上海田策空气压缩机节能方案
一、 引言
空气压缩机在工业生产中有着广泛的应用。空气压缩机的种类有很多，有活塞式空气压缩机、螺杆式空气压缩机、离心式空气压缩机，但其供气控制方式几乎都是采用加、卸载控制方式。该供气控制方式虽然原理简单、操作简便，但存在能耗高，进气阀易损坏、供气压力不稳定等诸多问题。随着社会的发展和进步，高效低耗的技术已愈来愈受到人们 的关注。在空气压缩机供气领域能否应用变频调速技术，节省电能同时改善空气压缩机性能，提高供气品质就成为我们关心的一个话题。
二、空气压缩机工作原理
目前空气压缩机上都采用两点式控制（上、下限控制）或启停式控制（小型空气压缩机），也就是当压缩气体气缸内压力达到设定值上限时，空气压缩机通过本身气压或油压关闭进气阀，小型空气压缩机则停机。当压力下降到设定值下限时，空气压缩机打开进气阀，小型空气压缩机则又启动。传统的控制方式容易对电网造成冲击，对空气压缩机本身 也有一定的损害，当用气量频繁波动时，尤其明显。
正常工作情况下，空气被压缩到储气罐。空气压缩机各点的检测（包括压缩空气温度、压力，镙杆温度、冷却水压力、温度和油压、油温等等）和整体控制由主控制单板机控制。当空气压缩机出口压力达到设定值上限时，通过油压分路阀关闭进气口，同时打开内循环管路，作自循环运行。此时用气单位继续用气。当压力下降到设定值下 限时，油压分路阀关闭循环管路，打开空气进口，空气又由过滤器经压缩到储气罐中。在静态，原起动方式（Y-△），及加载、卸载时对电网供配电设备及镙杆都 会造成极大的冲击。尤其是能源的严重浪费。主电机转速下降，轴功率将下降很多。节能潜力相当大。)
三、加、卸载供气控制方式存在的问题
1、耗能分析
我们知道，加、载控制方式使得压缩气体的压力在Pmin～Pmax之间来回变化。Pmin是最低压力值，即能够保证用户正常工作的最低压力。一般情况下， Pmin、Pmax之间关系可以用下式来表示：CPmax=（1+δ）Pmin 是一个百分数，其数值大致在10%～25%之间。 而若采用变频调速技术可连续调节供气量的话，则可将管网压力始终维持在能满足供气压力上，即Pmin附近。
由此可知，在加、卸载供气控制方式下的空气压缩机较之变频系统控制下的空气压缩机，所浪费的能量主要在2个部分：
（1）压缩空气压力超过Pmin所消耗的能量
在压力达到Pmin后，原控制方式决定其压力会继续上升（直到Pmax）。这一过程同样是一个耗能过程。
（2）卸载时调节方法不合理所消耗的能量
通常情况下，当压力达到Pmax时，空气压缩机通过如下方法来降压卸载：关闭进气阀使电机处于空转状态，同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。
2、其它不足之处
（1）靠机械方式调节进气阀，使供气量无法连续调节，当用气量不断变化时，供气压力不可避免地产生较大幅度的波动。用气精度达不到工艺要求。再加上频繁调节进气阀，会加速进气阀的磨损，增加维修量和维修成本。
（2）频繁采用打开和关闭放气阀，放气阀的耐用性得不到保障。
四、空气压缩机系统节能原理
采用变频器控制空气压缩机的转速以达到节能是一种较为科学的控制方法。根据空气压缩机运行特性知：
Q1 / Q2 = n1 / n2
H1 / H2 =（ n1 / n2）2
P1 / P2 =（ n1 / n2）3
式中 Q———空气压缩机供给管网风量；
H———管网压力；
P———电机消耗功率；
n———空气压缩机转速。
由上式可知，当电机转速降至额定转速的80%，则空气压缩机供给管网风量降为80%，管网压力降为（80%）2，电机消耗功率则降为（80%）3，即51.2%，去除电机机械损耗和电机铜、铁损耗等影响，节能效率也接近40%，这就是调速节能的原理所在。
五、恒压供气控制方案的设计
针对原有供气控制方式存在的诸多问题，经过上述分析，应用变频调速技术进行恒压供气。通过压力变送器采集实际压力P送给PID智能调速器，与压力设定值P0作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送变频调速器VVVF，通过变频器控制电机的工作频率与转速，从而使实际压力 P始终接近设定压力P0。本系统采用压力闭环调节方式，在原来的压力储气罐上加装一个压力传感器，将压力信号转换成4-20mA的电信号，送到变频器内部 的PID调节器，调节器将信号与压力设定值进行比较运算后输出控制信号，变频器根据该信号输出频率，改变电动机的转速，调节供气压力，保持压力的恒定，使空气压缩机始终处于节电运行状态.
同时，该方案可增加工频与变频切换功能，并保留原有的控制和保护系统，另外，采用该方案后，空气压缩机电机从静止到旋转工作可由变频器来启动，实现了软启动，避免了启动冲击电流和启动给空气压缩机带来的机械冲击。
六、投资与回报：
1、以一台65KW、380V空气压缩机为例：
每天工作24小时，全年运行320天，电费为0.6元/度，电机工作效率80%，节电效果按20%计算：
投资费用： 元/台
年节省电费=65KW×24小时/天×320天/年×0.6元/度×80%电机工作效率×20%节电效果=47923.2元。
回收期= ÷47923.2= 年。
2、以一台55KW、380V空气压缩机为例：
每天工作24小时，全年运行320天，电费为0.6元/度，电机工作效率80%，节电效果按20%计算：
投资费用： 元/台
年节省电费=55KW×24小时/天×320天/年×0.6元/度×80%电机工作效率×20%节电效果=40550.4元。
回收期= ÷40550.4= 年
