螺桿空氣壓縮機的節(jié)能改造.doc

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摘要 螺桿空氣壓縮機是一種比較新穎的壓縮機因其可靠性高、操作維修方便、動力平衡性好、適應(yīng)性強等優(yōu)點，而廣泛地應(yīng)用于礦山、化工、動力、冶金、建筑、機械、制冷等工業(yè)部門。 工廠實際需求存在季節(jié)性及時間性波動，也導(dǎo)致用氣量波動較大，所以空壓機多數(shù)時間并非滿載運行，節(jié)能空間很大。 空壓機的用電量約占全部工業(yè)用電設(shè)備的9%，節(jié)能降耗利國利民。 國家提供專項資金大力扶持節(jié)能降耗，這也進一步推動了空壓機等產(chǎn)業(yè)的升級。 本課題主要是對通用的螺桿空氣壓縮機的電路結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化來節(jié)約能耗，通過加載變頻器來優(yōu)化性能，變頻器控制電機的電流頻率來降低電耗，來實現(xiàn)更大的利益。 關(guān)鍵詞 螺桿空氣壓縮機；節(jié)能； 變頻 目 錄 摘要 I 第1章 緒論 3 1.1 螺桿空氣壓縮機概述 3 1.1.1 螺桿空氣壓縮機概念 3 1.1.2 螺桿空氣壓縮機應(yīng)用現(xiàn)狀 3 1.1.3 螺桿空氣壓縮機的優(yōu)缺點及其應(yīng)用前景 3 1.1.4 研究螺桿空氣壓縮機目的和意義 4 1.2 螺桿空氣壓縮機的基本結(jié)構(gòu) 5 1.2.1 空氣系統(tǒng) 5 1.2.2 潤滑油系統(tǒng) 7 1.2.3 冷卻系統(tǒng) 8 1.2.4 控制系統(tǒng) 9 1.2.5 電氣系統(tǒng) 11 1.2.6 傳動系統(tǒng) 12 第2章 螺桿空氣壓縮機工作原理 13 2.1 工作原理 13 2.1.1 工作原理圖 13 2.1.2 工作原理解析 13 2.2 工作過程 13 第3章 螺桿空氣壓縮機的節(jié)能設(shè)計 15 3.1 節(jié)能設(shè)計概述 15 3.2 空壓機變頻改造的系統(tǒng)分析 15 3.3 節(jié)能改造的設(shè)計 15 3.3.1 節(jié)能改造的設(shè)計要求 15 3.2.1 空壓機變頻節(jié)能原理 16 3.2.2 變頻改造方案設(shè)計 16 3.2.3 工頻電費計算 19 3.2.4 創(chuàng)新方案 20 3.2.5 工作原理 22 3.2.6 變頻空壓機的計算 22 第4章 空壓機變頻改造后的效益 24 結(jié)論 25 參考文獻 26 致謝 27 第1章 緒論 1.1 螺桿空氣壓縮機概述 1.1.1 螺桿空氣壓縮機概念 空壓機，全名為空氣壓縮機，是一種工礦企業(yè)中最常用的空氣動力提供設(shè)備。通常，空壓機分為螺桿式空壓機、活塞式空壓機等。 螺桿式空壓機是由一對相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子(或稱螺桿)在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，實現(xiàn)螺桿式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程?？諌簷C的進氣口和出氣口分別位于殼體的兩端，陰轉(zhuǎn)子的槽和陽轉(zhuǎn)子的齒被主電機驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。 1.1.2 螺桿空氣壓縮機應(yīng)用現(xiàn)狀 螺桿空氣壓縮機應(yīng)用極其廣泛，其主要用途有：壓縮氣體用于作為動力，如氣動扳手、風(fēng)動機械；用于 自動控制，如車輛制動、釀造業(yè)的攪拌；用于 制冷和氣體分離，如冷凍行業(yè)與要用到純氧純氮的行業(yè)等。 在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域，如采礦 、石油、化工、制冷、動力和冶金等部門中廣泛地使用壓縮 機 。據(jù)統(tǒng)計，在一個大型冶煉廠中，全年為壓縮機 配套的電動機功率常達上萬千瓦；在冶金工業(yè)和機 械制造行業(yè)中，冶煉用的氧氣壓縮機和空氣壓縮機 動力站所消耗的電能，幾乎 占全廠電能消耗的30％以 上 。如何降低空壓機運行所消耗的能源 ，對于響應(yīng) 國家節(jié)能降耗的政策以及提高企業(yè)的經(jīng)濟效益都具有十分重要的現(xiàn)實意義。 1.1.3 螺桿空氣壓縮機的優(yōu)缺點及其應(yīng)用前景 螺桿壓縮機的優(yōu)點： 1.可靠性高：螺桿壓縮機零部件少，沒有易損件，因而它轉(zhuǎn)可靠，壽命長，大修間隔期可達4-8萬小時。 　　2.操作維護方便：操作人員不必經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，可實現(xiàn)無人值守運轉(zhuǎn)。 　　3.動力平衡性好：螺桿壓縮機沒有不平衡慣性力，機器可平穩(wěn)地高速工作，可實現(xiàn)無基礎(chǔ)運轉(zhuǎn)。 4.適應(yīng)性強：螺桿壓縮機具有強制輸氣的特點，排氣量幾乎不受排氣壓力的影響，在寬廣范圍內(nèi)能保證較高的效率。 5.多相混輸：螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面實際上留有間隙，因而能耐液體沖擊，可壓送含液氣體，含粉塵氣體，易聚合氣體等。 螺桿壓縮機的缺點： 1.造價高：螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面是一空間曲面，需利用特制的刀具，在價格昂貴的專用設(shè)備上進行加工。另外，對螺桿壓縮機氣缸的加工精度也有較高的要求。 2.不適合高壓場合：由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面的限制，螺桿壓縮機只能適用于中，低壓范圍，排氣壓力一般不能超過3.0Mpa。 3.耗電高：在正常工作狀態(tài)下，散出大量熱量，耗電量很大。 國家以節(jié)能法為指導(dǎo)，采用三晶無感矢量變頻器，對空壓機的用電系統(tǒng)進行綜合治理，力求獲得最大的經(jīng)濟效益和加強企業(yè)的用電安全。充分考慮業(yè)主單位的實際情況與客觀條件，全面規(guī)劃、合理布局、整體協(xié)調(diào)，使工程的設(shè)計、運行管理都能達到預(yù)期目標。節(jié)電系統(tǒng)工程流程簡單、可靠、先進、投資少、回本周期短、直接和間接效益顯著。工藝設(shè)備技術(shù)可靠，壽命長、維護少，操作簡單，噪音低等特點。 隨著社會的高速發(fā)展。各公司對螺桿空氣壓縮機的要求越來越高。節(jié)能成為了一個衡量設(shè)備技術(shù)含量的重要部分?，F(xiàn)在國內(nèi)各大企業(yè)也在爭先改良引進新技術(shù)去改良設(shè)備，增強競爭力 。但在國內(nèi)的大形勢下我國的空壓機銷量還會與日俱增。動力供應(yīng)不僅僅是要滿足生產(chǎn)的需要,而且要盡可能的利用節(jié)能技術(shù)為動力的供應(yīng)降低成本。 1.1.4 研究螺桿空氣壓縮機目的和意義 空氣壓縮機在很多行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。其廣泛應(yīng)用在礦山、工業(yè)生產(chǎn)、能源、建筑等行業(yè)，空壓機的系統(tǒng)容量設(shè)計一般會較實際需要大的多，空氣壓縮機在工頻供電時通過自身的卸載適應(yīng)管道壓力，這樣造成卸載時電機基本空轉(zhuǎn)，壓力管道內(nèi)的壓力高時電機的出力也增大很多，造成不必要的浪費，同時對設(shè)備的使用壽命也會造成不利影響。經(jīng)變頻改造后可以節(jié)省卸載時的部分電能，同時在加載時空壓機的供氣壓力可以根據(jù)壓力設(shè)定進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)基本穩(wěn)壓?！榱隧憫?yīng)國家節(jié)能降耗、污染，節(jié)能改造項目，并在實踐中獲得跟高的利益。在工業(yè)領(lǐng)域中已成為必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，是許多工業(yè)部門工藝流程中的核心設(shè)備。作為動力設(shè)備的主設(shè)備之一，能耗已成為各企業(yè)的頭等問題，節(jié)能改造已被越來越多的企業(yè)所關(guān)注。 1.2 螺桿空氣壓縮機的基本結(jié)構(gòu) 螺桿空氣壓縮機可分為單螺桿式空氣壓縮機和雙螺桿式空氣壓縮機。雙螺桿空氣壓縮機的基本結(jié)構(gòu)包括空氣系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)。 1.2.1 空氣系統(tǒng) 空氣由空氣濾清器濾去塵埃之后，經(jīng)由進氣閥進入壓縮機機體內(nèi)進行壓縮，并與潤滑油混合。與油混合的壓縮空氣排入油氣桶，經(jīng)油氣桶和油細分離器去除油分后，純凈的空氣經(jīng)壓力維持閥、后部冷卻器，送入使用系統(tǒng)。 氣路中各組件功能說明： 1.空氣濾清器 空氣濾清器濾芯為一干式紙質(zhì)過濾濾芯，其主要功能是過濾空氣中的塵埃。當控制面板上空氣濾清器阻塞指示燈亮?xí)r，表示空氣濾清器濾芯必須清潔或更換，但壓縮機仍繼續(xù)運轉(zhuǎn)。 空氣濾清器外殼為鐵質(zhì)或塑料，內(nèi)裝旋風(fēng)除塵裝置，可去除絕大部分灰塵，大大延長空濾芯的壽命。 2.進氣閥 進氣閥是整個空壓機空氣流程及控制系統(tǒng)中核心元件之一。進氣閥的打開或關(guān)閉的動作對應(yīng)著空壓機的兩種運行狀態(tài)：（進氣閥的打開或關(guān)閉是針對閥內(nèi)的進氣口而言，進氣閥打開即進氣口打開） 重車：進氣閥全開，空壓機滿負荷運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)全氣量輸出。 空車：進氣閥全關(guān)，空壓機無負荷運轉(zhuǎn)，無壓縮空氣輸出。 容調(diào)：進氣閥部分打開，空壓機部分負荷運轉(zhuǎn)，壓縮空氣輸出量在0～100％之間。 活塞式進氣閥，結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，主要由上蓋、底座、活塞等部分組成。當空壓機運轉(zhuǎn)時，只要管路1無壓力輸入，微孔2就會泄放掉活塞底部的氣壓，活塞就會在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的真空吸力下往下運動，進氣口打開，空氣被吸入，空壓機重載運轉(zhuǎn)。當管口1有壓力輸入時，且此壓力足以克服真空吸力，則活塞受氣壓推動向上運動直至與上蓋接觸關(guān)閉進氣口?？諌簷C空載運轉(zhuǎn)。管口1的壓 力供給與否由泄放電磁閥控制。 　 圖1—1 活塞式進氣閥 3.油氣桶 油氣桶的作用有兩個：儲存潤滑油及油氣第一次分離。壓縮機體排出的油氣混合氣首先排至油氣桶，經(jīng)油氣桶第一次分離，絕大部分油被分離出來，沉降于油氣桶底部，參與下次循環(huán)，仍含有少量油份的壓縮空氣將送至油細分離器。 油氣桶側(cè)裝有觀油鏡用于觀察油位，正常的油位是：機器重車運轉(zhuǎn)時，油位位于油鏡兩條紅線之間。如重車運轉(zhuǎn)時發(fā)現(xiàn)油位高于上紅線則油位過高，如重車運轉(zhuǎn)時發(fā)現(xiàn)油位低于下紅線則油位過低。建議此時應(yīng)立即停機加油。 由于停機后系統(tǒng)內(nèi)的油回流到油氣桶中，使停機時的油位可能位于上紅線上方。 油氣桶備有加油口，用于添加潤滑油。底部有泄油口，用于排放冷凝水及換油時排放潤滑油。 4.安全閥 若系統(tǒng)發(fā)生故障使油氣桶內(nèi)壓力達到設(shè)定排氣壓力1.1倍以上時，安全閥即會打開，使壓力降至設(shè)定排氣壓力以下。安全閥在出廠前已調(diào)整好，請勿隨便調(diào)整。安全閥每半年至少測試一次動作是否正常。 5.壓力維持閥 壓力維持閥位于油細分離器出口處，其開啟壓力一般設(shè)定在0.4～0.5MPa。壓力維持閥之所以這樣設(shè)定是由于： a. 壓縮機剛啟動時優(yōu)先建立起系統(tǒng)內(nèi)潤滑油循環(huán)所需的最低壓力，確保機體良好潤滑。 b. 當油氣桶內(nèi)壓力超過壓力維持閥的設(shè)定開啟壓力時，壓力維持閥方開啟，允許壓縮空氣排出，這樣就可避免因流過油細分離器的空氣流速過快而降低其油氣分離效果，也可保護油細分離器避免因內(nèi)外壁壓差過大而受損。 另外，壓力維持閥還有止回功能。當空壓機空車時，空壓機系統(tǒng)內(nèi)壓力較低，用戶系統(tǒng)較高的壓力因壓力維持閥的存在而不會倒流回來。 壓力維持閥出廠時已設(shè)置好，使用中無需調(diào)整。 6.后部冷卻器 將工作中產(chǎn)生中空氣類卻排出。 1.2.2 潤滑油系統(tǒng) 螺桿式壓縮機的潤滑油循環(huán)是靠油氣桶內(nèi)的壓力與壓縮機體內(nèi)噴油口處的壓力差來自動實現(xiàn)的，無需配備專門的油泵。具體流程如下：高溫的潤滑油從油氣桶出來后，經(jīng)過熱控閥，進入油冷卻器冷卻，再經(jīng)過油過濾器去除雜質(zhì)顆粒。然后分為兩路：絕大部分油由機體下端噴入壓縮室，參與壓縮過程。小部分油則通往機體前后端，用以潤滑機體軸承組。潤滑軸承油最后回到吸氣口同空氣一起進入壓縮室，參與壓縮過程。 與油混合的壓縮空氣進入油氣桶，油氣桶分離出絕大部分的油直接沉降于油氣桶底部，以備下次循環(huán)?？諝庵惺Ｓ嗟臉O少量油分經(jīng)過油細分離器分離出來經(jīng)回油管、止回閥流回機體吸氣端。 油路中各組件說明： 1.熱控閥 水分的產(chǎn)生及其對壓縮機的危害之前已有敘述。油路中熱控閥能有效地防止冷凝水的大量析出。其功能如下：熱控閥總共有三個接口：入油口、出油口和旁通口。旁通口接油冷卻器入口，常態(tài)時關(guān)閉。當入油口的油溫較低時（如冷態(tài)機組剛起動時），熱控閥不動作，油不經(jīng)過冷卻器直接流入油過濾器。當油溫漸漸上升到67℃以上時，熱控閥開始動作，旁通口漸漸打開，出油口漸漸關(guān)閉，一部分油開始進入油冷卻器冷卻。當油溫繼續(xù)上升至72℃以上時，旁通口全部打開，出油口全部關(guān)閉，潤滑油全部流經(jīng)油冷卻器進行冷卻。這樣可以保證排氣溫度高于70℃，從而避免壓縮空氣中的冷凝水在機組中大量析出。 2.油冷卻器 油液的冷卻位置。 3.油過濾器 油過濾器是一種紙質(zhì)的過濾器，其功能是除去油中顆粒雜質(zhì)。 當控制面板上油過濾器壓差指示燈亮?xí)r，表示油過濾器阻塞，必須更換，但壓縮機仍然繼續(xù)運轉(zhuǎn)。新機第一次運轉(zhuǎn)1000小時左右的磨合期后即需要更換油過濾器，如更換不及時，將可能導(dǎo)致進油量不足，排氣溫度過高，同時因油量不足會影響軸承壽命。 4.油細分離器 油細分離器是噴油式螺桿壓縮機的關(guān)鍵元件之一，其芯部是由多層細密的玻璃纖維制成。外邊有固定用的鐵網(wǎng)保持架以及法蘭、外殼等。經(jīng)油細分離器分離后壓縮空氣中的含油量可控制在3ppm以下（油細分離器對蒸氣狀態(tài)存在于空氣中的油則無能為力，故這部分油會被空氣帶走）。油細分離器是一次性使用的部件。 正常情況下，油細分離器芯的壽命可達4000小時。但某些因素對其使用壽命影響很大。如： 潤滑油的潔凈程度。如潤滑油中灰塵等雜質(zhì)很多，油細分離器芯很快會被堵塞。故請?zhí)貏e注意環(huán)境的清潔及空氣濾清器的保養(yǎng)。 潤滑油品質(zhì)。如潤滑油品質(zhì)不佳或已變質(zhì)，會嚴重影響其壽命。 一般而言，油細分離器是否損壞可由以下方法判斷： 1.空氣管路中所含的油份增加。 2.在油氣桶與油細分離器間裝有一油細分離器壓差開關(guān)，當油細分離器前后壓差超過設(shè)定值0.1MPa時，則壓差指示燈亮，表示油細分離器已阻塞，應(yīng)立即加以更換了。 3.油壓是否偏高。 4.電流檢視是否增加。 1.2.3 冷卻系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)是空氣壓縮機中非常重要的部分之一，因為空氣被壓縮后釋放出大量的熱，這些熱量都要靠冷卻系統(tǒng)作熱交換后帶走。傳統(tǒng)冷卻方式為風(fēng)冷式。 風(fēng)冷式冷卻系統(tǒng) 風(fēng)冷式冷卻系統(tǒng)包含風(fēng)扇和冷卻器兩大部件，冷卻器采用鋁制板翅式換熱器，風(fēng)扇將冷空氣強制吹向冷卻器，空氣在流過冷卻器散熱翅片時，與壓縮空氣或潤滑油做熱交換，將熱量帶走，達到冷卻壓縮空氣和冷卻潤滑油的效果。 使用風(fēng)冷型機組需注意： 冷空氣的溫度（基本等同于環(huán)境溫度）很重要，不能過高，建議不超過40℃。 冷卻器暴露于空氣中，翅片上會沾上灰塵，如聚集灰塵太多，會嚴重影響冷卻器換熱效果。故應(yīng)經(jīng)常用壓縮空氣將翅片表面的灰塵吹干凈。如情況嚴重?zé)o法吹干凈時，必須用清潔劑清洗，清洗機組零部件時，嚴禁使用易燃易爆、易揮發(fā)的清洗劑。 清潔時，可拆開冷卻器支架側(cè)面的蓋板，使用手持風(fēng)槍向上吹掃。 1.2.4 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)包括偵測元件（偵測機組運行狀態(tài)）和執(zhí)行元件（執(zhí)行控制動作），可實現(xiàn)空壓機全自動運轉(zhuǎn)，無需專人值守。 1.進氣閥 2.泄放電磁閥 泄放電磁閥是一個兩位兩通常開電磁閥，常態(tài)下是導(dǎo)通的，當?shù)秒姇r關(guān)閉，得電與否信號由CPU給出。其作用是啟動、停機以及空車時泄放系統(tǒng)內(nèi)的壓力。當機組在這些狀態(tài)運轉(zhuǎn)時，此閥斷電導(dǎo)通，將系統(tǒng)內(nèi)壓力泄放掉。 當空壓機重車時，此閥得電關(guān)閉，系統(tǒng)停止泄放。 3.壓力控制元件 壓力控制元件有兩種：壓力開關(guān)、壓力傳感器。 如不特別要求，11 KW～22KW機型使用壓力開關(guān)控制排氣壓力。壓力開關(guān)感應(yīng)到氣體壓力達到自身設(shè)定壓力上限時，開關(guān)閉合，信號送至CPU，CPU發(fā)出信號控制泄放電磁閥斷電，機組得以空車。 當用戶系統(tǒng)壓力下降至設(shè)定下限時，壓力開關(guān)斷開，CPU發(fā)出信號控制泄放電磁閥得電，機組得以重車。 機組出廠時會根據(jù)用戶訂貨時所要求的機組工作壓力設(shè)定好壓力開關(guān)上下限。設(shè)定上限即客戶要求的最高工作壓力，設(shè)定下限一般為最高工作壓力－0.2MPa。用戶切莫自行調(diào)整。 使用壓力開關(guān)的機型，控制面板上有壓力表用于顯示機組系統(tǒng)壓力。重車時，此壓力等于排氣壓力?？哲嚂r，此壓力為機組內(nèi)部空車循環(huán)壓力。 壓力傳感器用于37KW及以上機型。壓力傳感器感應(yīng)到氣體壓力并轉(zhuǎn)換為電流信號送至CPU，CPU再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送至液晶屏顯示適時壓力值，并根據(jù)壓力值作出判斷送出控制信號。 壓力傳感器感應(yīng)的是壓力維持閥之后的壓力，即用戶系統(tǒng)壓力。當用戶系統(tǒng)壓力上升至設(shè)定上限時，CPU發(fā)出信號控制電磁閥斷電，機組得以空車。 當用戶系統(tǒng)壓力下降至設(shè)定下限時，CPU發(fā)出信號控制電磁閥得電，機組得以重車。 機組出廠時會根據(jù)用戶訂貨時所要求的機組工作壓力設(shè)定好上下限。設(shè)定上限即客戶要求的最高工作壓力，設(shè)定下限一般為最高工作壓力－0.15MPa。 4.溫度控制元件 溫度控制元件也分為兩種，一種是感溫棒與溫度開關(guān)配合使用，用于11 KW～15KW機型；一種是溫度傳感器，用于30KW及以上機型。 感溫棒是一種熱電偶，它感應(yīng)到壓縮機體排氣溫度并轉(zhuǎn)換為電信號送至溫度開關(guān)。溫度開關(guān)的作用是： ① 將感溫棒送來的電信號轉(zhuǎn)換后顯示出來。 ② 溫度保護功能。在溫度開關(guān)上可以設(shè)定溫度保護值，當排氣溫度達到溫度開關(guān)保護設(shè)定值（100℃）時，則溫度開關(guān)動作，發(fā)出信號給CPU，CPU再送出信號使機組停機。 在失油、風(fēng)扇故障、環(huán)境溫度過高等情況下，均有可能會導(dǎo)致排氣溫度過高。 排氣溫度保護動作以后，系統(tǒng)啟動回路即被切斷，此時無法再次啟動系統(tǒng)，必須按下緊急停止按鈕并復(fù)位，使排氣溫度保護解除后，方可重新起動。 溫度傳感器感應(yīng)到系統(tǒng)溫度并轉(zhuǎn)換為電流信號送至CPU，CPU再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送至液晶屏顯示適時排氣溫度值，并根據(jù)溫度值作出判斷送出控制信號。 系統(tǒng)可根據(jù)機組排氣溫度控制風(fēng)扇的起停，詳見P42說明。在失油、風(fēng)扇故障、環(huán)境溫度過高等情況下，均有可能會導(dǎo)致排氣溫度過高，當排氣溫度達到保護設(shè)定值（100℃）時，則CPU送出信號使機組停機。 排氣溫度保護動作以后，系統(tǒng)啟動回路即被切斷，此時無法再次啟動系統(tǒng)，必須按下緊急停止按鈕并復(fù)位，使排氣溫度保護解除后，方可重新起動。 5.止回閥 止回閥位于回油管與機體之間。他允許油細分離器濾出的油單向流入機體，而防止停機后系統(tǒng)壓力降為零以前機體內(nèi)的油倒流回油細分離器（這些倒流回油細分離器的油將使機組耗油量大大增加）。 在使用活塞式進氣閥的機型當中（11KW～45KW），有兩個止回閥用于防真空管路，防止油倒流。 6.壓差開關(guān)： 機組中總共有三種過濾元件，分別是空氣濾清器、油過濾器、油細分離器，這些過濾元件一旦阻塞將對機組運行造成不良影響，故機組為這三種元件分別配置了壓差開關(guān)。當這些元件阻塞后使前后壓差達到壓差開關(guān)設(shè)定壓差值時，壓差開關(guān)動作，信號輸入CPU，則控制面板上相應(yīng)指示燈亮，表明該元件阻塞，應(yīng)在最短的時間更換。千萬不要有僥幸心理繼續(xù)使用，這樣極易造成機組其他故障或損壞，得不償失。 壓差開關(guān)動作發(fā)訊時的壓差值： 空氣濾清器 -0.06 Mp 油過濾器 0.18 MP 油細分離器 0.1 Mp 1.2.5 電氣系統(tǒng) 啟動盤集中了各種電器元件，具體如下所述 1.接觸器： 11KW～15KW機型為直接啟動，啟動盤上接觸器共2只，M、F，其中F控制風(fēng)扇運轉(zhuǎn)，M控制主電機運轉(zhuǎn)。主電機啟動時，M吸合，主電機為△接法，直接啟動。 22KW及以上機型為Y-△啟動，則啟動盤上接觸器共4只，M、D、S、F，其中F控制風(fēng)扇運轉(zhuǎn)，另外三個控制主電機運轉(zhuǎn)。主電機啟動時，M、S吸合，主電機為Y接法，降低啟動電流。數(shù)秒后，自動切換為M、D吸合，主電機為△接法。接觸器D、S之間有電氣自鎖設(shè)計，確保不能同時吸合。 所有的接觸器均接受來自CPU的指令動作。 2.過載保護器： 機組中共有二個電動機，分別為空壓機驅(qū)動主電機、風(fēng)扇電機，電路中分別為這兩個電機配置了過載保護器。這是一種熱保護器，當電機電流超過保護器的設(shè)定保護值，并保持一段時間后，保護器會自動切斷主電源，使空壓機停機。此時應(yīng)追查電流過載原因，及時排除故障。保護器一旦動作必須復(fù)位，機組才能重新啟動。復(fù)位時只需按動保護器上的復(fù)位按鈕即可。 保護器的保護設(shè)定值一般是所保護的電機之額定相電流（相電流=電機銘牌上的額定電流0.577）的1.1倍。 3.變壓器 啟動盤上共有兩個變壓器PT1、PT2。 PT1為主變壓器，為整個電控系統(tǒng)提供電源。PT2為三相變壓器，提供三相電源相序信號，用于判斷機組轉(zhuǎn)向是否正確。 4.繼電器線路板 繼電器線路板作用是中繼轉(zhuǎn)換信號。可將來自CPU的較弱控制信號（如泄放電磁閥得失電、接觸器吸合信號等）通過繼電器轉(zhuǎn)換為大電流信號驅(qū)動電磁閥及接觸器。還可將來自壓差開關(guān)、過載保護器的信號轉(zhuǎn)換后提供給CPU。逆相保護器也集成在該線路板中。 5.CPU 是整臺機組的控制中心，各種偵測元件的信號傳給它，由它發(fā)出各種指令控制整機運轉(zhuǎn)，并通過液晶屏顯示各種運行參數(shù)及故障信息。 1.2.6 傳動系統(tǒng) 螺桿空氣壓縮機的傳動系統(tǒng)主要是皮帶傳動和齒輪傳動。皮帶傳動是電機軸及機體軸上分別裝配電機皮帶輪及機體皮帶輪，并以高強度皮帶進行連接，通過改變兩皮帶輪的直徑可改變機體的轉(zhuǎn)速；傳動齒輪是機體的前半部分是齒輪箱，內(nèi)有一對傳動齒輪。機體伸出軸上安裝主動齒輪，從動齒輪裝在主轉(zhuǎn)子上，從電機軸輸入的扭矩通過這一對齒輪傳至主轉(zhuǎn)子，主轉(zhuǎn)子又帶動副轉(zhuǎn)子，實現(xiàn)壓縮氣體的過程。也有部分機型無傳動齒輪，電機軸通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動主轉(zhuǎn)子。 第2章 螺桿空氣壓縮機工作原理 2.1 工作原理 2.1.1 工作原理圖 圖2-1 螺桿空氣壓縮機的工作原理圖 2.1.2 工作原理解析 螺桿式空壓機的工作原理如圖2—1所示，空氣經(jīng)空氣過濾器和吸氣調(diào)節(jié)閥而吸入，該調(diào)節(jié)閥主要用于調(diào)節(jié)氣缸、轉(zhuǎn)子及滑片形成的壓縮腔，陰、陽轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)相對于氣缸里偏心方式運轉(zhuǎn)。滑片安裝在轉(zhuǎn)子的槽中，并通過離心力將滑片推至氣缸壁，高效的注油系統(tǒng)能夠確保壓縮機良好的冷卻及潤滑油的最小舒適耗量，在氣缸壁上形成的一層薄薄的油膜可以防止金屬部件之間直接接觸而造成磨損。經(jīng)壓縮后的空氣溫度較高，其中混有一定的油氣，經(jīng)過油氣分離器進行分離之后，油氣經(jīng)過油冷卻器冷卻再經(jīng)過油過濾器流回儲油罐，空氣經(jīng)過氣冷卻器(空氣冷卻裝置)進行冷卻而進入儲氣罐。 2.2 工作過程 空氣壓縮機的工作過程包括4部分，即吸氣過程、封閉及輸送過程、壓縮及噴油過程和排氣過程。 1.吸氣過程： 當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，主副轉(zhuǎn)子所形成的齒間容積逐漸擴大，該容積僅僅與吸氣口連通，外界空氣被吸入齒間容積內(nèi)。當齒間容積增到最大時，齒間容積與吸氣口斷開，吸氣結(jié)束。此為“進氣過程”。 2.封閉及輸送過程： 在吸氣終了時，主副轉(zhuǎn)子齒峰會與機殼閉封，在齒間容積內(nèi)的空氣即被封閉在由主、副轉(zhuǎn)子及殼體組成的封閉腔內(nèi)，此即“封閉過程”。兩轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，主副轉(zhuǎn)子齒相互嚙合，嚙合面逐漸向排氣端移動，齒間容積內(nèi)的空氣也跟著向排氣端輸送，即“輸送過程”。 3.壓縮及噴油過程： 在輸送過程中，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，齒間容積由于轉(zhuǎn)子齒的嚙合而不斷減小，齒間容積內(nèi)之氣體體積也隨之減小，氣體被壓縮，壓力升高，此即“壓縮過程”。壓縮的同時，潤滑油因壓力差而噴入齒溝內(nèi)與空氣混合。 4.排氣過程： 當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到齒間容積與機殼排氣口相通時，被壓縮之氣體開始排出，這個過程一直持續(xù)到齒末端的型線完全嚙合，此時齒間容積為零，氣體被完全排出，即完成“排氣過程”。 第3章 螺桿空氣壓縮機的節(jié)能設(shè)計 3.1 節(jié)能設(shè)計概述 主電機雖然是“星—三角”減壓起動，但起動時的電流仍然很大，可高達電機額定電流的6~7倍，嚴重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的運行安全。 空壓機頻繁的加卸載，加載時起動電流大，卸載時電機空載運行，屬非經(jīng)濟運行，電能浪費嚴重。 電機工頻運行致使空壓機運行時嘈音很大。 電機工頻起動對設(shè)備的沖擊很大，電機軸承的磨損大，所以設(shè)備維護工作時機械量比較大。我的課題是在空載時降低電流頻率來實現(xiàn)節(jié)能。 3.2 空壓機變頻改造的系統(tǒng)分析 確空氣壓縮機是一種把空氣壓入儲氣罐中，使之保持一定壓力的機械設(shè)備，屬于恒轉(zhuǎn)矩負載，其運行功率與轉(zhuǎn)速成正比： 式中：PL -空氣壓縮機功率 TL -空氣壓縮機轉(zhuǎn)矩 nL -空氣壓縮機轉(zhuǎn)速 所以就運行功率而言，工頻壓縮機空載時會浪費大量的電能。 變頻調(diào)速是80年代初發(fā)展起來的新技術(shù)，具有易操作、免維護、控制精度高等優(yōu)點。普通電動機采用變頻調(diào)速后，在其拖動負載無須任何改動的情況下，便可按照生產(chǎn)工藝要求來調(diào)整轉(zhuǎn)速輸出以滿足工況要求。因此完全可以用變頻器驅(qū)動的方案取代加、卸載供氣控制方式的方案，從而電機可根據(jù)用氣量的大小來自動調(diào)整轉(zhuǎn)速以保證供氣壓力恒定，使電機低于額定轉(zhuǎn)速連續(xù)運轉(zhuǎn)，可有效地克服電機頻繁改變運行狀態(tài)所帶來的諸多弊端，達到系統(tǒng)高效節(jié)能運行的目的。 3.3 節(jié)能改造的設(shè)計 3.3.1 節(jié)能改造的設(shè)計要求 根據(jù)原工況存在的問題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，空壓機變頻自控改造后系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求： 1.變頻驅(qū)動電機運行狀態(tài)下保持儲氣罐出口壓力穩(wěn)定，壓力波動范圍不超過0.02Mpa； 2.系統(tǒng)應(yīng)具有變頻和工頻兩套控制回路，確保變頻出現(xiàn)異常跳脫保護時，不影響生產(chǎn)； 3.控制系統(tǒng)應(yīng)能夠壓力狀況自動切換空壓機的工變頻運行狀態(tài)和增減空壓機的運轉(zhuǎn)臺數(shù)； 4.在用電氣量小的情況下，變頻器處在低頻運行時，應(yīng)保障電機繞組溫度和電機的噪音不超過允許的范圍。 3.2.1 空壓機變頻節(jié)能原理 變頻調(diào)速技術(shù)近年來發(fā)展迅速，并在許多領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用?？諝鈮嚎s機節(jié)能原理圖如圖2-2所示 儲氣罐 空壓機 電動機 PID 測量裝置 給定值+ 壓力 — 圖3-1 空壓機變頻節(jié)能系統(tǒng)原理框圖 由于許多螺桿式空壓機運行方式是加載、減載方式。減載時電機空轉(zhuǎn),那么能源都被白白的浪費了，而電動機轉(zhuǎn)速自身不能改變，只能通過改變電機頻率來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。變頻控制即通過改變電動機的轉(zhuǎn)速來控制空壓機單位時間的出風(fēng)量，從而達到控制管路的壓力。原理如下:通過壓力變送器測得的管網(wǎng)壓力值與壓力的設(shè)定值相比較，得到偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器計算出變頻器作用于異步電動機的頻率值。由變頻器輸出的相應(yīng)頻率和幅值的交流電，使電動機上得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。那么空壓機輸出相應(yīng)的壓縮空氣至儲氣罐，使之壓力變化，直到管網(wǎng)壓力與給定壓力值相同。 3.2.2 變頻改造方案設(shè)計 1.原機的電路圖及計算 工頻電路圖如圖3-2，工頻電氣裝配圖如圖3-3 圖3-2 工頻電路圖 圖3-3工頻電氣裝配圖 3.2.3 工頻電費計算 1. 題題研究中所用的螺桿空氣壓縮機樣本的型號和規(guī)格 空壓機型號 額定排氣壓力 額定排氣量 空載率 電機型號 電機功率 電機額定電流 JC15HA 0.8Mpa 1.8m3/ Min 0.40 Y160M-2 11KW 22A 電機空載率 電機級數(shù) 電機額定轉(zhuǎn)數(shù) 電機功率因數(shù) 電機啟動方式 Mmax/M 電機效率η 10A 2級 2930r 0.88 Y-△降壓啟動 2 0.872 2.螺桿式空壓機空載率：在設(shè)定的氣壓范圍內(nèi)工作，在低于設(shè)定氣壓時負載運行，在高于設(shè)定壓力時空載運行，從上表可知空壓機有40%的時間處于空載狀態(tài)，這樣既浪費能源又降低了系統(tǒng)的功率因數(shù)?，F(xiàn)空壓機總運行時間為11340小時，負載運行時間為6416小時，因此實際空載率為： 空載率=（11340—6416）/11340=0.434 3.年空載損耗w（年總運行時間取8000小時） 式中：Ue-電源電壓，取380v Ia-空載電流，取10A η-電機效率，取0.872 COSa-功率因數(shù)，取0.88 4.年空載損耗費用F F=14528元 3.2.4 創(chuàng)新方案 在主電路加一變頻器，輔助電路加一個繼電器和中間繼電器。 電路設(shè)計如圖3-4,圖3-5 - 圖3-4 變頻電路圖 圖3-5 變頻電氣裝配圖 3.2.5 工作原理 合上電源開關(guān)KQ，鑰匙開關(guān)SK，給主、控制電路送電； 按下控制面板上的啟動按鈕，控制回路中28得電，接觸器KM1吸合其主觸點閉合變頻器的得電，按下變頻器RUN按鍵，因為J1常閉觸點閉合，電機以30Hz頻率啟動運行； 經(jīng)MAN-KY4（40)控制器內(nèi)延時S1，控制回路31得電，J1常閉斷開、常開閉合，電機轉(zhuǎn)為50Hz運行； 時間繼電器SJ經(jīng)延時S動作常開觸點閉合接通電磁閥DZ電源，伺服氣缸打開，空壓機開始負載運行； 當氣壓達到設(shè)定范圍上限時，控制回路31斷電，時間繼電器SJ，繼電器J1跟著斷電，分別使伺服氣缸關(guān)閉、J1常開打開、J1常閉閉合，空壓機轉(zhuǎn)為30Hz負載運行； 當氣壓達到設(shè)定范圍下限值時，控制回路31得電運行 ，時間繼電器SJ、繼電器J1通電吸合，J1常開閉合、J1常閉打開，空壓機工頻50Hz運行SJ延時S其常開觸點閉合，DZ通電，伺服氣缸打開，空壓機負載運行。 3.2.6 變頻空壓機的計算 工頻50Hz空載運行改為變頻30Hz空載運行節(jié)能原理分析 當電機由工頻50Hz空載運行改為變頻30Hz運行后，定子繞組所2承受的相電壓U=UeFaFi=228V，我們都知道電壓的平方正比于電機輸出力矩，故工頻50Hz空載運行變?yōu)樽冾l30Hz空載運行后電機輸出力矩變成原來的1/3，變頻空載功率損耗P30可按以下公式 式中：Ue-電源電壓，取380v Ia-空載電流，取10A η-電機效率，取0.872 COSa-功率因數(shù)，取0.88 式中：M50-50Hz時輸出力矩 V50-50Hz時工頻轉(zhuǎn)數(shù) M30-30Hz時輸出力矩 V30-30Hz時工頻轉(zhuǎn)數(shù) P30=1.33KW 通過以上計算節(jié)約電能Po=P50-P30=5.31KW 年節(jié)約空載損耗Wo為 Wo=Po年總運行時間空載率 =5.3180000.434=18436KWh 年節(jié)約空載損耗費用Fo為 Fo=Wo0.63=11615元 第4章 空壓機變頻改造后的效益 1.節(jié)約能源 變頻器控制壓縮機與傳統(tǒng)控制的壓縮機比較，能源節(jié)約是最有實際意義的，根據(jù)空氣量需求來供給的壓縮機工況是經(jīng)濟的運行狀況。 2.運行成本降低 傳統(tǒng)壓縮機的運行成本由三項組成：初始采購成本、維護成本和能源成本。其中能源成本大約占壓縮機運行成本的77%。通過能源成本降低44.3%，再加上變頻起動后對設(shè)備的沖擊減少，維護和維修量也跟隨降低，所以運行成本將大大降低。 3.提高壓力控制精度 變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力。使壓縮機的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配。變頻控制壓縮機的輸出氣量隨著電機轉(zhuǎn)速的改變而改變。由于變頻控制電機速度的精度提高，所以它可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力變化保持在3pisg變化范圍，也就是0.2bar范圍內(nèi)，有效地提高了工況的質(zhì)量。 4.延長壓縮機的使用壽命 變頻器從0HZ起動壓縮機，它的起動加速時間可以調(diào)整，從而減少起動時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊，增強系統(tǒng)的可靠性，使壓縮機的使用壽命延長。此外，變頻控制能夠減少機組起動時電流波動，這一波動電流會影響電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電，變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到最低程度。 5.低了空壓機的噪音 根據(jù)壓縮機的工況要求，變頻調(diào)速改造后，電機運轉(zhuǎn)速度明顯減慢，因此有效地降了空壓機運行時的噪音。 結(jié)論 綜上所述，由于空壓機可以在保證生產(chǎn)所需要的最低壓力下運行，電機輸入功率大大下降，輔以壓力閉環(huán)控制，實現(xiàn)空壓機的供氣壓力與轉(zhuǎn)速的動態(tài)匹配，減少了電機的實際輸入功率，達到節(jié)能目的。即電機的轉(zhuǎn)速由供氣壓力來控制，壓縮機需要多大的功率，電機就輸出多大的功率，而不必做無用功，從而取得良好的節(jié)能效果，節(jié)能的第二方面是空壓機停止了空轉(zhuǎn)，電機不存在輕載運行，這部分能量很可觀。相應(yīng)帶來的其它好處是：供氣壓力穩(wěn)定，通過壓力調(diào)節(jié)器，可使空壓機保持在設(shè)定的壓力值下工作，壓力穩(wěn)定可靠性高，而且壓力可以無級設(shè)定，隨時可調(diào)。電機實現(xiàn)軟啟動，壓縮機的使用壽命及檢修周期都將得到大大延長。空壓機排氣量由空壓機的轉(zhuǎn)速來控制，氣缸內(nèi)氣閥片不再反復(fù)地開啟和關(guān)閉，閥座、彈簧等工作條件大大改善，避免了高溫、高壓氣體急劇的流動與沖擊，維修工作量減少。 空壓機改造后開機和關(guān)機通過原面板啟停，通過PID表或PLC控制變頻器，保留工頻方式提高了可靠性，空壓機卸載時間長的工況節(jié)能明顯?？諌簷C的電機功率一般較高，改造后的投資回收期短，收效明顯。 參考文獻 1王廷才. 電力電子技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2000 2 石秋潔. 變頻器應(yīng)用基礎(chǔ). 北京：機械工業(yè)出版社，2003 3 張燕賓. 變頻調(diào)速應(yīng)用實踐.北京：機械工業(yè)出版社,2000 4 吳忠智，黃立培，吳加林. 調(diào)速用變頻器及配套設(shè)備選用指.北京：機械工業(yè)出版社,2000 5 高相家，陳放.螺桿空壓機變頻節(jié)能改造的經(jīng)濟分析和技術(shù)方案.技術(shù)改造，2009 6 肖付釗，變頻閉環(huán)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)在空壓機中的應(yīng)用.煤礦機械，2005 7 厲國華，基于變頻技術(shù)的的螺桿空氣壓縮機控制系統(tǒng)的研究.壓縮技術(shù)，2000 8 張皓，續(xù)明近，楊梅. 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在這次設(shè)計過程中，體現(xiàn)出自己單獨設(shè)計空壓機節(jié)能改造的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學(xué)以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。