基于系統(tǒng)性能分析的壓縮空氣系統(tǒng)變頻技術(shù)研究和應(yīng)用
秦宏波1，2， 胡壽根1
（1上海理工大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院，上海200093；2上海市節(jié)能服務(wù)中o，上海200040）
摘要：在別我國(guó)壓縮空氣系統(tǒng)能耗和能效現(xiàn)狀以及工業(yè)中廣泛應(yīng)用的螺桿式空氣IⅡ三縮機(jī)控制方式和能效特點(diǎn)進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)E，列變速驅(qū)動(dòng)的控制原理和對(duì)系統(tǒng)能效的影響進(jìn)行了分析，最后通過實(shí)際案例證明變頻技術(shù)對(duì)于提高工業(yè)螺桿式空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的能效具有重要意義：
關(guān)鍵詞：空氣壓縮機(jī)；變頻技術(shù)：能效
中圖分類號(hào)：TH45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào). 1673-6540( 2009) 11-0057-04
0 引 言
由于具有清晰透明、無害無污染、沒有危險(xiǎn)、易輸送等優(yōu)點(diǎn)，壓縮空氣已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，甚至被稱為第四能源�？諝鈮嚎s機(jī)約占我國(guó)全國(guó)用電量的百分之9. 4。但是，匪縮空氣也是一種很昂貴的能源，運(yùn)行成本很高，根據(jù)全生命周期分析理論，空氣壓縮機(jī)的采購(gòu)成本只占全生命周期成本的百分之l0左右，而能源成本則占到百分之75左右【1】。根據(jù)美國(guó)能源部2002年的全球調(diào)查結(jié)果，全球空氣壓縮機(jī)的．平均負(fù)載率百分之79，而中國(guó)空氣壓縮機(jī)平均負(fù)載率為百分之66，比全球空氣壓縮機(jī)負(fù)載率平均值低百分之13，其運(yùn)行能效與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還具有很大的差距。近年來，隨著全球能源形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，人們對(duì)如何提高用能系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換效率的關(guān)注度逐漸增加，對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)的能效問題也進(jìn)行了一些研究。但目前很多研究人員對(duì)如何提高空氣壓縮機(jī)滿負(fù)荷能效研究很多，但對(duì)于空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)及卒氣壓縮機(jī)如何與系統(tǒng)很好的匹配運(yùn)行開展系統(tǒng)研究相對(duì)較少。通過節(jié)能改造，如應(yīng)用管阿優(yōu)化技術(shù)、變頻技術(shù)、壓力控制技術(shù)等，很多壓縮空氣系統(tǒng)能達(dá)到百分之10以上的節(jié)能效果。但每個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)不同，適用的節(jié)能技術(shù)不同，不能盲目實(shí)施不合適的節(jié)能技術(shù)。本文通過對(duì)工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的螺桿式空氣壓縮機(jī)的控制方式及對(duì)應(yīng)的能效特點(diǎn)進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)上，分析了變頻技術(shù)對(duì)于提高空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)能效的作用。
1 螺桿式空氣壓縮機(jī)控制方式和能效特點(diǎn)
目前工業(yè)中應(yīng)用****泛的壓縮杌主要有螺桿式壓縮機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)和離心式壓縮機(jī)，其中螺桿式壓縮機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠及易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，紅工業(yè)應(yīng)用中最為廣泛。本文重點(diǎn)對(duì)螺桿式空氣壓縮機(jī)的不同控制方式進(jìn)行分析。
1.1加載／卸載控制
加載／卸載控制是螺桿式壓縮機(jī)的最早控制方案之一，上載時(shí)壓縮機(jī)將運(yùn)行在滿負(fù)荷下，當(dāng)系統(tǒng)的用氣量下降，此時(shí)壓縮機(jī)生產(chǎn)的多余的壓縮空氣將會(huì)使系統(tǒng)的壓力升高，當(dāng)壓縮機(jī)的控制器測(cè)到系統(tǒng)壓力達(dá)到卸載的壓力設(shè)定點(diǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)出一個(gè)信號(hào)關(guān)閉進(jìn)氣閥。通過關(guān)閉進(jìn)氣閥，壓縮機(jī)空載運(yùn)行，此時(shí)壓縮機(jī)不生產(chǎn)壓縮空氣，但電動(dòng)機(jī)仍然處于運(yùn)行狀態(tài)，仍將會(huì)消耗全負(fù)荷時(shí)百分之25 -百分之35的功率，這主要消耗于機(jī)械損失和維持潤(rùn)滑油系統(tǒng)的正常運(yùn)行。隨著系統(tǒng)壓力降低到達(dá)較低的上載壓力設(shè)定點(diǎn)時(shí)，控制器會(huì)發(fā)出信號(hào)，重新打開進(jìn)氣閥，同時(shí)壓縮機(jī)再次在滿負(fù)荷條件下運(yùn)行。這種壓力控制裝置可使系統(tǒng)的壓力波動(dòng)控制在0. 07 -0. l MPa范圍內(nèi)。加載／卸載控制空氣壓縮機(jī)負(fù)荷功率對(duì)比曲線如圖1所示。
1.2恒壓（調(diào)節(jié)）控制方式
與加載／卸載控制空氣壓縮機(jī)人口閥只有全開、全閉兩種方式不同，恒壓（調(diào)節(jié)）控制的空氣壓縮機(jī)通過微調(diào)入幾閥的開度來保持系統(tǒng)供氣壓力的相對(duì)穩(wěn)定。系統(tǒng)壓力卜升時(shí)空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣閥關(guān)小，空氣壓縮機(jī)流量降低，壓縮比增加。調(diào)節(jié)壓縮機(jī)部分載荷操作運(yùn)行需要的功率比較大，效率明顯降低。進(jìn)氣節(jié)流控制在完全關(guān)閉迸氣閥門時(shí)，仍將消耗滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)百分之70的功率，當(dāng)輸氣量在滿負(fù)荷百分之50時(shí)，典型的功率消耗值約為滿負(fù)荷時(shí)的百分之80，因此進(jìn)氣節(jié)流控制是種很不經(jīng)濟(jì)的控制方式。在一個(gè)比較大的壓縮空氣系統(tǒng)中，多臺(tái)空氣壓縮機(jī)在相同時(shí)間低于滿載運(yùn)行，雖然使系統(tǒng)壓力非常穩(wěn)定，但是能效水平式非常低。恒壓控制卒氣壓縮機(jī)負(fù)荷功率對(duì)比曲線見圖2。
2 變頻控制系統(tǒng)
一般而言，工業(yè)中常用的螺桿式空氣壓縮機(jī)所配 |
