一. 概述

在工業(yè)生產(chǎn)中，壓縮空氣的使用非常普遍,。在工廠內(nèi),，若干臺(tái)空氣壓縮機(jī)安裝在一個(gè)地方,，就構(gòu)成一個(gè)空壓機(jī)站。四川自貢?shū)欪Q化工實(shí)業(yè)有限公司有一空壓機(jī)站，安裝有3臺(tái)110kW往復(fù)式活塞空壓機(jī)，用來(lái)壓縮氫氣,。

由于生產(chǎn)上使用氫氣的不均勻性，用氣量是在動(dòng)態(tài)變化的,，有時(shí)需要同時(shí)運(yùn)行數(shù)臺(tái)氫壓縮機(jī)供氣,，而有時(shí)連一臺(tái)氫壓縮機(jī)產(chǎn)的氣都用不完，但氫壓縮機(jī)仍在全速運(yùn)行,。

氫壓縮機(jī)在出廠時(shí)都配套有排氣壓力調(diào)節(jié)裝置,，儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氫氣壓力超過(guò)設(shè)定壓力時(shí)，壓縮機(jī)進(jìn)氣管上蝶閥自動(dòng)關(guān)閉,，壓縮機(jī)進(jìn)入空轉(zhuǎn)卸荷狀態(tài),。當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)氫氣低于設(shè)定的壓力時(shí)，壓縮機(jī)進(jìn)氣管上蝶閥自動(dòng)開(kāi)啟,，壓縮機(jī)又進(jìn)入滿載工作狀態(tài),。

設(shè)定值有一滯環(huán)，例如設(shè)定儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氫氣壓力為0.815MPa,，滯環(huán)為0.045MPa,，這種調(diào)節(jié)方式，供氣壓力的變化范圍就是0.045MPa,。滿載時(shí),，空壓機(jī)的工作電流接近電動(dòng)機(jī)額定電流；空轉(zhuǎn)卸荷時(shí),，空壓機(jī)的工作電流約為電動(dòng)機(jī)額定電流的50%,。

這部分電流不是做有用功，而是機(jī)械在額定轉(zhuǎn)速下的空轉(zhuǎn)損耗,。雖然這種調(diào)節(jié)裝置也能調(diào)節(jié)壓力,，但壓力的調(diào)節(jié)精度低，壓力波動(dòng)大,；壓縮機(jī)總是在額定轉(zhuǎn)速下工作,，機(jī)械磨損大，電耗高,。

二. 壓縮機(jī)節(jié)能原理

根據(jù)空氣壓縮理論,，壓縮機(jī)的軸功率PZ(kW)、排氣量QD(m³/min)和軸轉(zhuǎn)速n(r/min)符合下列公式：

 式中：Mr—壓縮機(jī)輸入的平均扭矩N m

K—與氣缸容積,、壓力,、溫度和泄露有關(guān)的系數(shù)

n2—調(diào)節(jié)后的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min

V—氣缸容積,，m³

根據(jù)上述理論分析,，在壓縮機(jī)的氣缸容積不能改變的條件下，只有調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速能改變排氣量,；壓縮機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,，壓縮機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速成正比變化；在壓縮機(jī)總排氣量大于供氣量時(shí),，通過(guò)降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供氣壓力,，是達(dá)到壓縮機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有效方法。

三. 變頻恒壓供氣

降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供氣壓力,，是達(dá)到壓縮機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有效方法,，而變頻調(diào)速方法，是一種高效的調(diào)速方法,?？紤]在儲(chǔ)氣罐上安裝一只壓力變送器，將壓力信號(hào)反饋到變頻器的端子上,，構(gòu)成恒壓供氣系統(tǒng),，供氣壓力0.8MPa,。本例選用一臺(tái)森蘭SB12S132KW變頻器，壓力變送氣選用森納斯DG13W=BZ-A,，1.6MPa,。恒壓供氣原理圖如圖7-1所示：

 圖7-1 恒壓供氣原理圖

變頻器控制第一臺(tái)壓縮機(jī)，給定調(diào)節(jié)用變頻器上的操作鍵盤(pán),，變頻器的多功能輸出Y1,、Y2分別接第二和第三臺(tái)的壓縮機(jī)的自耦減壓起動(dòng)器的起動(dòng)/停止電路，這樣可由變頻器的輸出控制另外兩臺(tái)壓縮機(jī)的運(yùn)行或停機(jī),。

手動(dòng)運(yùn)行時(shí),，第一臺(tái)壓縮機(jī)由變頻器控制，第二和第三臺(tái)的壓縮機(jī)可用自耦減壓起動(dòng)器人工起動(dòng)/停止,。自動(dòng)運(yùn)行時(shí),，第一臺(tái)壓縮機(jī)首先變頻運(yùn)行，當(dāng)變頻器的輸出頻率已達(dá)到50Hz,，供氣量仍不足,，變頻器的輸出節(jié)點(diǎn)Y1、Y2動(dòng)作,，起動(dòng)第二和第三臺(tái)的壓縮機(jī)工作,；如供氣量大于給定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止第二和第三臺(tái)的壓縮機(jī)工作,，通過(guò)閉環(huán)調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)恒壓供氣,。

氫氣為可燃性氣體，壓縮機(jī)的工作場(chǎng)地有爆炸危險(xiǎn),，SB12S系列變頻器的防護(hù)等級(jí)為IP21,，顯然不能安裝在有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)合。將變頻安裝在沒(méi)有爆炸危險(xiǎn)的配電房?jī)?nèi),，用遠(yuǎn)方控制盒在壓縮機(jī)旁進(jìn)行操作,，遠(yuǎn)方控制盒也要考慮為本質(zhì)安全性的。

四. 結(jié)束語(yǔ)

壓縮機(jī)于2003年8月改造完成,，經(jīng)過(guò)三個(gè)月的運(yùn)行,，達(dá)到了預(yù)想的目的。不論生產(chǎn)用氣如何改變,，恒壓供氣的氣壓維持在0.8MPa左右,，供氣質(zhì)量大幅度提高。節(jié)能方面,，由壓縮機(jī)的公式可見(jiàn),，壓縮機(jī)消耗的軸功率PZ(kW)與軸轉(zhuǎn)速n(r/min)成正比，而壓縮機(jī)的排氣量QD(m³/min)又與軸轉(zhuǎn)速成正比，則壓縮機(jī)消耗的軸功率PZ(kW)就與壓縮機(jī)的排氣量QD(m3/min)成正比,，即是：

式中：Mr,、K、V均為常數(shù),，可見(jiàn)減少排氣量,，可節(jié)省軸功率,。經(jīng)實(shí)測(cè)節(jié)電率達(dá)到26%,，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。