空壓機概況

     空壓機，全名為空氣壓縮機
，是一種工礦企業中最常用的空氣動力提供設備。通常
，空壓機分為螺杆式空壓機、活塞式空壓機等。

 

● 螺杆式空壓機工作原理

螺杆式空壓機是由一對相互平行齧合的陰陽轉子(或稱螺杆)zaiqigangneizhuandong

，shizhuanzichicaozhijiandekongqibuduandichanshengzhouqixingderongjibianhua

，kongqizeyanzhezhuanzizhouxianyouxiruceshusongzhishuchuce，shixianluoganshikongyajidexiqi、壓縮和排氣的全過程。空壓機的進氣口和出氣口分別位於殼體的兩端
，陰轉子的槽和陽轉子的齒被主電機驅動而旋轉。

● 活塞式空壓機工作原理

活塞式空壓機是由電動機帶動皮帶輪通過聯軸器直接驅動曲軸



，帶動連杆與活塞杆
，使活塞在壓縮機氣缸內作往複運動，完成吸入、壓縮、排出等過程,將jiang無wu壓ya或huo低di壓ya氣qi體ti升sheng壓ya，並bing輸shu出chu到dao儲chu壓ya罐guan內nei。其qi中zhong，活huo塞sai組zu件jian，活huo塞sai與yu汽qi缸gang內nei壁bi及ji汽qi缸gang蓋gai構gou成cheng容rong積ji可ke變bian的de工gong作zuo腔qiang
，在zai曲qu柄bing連lian杆gan帶dai動dong下xia，在zai汽qi缸gang內nei作zuo往wang複fu運yun動dong以yi實shi現xian汽qi缸gang內nei氣qi體ti的de壓ya縮suo。

 

   空壓機係統控製

空壓機主電機運行方式為星-角降壓起動後全壓運行，供氣係統具體工作流程為：danganxiaqidonganniu，kongzhixitongjietongqidongqixianquanbingdakaiduanyoufa，kongyajizaixiezaimoshixiaqidong
，zheshijinqifachuyuguanbiweizhi
，erfangqifadakaiyipaifangyouqifenliqineideyali。dengjiangyan秒（由時間繼電器控製）後hou空kong壓ya機ji開kai始shi加jia載zai運yun行xing
，係xi統tong壓ya力li開kai始shi上shang升sheng。如ru果guo係xi統tong壓ya力li上shang升sheng到dao壓ya力li開kai關guan上shang限xian值zhi，即ji起qi跳tiao壓ya力li，控kong製zhi器qi使shi進jin氣qi閥fa關guan閉bi，油you氣qi分fen離li器qi放fang氣qi，壓ya縮suo機ji空kong載zai運yun行xing
，直zhi到dao係xi統tong壓ya力li降jiang到dao壓ya力li開kai關guan下xia限xian值zhi後hou

，即ji回hui跳tiao壓ya力li下xia
，控kong製zhi器qi使shi進jin氣qi閥fa打da開kai，油you氣qi分fen離li器qi放fang氣qi閥fa關guan閉bi，壓ya縮suo機ji打da開kai，油you氣qi分fen離li器qi放fang氣qi閥fa關guan閉bi，壓ya縮suo機ji滿man載zai運yun行xing。  

 

   空壓機係統節能分析

zaiguandaogongqixitongzhong，zuijibendekongzhiduixiangshiliuliang，gongqixitongdejibenrenwujiushiyaomanzuyonghuduiliuliangdexuqiu。muqian，changjiandeqitiliuliangkongzhifangshiyoujia、卸載供氣控製方式和轉速控製方式兩種。

● 加、卸載供氣控製

加
、卸載供氣控製方式即為進氣閥開關控製方式，即壓力達到上限時關閥，壓縮機進人輕載運行；壓力抵達下限時開閥，壓縮機進入滿載運行。

由you於yu空kong壓ya機ji不bu能neng排pai除chu在zai滿man負fu荷he狀zhuang態tai下xia長chang時shi間jian運yun行xing的de可ke能neng性xing
，所suo以yi隻zhi能neng按an最zui大da需xu要yao來lai決jue定ding電dian動dong機ji的de容rong量liang
，設she計ji餘yu量liang一yi般ban偏pian大da。工gong頻pin起qi動dong設she備bei時shi的de衝chong擊ji大da
，電dian機ji軸zhou承cheng的de磨mo損sun大da，所suo以yi設she備bei維wei護hu量liang大da。雖sui然ran都dou是shi降jiang壓ya啟qi動dong，但dan起qi動dong時shi的de電dian流liu仍reng然ran很hen大da，會hui影ying響xiang電dian網wang的de穩wen定ding及ji其qi它ta用yong電dian設she備bei的de運yun行xing安an全quan，而er且qie大da多duo數shu是shi連lian續xu運yun行xing，由you於yu一yi般ban空kong氣qi壓ya縮suo機ji的de拖tuo動dong電dian機ji本ben身shen不bu能neng調tiao速su，因yin此ci就jiu不bu能neng直zhi接jie使shi用yong壓ya力li或huo流liu量liang的de變bian動dong來lai實shi現xian降jiang速su調tiao節jie輸shu出chu功gong率lv的de匹pi配pei
，電dian機ji不bu允yun許xu頻pin繁fan啟qi動dong
，導dao致zhi在zai用yong氣qi量liang少shao的de時shi候hou電dian機ji仍reng然ran要yao空kong載zai運yun行xing，電dian能neng浪lang費fei巨ju大da。
　　經常卸載和加載導致整個氣網壓力經常變化，不能保持恒定的工作壓力延長壓縮機的使用壽命。空壓機的有些調節方式（如調節閥門或調節卸載等方式）即使在需要流量較小的情況下，由於電機轉速不變，電機功率下降幅度比較小。　

● 轉速控製   

即通過改變空壓機的轉速來調節流量，而閥門的開度保持不變（一般保持最大開度）。當空壓機轉速改變時
，供氣係統的揚程特性隨之改變，而管阻特性不變。

在(zai)這(zhe)種(zhong)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)下(xia)
，通(tong)過(guo)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)技(ji)術(shu)改(gai)變(bian)空(kong)壓(ya)機(ji)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)，空(kong)壓(ya)機(ji)的(de)供(gong)氣(qi)流(liu)量(liang)可(ke)隨(sui)著(zhe)用(yong)氣(qi)流(liu)量(liang)的(de)改(gai)變(bian)而(er)改(gai)變(bian)，達(da)到(dao)真(zhen)正(zheng)的(de)供(gong)需(xu)平(ping)衡(heng)，在(zai)節(jie)能(neng)的(de)同(tong)時(shi)，也(ye)可(ke)使(shi)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)達(da)到(dao)最(zui)佳(jia)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)。變(bian)頻(pin)器(qi)基(ji)於(yu)交(jiao)一(yi)直(zhi)一(yi)交(jiao)電(dian)源(yuan)變(bian)換(huan)原(yuan)理(li)，可(ke)根(gen)據(ju)控(kong)製(zhi)對(dui)象(xiang)的(de)需(xu)要(yao)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)連(lian)續(xu)可(ke)調(tiao)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)壓(ya)。電(dian)動(dong)機(ji)轉(zhuan)速(su)與(yu)電(dian)源(yuan)頻(pin)率(lv)成(cheng)正(zheng)比(bi)，因(yin)此(ci)
，用(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)可(ke)調(tiao)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)壓(ya)作(zuo)為(wei)空(kong)壓(ya)機(ji)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)，可(ke)方(fang)便(bian)地(di)改(gai)變(bian)空(kong)壓(ya)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)。

   空壓機係統節能原理

采用變頻器控製空壓機的轉速以達到節能是一種較為科學的控製方法。根據空壓機運行特性知：

Q1 / Q2 = n1 / n2

H1 / H2 =（ n1 / n2）²

P1 / P2 =（ n1 / n2）³

式中     Q———空壓機供給管網風量；

H———管網壓力；

P———電機消耗功率
；

n———空壓機轉速。

 

由上式可知
，當電機轉速降至額定轉速的80%，則空壓機供給管網風量降為80%
，管網壓力降為（80%）²，電機消耗功率則降為（80%）³，即51.2%，去除電機機械損耗和電機銅、鐵損耗等影響
，節能效率也接近40%，這就是調速節能的原理所在。

長chang期qi實shi踐jian證zheng明ming，在zai供gong氣qi係xi統tong中zhong接jie入ru變bian頻pin節jie能neng係xi統tong，利li用yong變bian頻pin技ji術shu改gai變bian空kong壓ya機ji轉zhuan速su來lai調tiao節jie管guan道dao中zhong的de流liu量liang，以yi取qu代dai閥fa門men調tiao節jie方fang式shi，能neng取qu得de明ming顯xian的de節jie能neng效xiao果guo，一yi般ban節jie電dian率lv都dou在zai30％以上。另外
，變頻器的軟啟動功能及平滑調速的特點可實現對流量的平穩調節，同時減少啟動衝擊並延長機組及管組的使用壽命。

 

    空壓機變頻改造方案

● 空壓機變頻改造注意事項

　　1)空壓機是大轉動慣量負載，這種啟動特點就很容易引起V/F控kong製zhi方fang式shi的de變bian頻pin器qi在zai啟qi動dong時shi出chu現xian跳tiao過guo流liu保bao護hu的de情qing況kuang
，建jian議yi選xuan用yong具ju有you高gao啟qi動dong轉zhuan矩ju的de無wu速su度du傳chuan感gan器qi矢shi量liang變bian頻pin器qi
，保bao證zheng即ji能neng實shi現xian恒heng壓ya供gong氣qi連lian續xu性xing，又you保bao證zheng設she備bei可ke靠kao穩wen定ding的de運yun行xing；

　　2)空kong壓ya機ji不bu允yun許xu長chang時shi間jian在zai低di頻pin下xia運yun行xing，當dang空kong壓ya機ji的de轉zhuan速su過guo低di，一yi方fang麵mian將jiang使shi空kong壓ya機ji的de工gong作zuo穩wen定ding性xing變bian差cha，另ling一yi方fang麵mian也ye使shi缸gang體ti的de潤run滑hua變bian差cha，會hui加jia快kuai磨mo損sun。所suo以yi工gong作zuo的de下xia限xian頻pin率lv應ying不bu低di於yu20Hz；

　　3)為wei了le有you效xiao濾lv除chu變bian頻pin器qi輸shu出chu電dian流liu中zhong的de高gao次ci諧xie波bo分fen量liang，減jian小xiao因yin高gao次ci諧xie波bo引yin起qi的de電dian磁ci幹gan擾rao
，建jian議yi選xuan用yong輸shu出chu交jiao流liu電dian抗kang器qi，還hai可ke以yi減jian小xiao電dian機ji運yun行xing噪zao音yin和he溫wen升sheng
，提ti高gao電dian動dong機ji的de穩wen定ding性xing。

● 恒壓供氣節能原理

如(ru)上(shang)所(suo)述(shu)，流(liu)量(liang)是(shi)供(gong)氣(qi)係(xi)統(tong)的(de)基(ji)本(ben)控(kong)製(zhi)對(dui)象(xiang)

，供(gong)氣(qi)流(liu)量(liang)需(xu)要(yao)隨(sui)時(shi)滿(man)足(zu)用(yong)氣(qi)流(liu)量(liang)。在(zai)供(gong)氣(qi)係(xi)統(tong)中(zhong)，儲(chu)氣(qi)管(guan)中(zhong)的(de)氣(qi)壓(ya)能(neng)夠(gou)充(chong)分(fen)反(fan)映(ying)供(gong)氣(qi)能(neng)力(li)與(yu)用(yong)氣(qi)需(xu)求(qiu)之(zhi)間(jian)的(de)關(guan)係(xi)：

若   供氣流量 > 用氣流量   →   儲氣管氣壓上升

若   供氣流量 < 用氣流量   →   儲氣管氣壓下降

若   供氣流量 = 用氣流量   →   儲氣管氣壓不變

所以,保持管道中的氣壓恒定，就可保證該處供氣能力恰好滿足用氣需求
，這就是恒壓供氣係統所要達到的目的。

空氣壓縮機采用變頻調速技術進行恒壓供氣控製時
，係統原理框圖如圖1所示。

 

 

變頻調速係統將管網壓力作為控製對象，裝在儲氣管出氣口的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉變為電信號送給變頻器內部的PID調節器
，與壓力給定值進行比較，並根據差值的大小按既定的PIDkongzhimoshijinxingyunsuan，chanshengkongzhixinhaoqukongzhibianpinqideshuchudianyahenibianpinlv
，tiaozhengdiandongjidezhuansu，congershishijiyalishizhongweichizaigeidingyali。lingwai，caiyonggaifanganhou
，kongqiyasuojidiandongjicongjingzhidaowendingzhuansukeyoubianpinqishixianruanqidong，bimianleqidongshidedadianliuheqidonggeikongqiyasuojidailaidejixiechongji。zhengchangqingkuangxia，kongqiyasuojizaibianpinqitiaosukongzhifangshixiagongzuo。bianpinqiyidanchuxianguzhang，shengchangongyibuyunxukongqiyasuojitingji，yinci，xitongshezhilegongpinyubianpinqiehuangongneng，zheyangdangbianpinqichuxianguzhangshi
，keyougongpindianyuantongguojiechuqizhijiegongdian
，shikongqiyasuojizhaochanggongzuo。

 

整個控製過程如下：

用氣需求↑ —— 管路氣壓↓—— 壓力設定值與返饋值的差值↑ —— PID輸出↑ —— 變頻器輸出頻率↑ —— 空壓機電機轉速↑ —— 供氣流量↑—— 管路氣壓趨於穩定

 

特別注意，在壓力容差範圍內，變頻器的PID不調節，即保持輸出頻率不變。

 

 

圖3   空壓機變頻電氣控製圖

如圖3,空壓機電機的電路上安裝了“市電”、“節電”接觸器，這樣可以有“市電運行”與“節電運行”兩種工作模式選擇：市電運行模式下
，變頻器不工作，整套係統按原有方式手動起停、工頻運行
；節jie電dian運yun行xing模mo式shi下xia
，空kong壓ya機ji由you變bian頻pin器qi直zhi接jie拖tuo動dong

，係xi統tong根gen據ju用yong氣qi量liang的de變bian化hua，自zi動dong調tiao節jie空kong壓ya機ji的de電dian機ji轉zhuan速su，使shi得de儲chu氣qi罐guan始shi終zhong保bao持chi恒heng定ding壓ya力li的de氣qi壓ya輸shu出chu。

 

    總結

將jiang變bian頻pin調tiao速su技ji術shu引yin入ru空kong氣qi壓ya縮suo機ji領ling域yu，是shi近jin幾ji年nian來lai各ge空kong壓ya機ji廠chang家jia研yan究jiu的de重zhong要yao課ke題ti。各ge大da牌pai專zhuan業ye空kong壓ya機ji供gong應ying商shang都dou推tui出chu了le自zi己ji變bian頻pin空kong壓ya機ji產chan品pin，並bing迅xun速su在zai其qi高gao端duan市shi場chang具ju有you很hen不bu錯cuo的de表biao現xian。但dan目mu前qian，大da量liang的de工gong頻pin空kong壓ya機ji的de應ying用yong非fei常chang普pu遍bian

，因yin此ci，空kong壓ya機ji的de改gai造zao市shi場chang非fei常chang巨ju大da。衷zhong心xin希xi望wang此ci空kong壓ya機ji變bian頻pin改gai造zao方fang案an能neng給gei廣guang大da係xi統tong集ji成cheng商shang、空壓機最終用戶
、電氣自動化愛好者以幫助，或者是為其提供一種新的思路。