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三縮機控制方式和能效特點進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)E，列變速驅(qū)動的控制原理和對系統(tǒng)能效的影響進(jìn)行了分析，最后通過實際案例證明變頻技術(shù)對于提高工業(yè)螺桿式空氣壓縮機系統(tǒng)的能效具有重要意義：
關(guān)鍵詞：空氣壓縮機；變頻技術(shù)：能效
中圖分類號：TH45文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號. 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、易輸送等優(yōu)點，壓縮空氣已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)領(lǐng)域，甚至被稱為第四能源。空氣壓縮機約占我國全國用電量的百分之9. 4。但是，匪縮空氣也是一種很昂貴的能源，運行成本很高，根據(jù)全生命周期分析理論，空氣壓縮機的采購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)美國能源部2002年的全球調(diào)查結(jié)果，全球空氣壓縮機的．平均負(fù)載率百分之79，而中國空氣壓縮機平均負(fù)載率為百分之66，比全球空氣壓縮機負(fù)載率平均值低百分之13，其運行能效與發(fā)達(dá)國家相比還具有很大的差距。近年來，隨著全球能源形勢的日益嚴(yán)峻，人們對如何提高用能系統(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如何提高空氣壓縮機滿負(fù)荷能效研究很多，但對于空氣壓縮機系統(tǒng)的運行特點及卒氣壓縮機如何與系統(tǒng)很好的匹配運行開展系統(tǒng)研究相對較少。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，不能盲目實施不合適的節(jié)能技術(shù)。本文通過對工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的螺桿式空氣壓縮機的控制方式及對應(yīng)的能效特點進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)上，分析了變頻技術(shù)對于提高空氣壓縮機系統(tǒng)能效的作用。
1 螺桿式空氣壓縮機控制方式和能效特點
目前工業(yè)中應(yīng)用****泛的壓縮杌主要有螺桿式壓縮機、往復(fù)式壓縮機和離心式壓縮機，其中螺桿式壓縮機由于具有結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠及易于維護(hù)等優(yōu)點，紅工業(yè)應(yīng)用中最為廣泛。本文重點對螺桿式空氣壓縮機的不同控制方式進(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的最早控制方案之一，上載時壓縮機將運行在滿負(fù)荷下，當(dāng)系統(tǒng)的用氣量下降，此時壓縮機生產(chǎn)的多余的壓縮空氣將會使系統(tǒng)的壓力升高，當(dāng)壓縮機的控制器測到系統(tǒng)壓力達(dá)到卸載的壓力設(shè)定點時，會發(fā)出一個信號關(guān)閉進(jìn)氣閥。通過關(guān)閉進(jìn)氣閥，壓縮機空載運行，此時壓縮機不生產(chǎn)壓縮空氣，但電動機仍然處于運行狀態(tài)，仍將會消耗全負(fù)荷時百分之25 -百分之35的功率，這主要消耗于機械損失和維持潤滑油系統(tǒng)的正常運行。隨著系統(tǒng)壓力降低到達(dá)較低的上載壓力設(shè)定點時，控制器會發(fā)出信號，重新打開進(jìn)氣閥，同時壓縮機再次在滿負(fù)荷條件下運行。這種壓力控制裝置可使系統(tǒng)的壓力波動控制在0. 07 -0. l MPa范圍內(nèi)。加載／卸載控制空氣壓縮機負(fù)荷功率對比曲線如圖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)）控制的空氣壓縮機通過微調(diào)入幾閥的開度來保持系統(tǒng)供氣壓力的相對穩(wěn)定。系統(tǒng)壓力卜升時空氣壓縮機進(jìn)氣閥關(guān)小，空氣壓縮機流量降低，壓縮比增加。調(diào)節(jié)壓縮機部分載荷操作運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，仍將消耗滿負(fù)荷運行時百分之70的功率，當(dāng)輸氣量在滿負(fù)荷百分之50時，典型的功率消耗值約為滿負(fù)荷時的百分之80，因此進(jìn)氣節(jié)流控制是種很不經(jīng)濟(jì)的控制方式。在一個比較大的壓縮空氣系統(tǒng)中，多臺空氣壓縮機在相同時間低于滿載運行，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負(fù)荷功率對比曲線見圖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所配 |
