪声当排气量减少时。电机运转速度减慢,空压机发出的噪声比全速运行时的噪声大大减少,改善了操作工的工作环境,有利于环保。
三、改造措施及运行效果根据原设备工况存在的问题,空压机经变频改造后应满足以下要求:
①电机变频运行状态保持气罐出口压力相对稳定,上下波动0.1MPa;
②为了系统运行的可靠性,系统应具有变频和工频两套控制;
③变频控制系统应采取闭环控制方式;
④为了系统的稳定性,一台20m3/min螺杆空压机运行在变频方式,但两台空压机可以相互进行变频切换;
⑤根据空压机的转矩特性,应选用恒转矩变频器;
⑥在用电气量小的情况下,变频器处在低频运行时,应保证设备的正常润滑。
根据要求,采用一套变频控制系统(ABB ASC600型通用变频器),通过切换装置转换控制2台20m3/min螺杆空压机(一台变频运行,另一台可工频运行)。控制回路仍采用原空压机系统中的西门子S7-200型PLC控制,并在压缩空气总管路上安装一只压力变送器,输出4￣20mA信号反馈至变频器,与压力设定值进行比较,经PID运算输出控制信号给变频器的驱动回路,调节电机的转速及空压机的加卸载,维持设定压力的平衡,以达到恒压供气的目的。
经过几个月的实际运行和参数的多次修改,最终达到了满意的控制效果。连续对6个月的耗电数据进行统计比较,节电率达28%以上,年节约电费20万元以上,在不到一年的时间内即可收回投资。
四、问题及处理改造后的空压机,运行两年多曾出现如下问题
1.电机的冷却风翼经常断裂由于空压机的电机功率为132kW,电机的冷却风翼采用金属材料,空压机经变频改造后转速经常变化,虽然将变频器的加减速时间在允许范围内进行了延长,但仍经常发生风翼折断的故障。为此,安装一台独立的风扇对电机进行冷却后,运转正常,问题得以解决。
2.空压机油路系统过早出现积炭改造后的空压机平均转速降低,使用一定时间以后,压缩机的冷却盘管及油分离器的内壁上形成积炭,造成其换热器换热效果明显下降,出现排气温度高报警,造成频繁停机,影响正常生产。于是选用空压机厂家推荐的积炭清洗剂(每台的清洗费用约600元),拆下冷却盘管浸泡2h后(或通过专用泵循环30min),用清水冲净,再用压缩空气吹干,更换新的油分离器芯,加入新的润滑油,开机运转后故障消除。