【壓縮機網(wǎng)】螺桿空壓機是大轉動(dòng)慣量的負載，其結構是由一對平行嚙合的陰陽(yáng)轉子在氣缸內轉動(dòng)，使轉子齒與槽之間的空間不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著(zhù)轉子軸線(xiàn)由吸入側輸送至輸出側，實(shí)現螺桿空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過(guò)程。
一、空壓機的運行原理
就當前主要設備而言，基本上都是傳統的螺桿式空壓機?？諌簷C是大轉動(dòng)慣量的負載，其結構是由一對平行嚙合的陰陽(yáng)轉子在氣缸內轉動(dòng)，使轉子齒與槽之間的空間不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著(zhù)轉子軸線(xiàn)由吸入側輸送至輸出側，實(shí)現螺桿空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過(guò)程。而主要驅動(dòng)空壓機陰、陽(yáng)轉子轉動(dòng)的機型有兩種：一是來(lái)自于柴油機通過(guò)聯(lián)軸器經(jīng)齒輪偶合驅動(dòng)；二是電動(dòng)機直接通過(guò)齒輪偶合驅動(dòng)。由于柴動(dòng)機的工作狀態(tài)受柴油機的轉速與輸出功率曲線(xiàn)的影響而較難實(shí)現節能。這里著(zhù)重對電動(dòng)式空壓機進(jìn)行分析，柴動(dòng)機的節能暫放后敘。
二、一般電動(dòng)式空壓機的運行分析
1、空壓機的動(dòng)力
空壓機動(dòng)力來(lái)自交流異步電動(dòng)機，電動(dòng)機的能量來(lái)自電能，那就要從轉動(dòng)原理了解電動(dòng)機與電能的關(guān)系。其轉速公式為：
n=60f（1-s）/p
其中：n為電機轉速；
f為供電頻率；
P為電機極對數；
s為轉差率。
在工頻條件下，電動(dòng)機一般是經(jīng)星三角啟動(dòng)開(kāi)關(guān)從靜態(tài)啟動(dòng)，十幾秒后才能達到額定轉速的工作狀態(tài)。在這個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中，電機和啟動(dòng)開(kāi)關(guān)及導線(xiàn)要承受于電動(dòng)機近七倍的額定電流。以P100的空壓機為例：其電機功率為75kW，三相380V，額定電流約為150A，四極（極對數為2），轉差率約2%，根據以上公式：
異步轉速＝60×50Hz（1－2%）/2＝1470r/min
從轉速0r/min至額定轉速1470r /min需時(shí)間約15秒,而啟動(dòng)電流則是額定電流的七倍（即：150×7＝1050A）逐漸降至100A（即進(jìn)氣閥關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，負載率約為66%）。此時(shí)，表面上看電流是減小了，這時(shí)存在一種現象就是：大馬拉小車(chē)，即無(wú)功功率在增大，用電量＝有功＋無(wú)功。另一方面，考慮到空壓機時(shí)常在滿(mǎn)負荷的狀態(tài)下長(cháng)時(shí)間的運行，因此，在設計電動(dòng)機拖動(dòng)功率時(shí)余量一般要偏大，其能耗就更不容忽視了。
2、空壓機加、卸載方式存在的問(wèn)題
加載、卸載控制方式即為進(jìn)氣開(kāi)關(guān)控制方式，即達到壓力上限時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣閥，壓縮機進(jìn)入輕載，當壓力抵達下限時(shí)進(jìn)氣閥打開(kāi)，壓縮機進(jìn)入滿(mǎn)載運行。由此看來(lái)，空壓機在正常的工作狀態(tài)下，電動(dòng)機的轉速不會(huì )隨著(zhù)壓力的變化而變化，也就是說(shuō)，電機是在額定的z*高轉速的狀態(tài)下運行，其負載的輕重取決于進(jìn)氣閥的開(kāi)閉。
?。?）電動(dòng)機的能耗分析
加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在上限下限之間來(lái)回變化。下限是z*低壓力值，它是保證用戶(hù)工作狀態(tài)下的z*低壓力。一般情況下，Pmax與Pmin之間關(guān)系可以用下式來(lái)表示：
Pmax＝(1＋δ)Pmin
δ是一個(gè)百分數，其數值大致在15%～30%之間。
在加、卸載供氣控制方式下的空壓機，所浪費的能量主要在2個(gè)部分：
a.加載時(shí)的電能消耗
當壓力降至z*小值后，由于控制方式的決定，其壓力會(huì )繼續上升直到z*大壓力值。在加壓過(guò)程中,一定要向外界釋放很多的熱量，從而導致電能損失。另一方面，在壓力上限時(shí)的氣體在進(jìn)入（用戶(hù)）氣動(dòng)元件前，其壓力需要經(jīng)過(guò)減壓閥減壓，這一過(guò)程同樣是一個(gè)耗能過(guò)程。
b.卸載時(shí)電能的消耗
當壓力升到z*大值時(shí)，空壓機通過(guò)降壓來(lái)卸載：關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機處于輕載狀態(tài)，同時(shí)將分離桶中多余的壓縮空氣通過(guò)放空閥放空。這種調節方法要造成很大的能量浪費。經(jīng)估算，在卸載時(shí)間所占比例不大的工況下，空壓機卸載時(shí)的能耗約占空壓機滿(mǎn)載運行時(shí)的10%～25%。換言之，空壓機20%的時(shí)間處于空載狀態(tài)，是在作無(wú)用功。以此工作原理，不難看出節能的空間較大。
?。?）設備的損耗
靠氣缸控制蝶閥來(lái)調節進(jìn)氣量，使供氣壓力無(wú)法平穩。隨著(zhù)用氣量不斷變化，供氣壓力隨之波動(dòng)。因此，用氣精度高的元件就達不到生產(chǎn)工藝要求。還會(huì )加速氣缸、進(jìn)氣閥和放氣閥的磨損，增加維修量和維修成本，設備的安全性就得不到保障。
綜上所述，空壓機在此工作過(guò)程中，除了耗能外，還會(huì )發(fā)生以下幾大問(wèn)題：
1、由于啟動(dòng)電動(dòng)機所需大量的電能，此時(shí)，對供電條件要求偏高，當電網(wǎng)電壓不穩或不足時(shí)，其啟動(dòng)電流會(huì )劇增，導致機組無(wú)法正常啟動(dòng)或只能放棄工作，并造成不應有的經(jīng)濟損失；
2、感性負載所產(chǎn)生的無(wú)功損耗使電機溫升加劇，諧波干擾對電網(wǎng)的穩定運行會(huì )產(chǎn)生不良的影響；
3、導線(xiàn)在強大的電流作用下，由于過(guò)電流會(huì )產(chǎn)生過(guò)熱，使其加速老化；
4、開(kāi)關(guān)在強大的電流作用下，所產(chǎn)生的電弧高溫，對開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)有很強燒蝕作用，使其熔化失去開(kāi)關(guān)的持續性能，嚴重則使開(kāi)關(guān)粘結短路造成事故的發(fā)生；
5、在強大的啟動(dòng)電流作用下，電機所產(chǎn)生的沖擊力對軸承造成加重磨損，定子繞組瞬時(shí)的過(guò)電流而大量發(fā)熱，從而，降低了電機的功率和性能，嚴重則使其燒毀；
6、由于啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生強大的沖擊力會(huì )加重空壓機偶合齒輪及其他的機械磨損，造成的損害是不容低估的。
綜上所述，以上六大問(wèn)題都會(huì )直接影響機組的性能及縮短機組使用壽命。
三、空壓機系統節能分析
前面提到空壓機在系統供氣中，z*基本的條件是氣體的流量和壓力，傳統工藝的空壓機在工作中為了滿(mǎn)足用戶(hù)的供氣要求，時(shí)常要調節進(jìn)氣閥的開(kāi)閉，來(lái)達到一定壓力的氣體流量。進(jìn)氣閥受到壓差繼電器控制，而壓差繼電器是工作在氣體壓力的上限、下限之間，上限和下限之間有幾公斤壓力的差值。因此，壓力變化大而且頻繁。在壓力不斷變化的氣體流量供氣中，電動(dòng)機始終在z*高額定的異步轉速中運行，在無(wú)法調節電動(dòng)機輸出功率的同時(shí)，電動(dòng)機不會(huì )隨著(zhù)負載變小而減少相應的能耗，其能耗變化不明顯，因此，基本沒(méi)有節能效果。而變頻器則是改變了傳統空壓機的工作原理，它采用的是：以軟啟動(dòng)、消除諧波干擾、無(wú)功補償等功能及平滑變頻調速的特點(diǎn)對流量壓力進(jìn)行平穩的調節，用改變電動(dòng)機的轉速來(lái)取代閥門(mén)調節的供氣方式，使其與流量、壓力與其功率相匹配。同時(shí)，減少啟動(dòng)時(shí)的磨損及沖擊對設備的傷害。變頻器不但節能卓有成效，還克服了傳統空壓機所產(chǎn)生的以上六大問(wèn)題。當然，變頻器除了減小啟動(dòng)電流外，節能是有條件的，機組運行負載率須在額定的氣體流量以下，而且用氣量變化越大節能越明顯。
四、空壓機系統節能的工作原理
采用變頻器控制空壓機的轉速從而達到節能是一種較為科學(xué)的節能控制方式，根據空壓機變頻運行特性，經(jīng)過(guò)科學(xué)論證，現已知：
Q1 /Q2=n1/n2
H1 /H2=（n1/n2 ）2
P1 /P2 =（n1/n2 ）3
式中：Q為空壓機供氣流量；
H為管網(wǎng)壓力；
P為電機消耗功率；
n為空壓機轉速。
由上式可知，當電機轉速降至額定轉速的80%時(shí)，則空壓機供給管網(wǎng)流量降為80%，管網(wǎng)壓力降為（80%）平方，電機消耗功率則降為80%的立方，即節能為51.2%?？鄢姍C機械損耗和電機銅損、鐵損等，其節能效率在40%左右。因此，調速是節能的所在。
五、空壓機變頻改造及應用、選型方案
1、由于空壓機是大轉動(dòng)慣量負載，啟動(dòng)時(shí)，很容易引起變頻器出現過(guò)流保護動(dòng)作，因此，應選用無(wú)速度傳感器矢量變頻器，它能保證機組工作的連續性，又能保證設備穩定可靠的運行；
2、空壓機不允許長(cháng)時(shí)間在低頻下運行，由于轉速過(guò)低，其工作穩定性差，壓縮機缸體的潤滑變差，會(huì )加重機械磨損，一般情況下不低于20Hz為佳；
3、在固定機的廠(chǎng)礦應選用帶交流電抗器輸出的變頻器，以減少高次諧波所引起的干擾；
4、對一些用氣要求高的客戶(hù)采用恒壓供氣方式；
5、控制線(xiàn)不應超過(guò)30m為宜。
【壓縮機網(wǎng)】螺桿空壓機是大轉動(dòng)慣量的負載，其結構是由一對平行嚙合的陰陽(yáng)轉子在氣缸內轉動(dòng)，使轉子齒與槽之間的空間不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著(zhù)轉子軸線(xiàn)由吸入側輸送至輸出側，實(shí)現螺桿空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過(guò)程。
一、空壓機的運行原理
就當前主要設備而言，基本上都是傳統的螺桿式空壓機?？諌簷C是大轉動(dòng)慣量的負載，其結構是由一對平行嚙合的陰陽(yáng)轉子在氣缸內轉動(dòng)，使轉子齒與槽之間的空間不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著(zhù)轉子軸線(xiàn)由吸入側輸送至輸出側，實(shí)現螺桿空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過(guò)程。而主要驅動(dòng)空壓機陰、陽(yáng)轉子轉動(dòng)的機型有兩種：一是來(lái)自于柴油機通過(guò)聯(lián)軸器經(jīng)齒輪偶合驅動(dòng)；二是電動(dòng)機直接通過(guò)齒輪偶合驅動(dòng)。由于柴動(dòng)機的工作狀態(tài)受柴油機的轉速與輸出功率曲線(xiàn)的影響而較難實(shí)現節能。這里著(zhù)重對電動(dòng)式空壓機進(jìn)行分析，柴動(dòng)機的節能暫放后敘。
二、一般電動(dòng)式空壓機的運行分析
1、空壓機的動(dòng)力
空壓機動(dòng)力來(lái)自交流異步電動(dòng)機，電動(dòng)機的能量來(lái)自電能，那就要從轉動(dòng)原理了解電動(dòng)機與電能的關(guān)系。其轉速公式為：
n=60f（1-s）/p
其中：n為電機轉速；
f為供電頻率；
P為電機極對數；
s為轉差率。
在工頻條件下，電動(dòng)機一般是經(jīng)星三角啟動(dòng)開(kāi)關(guān)從靜態(tài)啟動(dòng)，十幾秒后才能達到額定轉速的工作狀態(tài)。在這個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中，電機和啟動(dòng)開(kāi)關(guān)及導線(xiàn)要承受于電動(dòng)機近七倍的額定電流。以P100的空壓機為例：其電機功率為75kW，三相380V，額定電流約為150A，四極（極對數為2），轉差率約2%，根據以上公式：
異步轉速＝60×50Hz（1－2%）/2＝1470r/min
從轉速0r/min至額定轉速1470r /min需時(shí)間約15秒,而啟動(dòng)電流則是額定電流的七倍（即：150×7＝1050A）逐漸降至100A（即進(jìn)氣閥關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，負載率約為66%）。此時(shí)，表面上看電流是減小了，這時(shí)存在一種現象就是：大馬拉小車(chē)，即無(wú)功功率在增大，用電量＝有功＋無(wú)功。另一方面，考慮到空壓機時(shí)常在滿(mǎn)負荷的狀態(tài)下長(cháng)時(shí)間的運行，因此，在設計電動(dòng)機拖動(dòng)功率時(shí)余量一般要偏大，其能耗就更不容忽視了。
2、空壓機加、卸載方式存在的問(wèn)題
加載、卸載控制方式即為進(jìn)氣開(kāi)關(guān)控制方式，即達到壓力上限時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣閥，壓縮機進(jìn)入輕載，當壓力抵達下限時(shí)進(jìn)氣閥打開(kāi)，壓縮機進(jìn)入滿(mǎn)載運行。由此看來(lái)，空壓機在正常的工作狀態(tài)下，電動(dòng)機的轉速不會(huì )隨著(zhù)壓力的變化而變化，也就是說(shuō)，電機是在額定的z*高轉速的狀態(tài)下運行，其負載的輕重取決于進(jìn)氣閥的開(kāi)閉。
?。?）電動(dòng)機的能耗分析
加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在上限下限之間來(lái)回變化。下限是z*低壓力值，它是保證用戶(hù)工作狀態(tài)下的z*低壓力。一般情況下，Pmax與Pmin之間關(guān)系可以用下式來(lái)表示：
Pmax＝(1＋δ)Pmin
δ是一個(gè)百分數，其數值大致在15%～30%之間。
在加、卸載供氣控制方式下的空壓機，所浪費的能量主要在2個(gè)部分：
a.加載時(shí)的電能消耗
當壓力降至z*小值后，由于控制方式的決定，其壓力會(huì )繼續上升直到z*大壓力值。在加壓過(guò)程中,一定要向外界釋放很多的熱量，從而導致電能損失。另一方面，在壓力上限時(shí)的氣體在進(jìn)入（用戶(hù)）氣動(dòng)元件前，其壓力需要經(jīng)過(guò)減壓閥減壓，這一過(guò)程同樣是一個(gè)耗能過(guò)程。
b.卸載時(shí)電能的消耗
當壓力升到z*大值時(shí)，空壓機通過(guò)降壓來(lái)卸載：關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機處于輕載狀態(tài)，同時(shí)將分離桶中多余的壓縮空氣通過(guò)放空閥放空。這種調節方法要造成很大的能量浪費。經(jīng)估算，在卸載時(shí)間所占比例不大的工況下，空壓機卸載時(shí)的能耗約占空壓機滿(mǎn)載運行時(shí)的10%～25%。換言之，空壓機20%的時(shí)間處于空載狀態(tài)，是在作無(wú)用功。以此工作原理，不難看出節能的空間較大。
?。?）設備的損耗
靠氣缸控制蝶閥來(lái)調節進(jìn)氣量，使供氣壓力無(wú)法平穩。隨著(zhù)用氣量不斷變化，供氣壓力隨之波動(dòng)。因此，用氣精度高的元件就達不到生產(chǎn)工藝要求。還會(huì )加速氣缸、進(jìn)氣閥和放氣閥的磨損，增加維修量和維修成本，設備的安全性就得不到保障。
綜上所述，空壓機在此工作過(guò)程中，除了耗能外，還會(huì )發(fā)生以下幾大問(wèn)題：
1、由于啟動(dòng)電動(dòng)機所需大量的電能，此時(shí)，對供電條件要求偏高，當電網(wǎng)電壓不穩或不足時(shí)，其啟動(dòng)電流會(huì )劇增，導致機組無(wú)法正常啟動(dòng)或只能放棄工作，并造成不應有的經(jīng)濟損失；
2、感性負載所產(chǎn)生的無(wú)功損耗使電機溫升加劇，諧波干擾對電網(wǎng)的穩定運行會(huì )產(chǎn)生不良的影響；
3、導線(xiàn)在強大的電流作用下，由于過(guò)電流會(huì )產(chǎn)生過(guò)熱，使其加速老化；
4、開(kāi)關(guān)在強大的電流作用下，所產(chǎn)生的電弧高溫，對開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)有很強燒蝕作用，使其熔化失去開(kāi)關(guān)的持續性能，嚴重則使開(kāi)關(guān)粘結短路造成事故的發(fā)生；
5、在強大的啟動(dòng)電流作用下，電機所產(chǎn)生的沖擊力對軸承造成加重磨損，定子繞組瞬時(shí)的過(guò)電流而大量發(fā)熱，從而，降低了電機的功率和性能，嚴重則使其燒毀；
6、由于啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生強大的沖擊力會(huì )加重空壓機偶合齒輪及其他的機械磨損，造成的損害是不容低估的。
綜上所述，以上六大問(wèn)題都會(huì )直接影響機組的性能及縮短機組使用壽命。
三、空壓機系統節能分析
前面提到空壓機在系統供氣中，z*基本的條件是氣體的流量和壓力，傳統工藝的空壓機在工作中為了滿(mǎn)足用戶(hù)的供氣要求，時(shí)常要調節進(jìn)氣閥的開(kāi)閉，來(lái)達到一定壓力的氣體流量。進(jìn)氣閥受到壓差繼電器控制，而壓差繼電器是工作在氣體壓力的上限、下限之間，上限和下限之間有幾公斤壓力的差值。因此，壓力變化大而且頻繁。在壓力不斷變化的氣體流量供氣中，電動(dòng)機始終在z*高額定的異步轉速中運行，在無(wú)法調節電動(dòng)機輸出功率的同時(shí)，電動(dòng)機不會(huì )隨著(zhù)負載變小而減少相應的能耗，其能耗變化不明顯，因此，基本沒(méi)有節能效果。而變頻器則是改變了傳統空壓機的工作原理，它采用的是：以軟啟動(dòng)、消除諧波干擾、無(wú)功補償等功能及平滑變頻調速的特點(diǎn)對流量壓力進(jìn)行平穩的調節，用改變電動(dòng)機的轉速來(lái)取代閥門(mén)調節的供氣方式，使其與流量、壓力與其功率相匹配。同時(shí)，減少啟動(dòng)時(shí)的磨損及沖擊對設備的傷害。變頻器不但節能卓有成效，還克服了傳統空壓機所產(chǎn)生的以上六大問(wèn)題。當然，變頻器除了減小啟動(dòng)電流外，節能是有條件的，機組運行負載率須在額定的氣體流量以下，而且用氣量變化越大節能越明顯。
四、空壓機系統節能的工作原理
采用變頻器控制空壓機的轉速從而達到節能是一種較為科學(xué)的節能控制方式，根據空壓機變頻運行特性，經(jīng)過(guò)科學(xué)論證，現已知：
Q1 /Q2=n1/n2
H1 /H2=（n1/n2 ）2
P1 /P2 =（n1/n2 ）3
式中：Q為空壓機供氣流量；
H為管網(wǎng)壓力；
P為電機消耗功率；
n為空壓機轉速。
由上式可知，當電機轉速降至額定轉速的80%時(shí)，則空壓機供給管網(wǎng)流量降為80%，管網(wǎng)壓力降為（80%）平方，電機消耗功率則降為80%的立方，即節能為51.2%?？鄢姍C機械損耗和電機銅損、鐵損等，其節能效率在40%左右。因此，調速是節能的所在。
五、空壓機變頻改造及應用、選型方案
1、由于空壓機是大轉動(dòng)慣量負載，啟動(dòng)時(shí)，很容易引起變頻器出現過(guò)流保護動(dòng)作，因此，應選用無(wú)速度傳感器矢量變頻器，它能保證機組工作的連續性，又能保證設備穩定可靠的運行；
2、空壓機不允許長(cháng)時(shí)間在低頻下運行，由于轉速過(guò)低，其工作穩定性差，壓縮機缸體的潤滑變差，會(huì )加重機械磨損，一般情況下不低于20Hz為佳；
3、在固定機的廠(chǎng)礦應選用帶交流電抗器輸出的變頻器，以減少高次諧波所引起的干擾；
4、對一些用氣要求高的客戶(hù)采用恒壓供氣方式；
5、控制線(xiàn)不應超過(guò)30m為宜。
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