基于系統性能分析的壓縮空氣系統變頻技術研究和應用
秦宏波1，2， 胡壽根1
（1上海理工大學動力工程學院，上海200093；2上海市節能服務中o，上海200040）
摘要：在別我國壓縮空氣系統能耗和能效現狀以及工業中廣泛應用的螺桿式空氣IⅡ三縮機控制方式和能效特點進行闡述的基礎E，列變速驅動的控制原理和對系統能效的影響進行了分析，最后通過實際案例證明變頻技術對于提高工業螺桿式空氣壓縮機系統的能效具有重要意義：
關鍵詞：空氣壓縮機；變頻技術：能效
中圖分類號：TH45文獻標識碼：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、易輸送等優點，壓縮空氣已經廣泛應用于各個工業領域，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】。根據美國能源部2002年的全球調查結果，全球空氣壓縮機的．平均負載率百分之79，而中國空氣壓縮機平均負載率為百分之66，比全球空氣壓縮機負載率平均值低百分之13，其運行能效與發達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峻，人們對如何提高用能系統的能源轉換效率的關注度逐漸增加，對壓縮空氣系統的能效問題也進行了一些研究。但目前很多研究人員對如何提高空氣壓縮機滿負荷能效研究很多，但對于空氣壓縮機系統的運行特點及卒氣壓縮機如何與系統很好的匹配運行開展系統研究相對較少。通過節能改造，如應用管阿優化技術、變頻技術、壓力控制技術等，很多壓縮空氣系統能達到百分之10以上的節能效果。但每個壓縮空氣系統不同，適用的節能技術不同，不能盲目實施不合適的節能技術。本文通過對工業中應用最為廣泛的螺桿式空氣壓縮機的控制方式及對應的能效特點進行闡述的基礎上，分析了變頻技術對于提高空氣壓縮機系統能效的作用。
1 螺桿式空氣壓縮機控制方式和能效特點
目前工業中應用****泛的壓縮杌主要有螺桿式壓縮機、往復式壓縮機和離心式壓縮機，其中螺桿式壓縮機由于具有結構簡單、安全可靠及易于維護等優點，紅工業應用中最為廣泛。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荷下，當系統的用氣量下降，此時壓縮機生產的多余的壓縮空氣將會使系統的壓力升高，當壓縮機的控制器測到系統壓力達到卸載的壓力設定點時，會發出一個信號關閉進氣閥。通過關閉進氣閥，壓縮機空載運行，此時壓縮機不生產壓縮空氣，但電動機仍然處于運行狀態，仍將會消耗全負荷時百分之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的正常運行。隨著系統壓力降低到達較低的上載壓力設定點時，控制器會發出信號，重新打開進氣閥，同時壓縮機再次在滿負荷條件下運行。這種壓力控制裝置可使系統的壓力波動控制在0. 07 -0. l MPa范圍內。加載／卸載控制空氣壓縮機負荷功率對比曲線如圖1所示。
1.2恒壓（調節）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（調節）控制的空氣壓縮機通過微調入幾閥的開度來保持系統供氣壓力的相對穩定。系統壓力卜升時空氣壓縮機進氣閥關小，空氣壓縮機流量降低，壓縮比增加。調節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。進氣節流控制在完全關閉迸氣閥門時，仍將消耗滿負荷運行時百分之70的功率，當輸氣量在滿負荷百分之50時，典型的功率消耗值約為滿負荷時的百分之80，因此進氣節流控制是種很不經濟的控制方式。在一個比較大的壓縮空氣系統中，多臺空氣壓縮機在相同時間低于滿載運行，雖然使系統壓力非常穩定，但是能效水平式非常低。恒壓控制卒氣壓縮機負荷功率對比曲線見圖2。
2 變頻控制系統
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