1 概況

在全球金融危機的影響下，中國將可能面臨一到兩年的蕭條時期。異常激烈的市場競爭已滲透到各行各業(yè)的每個角落中。面對危機形勢，生產(chǎn)型企業(yè)怎樣才能有效地提高生產(chǎn)效率、工藝，在達到節(jié)能降耗從而降低生產(chǎn)成本的同時，保住產(chǎn)品優(yōu)勢已成為各廠家發(fā)展中的首要問題。我們要積極應對市場變化，加快技術(shù)改造、降本增效。全國范圍內(nèi)的節(jié)約能源已成為一個刻不容緩的問題，這也是關(guān)系到我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一個重要因素。據(jù)不完全統(tǒng)計我國電能的60%是被各行各業(yè)中廣泛使用的風機、水泵等通用設(shè)備所消耗，而螺桿壓縮機則占了60%中的20%左右，足見其年消耗能量有多大。

2 螺桿壓縮機的節(jié)能潛能

由于螺桿壓縮機是結(jié)構(gòu)復雜的通用設(shè)備，運轉(zhuǎn)時間長，配備電機功率較大，因而降低螺桿壓縮機的功耗，提高螺桿壓縮機的運行效率，對節(jié)能具有一定意義。盡管我們加強日常運行管理，減少泄漏、合理潤滑、定期維護和預知維修等，但是其蘊藏的節(jié)能潛力仍遠未被挖掘出來。

通常使用的螺桿式壓縮機的工作原理是，螺桿在氣缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運行，周期性地改變缸內(nèi)的體積，從而使氣缸內(nèi)氣體體積發(fā)生變化，并與氣缸內(nèi)氣閥作相應的開閉動作配合，通過吸氣、壓縮、排氣等動作，將無壓或低壓氣體升壓，并輸出到儲壓罐內(nèi)。

2.1 輸入電流(功率)與排氣壓力分析

螺桿壓縮機的驅(qū)動軸上所需要的軸功率，與排氣壓力、螺桿壓縮機轉(zhuǎn)速有直接的關(guān)系，也就是說，在實際運行中，由于壓縮空氣的使用隨時在變化，螺桿壓縮機并不經(jīng)常在額定工況下運行，而螺桿壓縮機排氣壓力的高低則直接影響到實際軸功率的大小。排氣壓力越高，所需軸功率也越大。試驗證明滿負載時，螺桿壓縮機的輸入電流(功率)與排氣壓力的關(guān)系符合圖1 曲線與關(guān)系式(1)。

2.2 傳統(tǒng)運行模式弊端

為滿足用氣量隨時變化的要求，儲氣罐內(nèi)氣體必須保持一定的壓力，某冷飲廠生產(chǎn)線運行壓力為0.65~0.80 MPa，目前大多數(shù)螺桿壓縮機均采用切斷進氣的調(diào)節(jié)方式來改變排至儲氣罐的氣量。對于螺桿壓縮機氣量的供求關(guān)系表現(xiàn)為排氣壓力的變化，螺桿壓縮機排氣量正好滿足生產(chǎn)用氣量要求時，儲氣壓力保持不變，若能維持這種狀態(tài)當然最佳，但實際上用氣量是隨時變化的，而且設(shè)計冗余量較大，所以螺桿壓縮機排氣量都要大于用氣量。如果螺桿壓縮機仍恒速運轉(zhuǎn)，則儲氣罐內(nèi)的氣體越積越多，當罐內(nèi)壓力上升達到設(shè)定壓力時，一般采用兩種辦法：一種是螺桿壓縮機卸荷運行，不產(chǎn)生壓縮氣體，電動機處于空載運轉(zhuǎn)，其用電量為滿負載的30豫耀60%，這部分電能被白白浪廢掉。另外一種辦法是停止螺桿壓縮機運行，這樣似乎螺桿壓縮機空轉(zhuǎn)或不斷放空所浪費的電能被消除了，但是若無體積較大的儲氣罐，將會帶來電動機的頻繁啟動，螺桿壓縮機的空載啟動電流大約是額定電流的5耀7 倍，對電網(wǎng)及其它用電設(shè)備沖擊較大，同時也會使螺桿壓縮機的使用壽命縮短。

2.3 變頻運行的優(yōu)勢

由于螺桿壓縮機可以在保證生產(chǎn)所需要的最低壓力下運行，這樣會使電機輸入功率大大下降。

如圖2 所示，輔以壓力閉環(huán)控制，就可實現(xiàn)螺桿壓縮機的供氣壓力—轉(zhuǎn)速的動態(tài)匹配，從而減少電機的實際輸入功率，達到節(jié)能目的。也即電機的轉(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)能的另一方面是螺桿壓縮機停止了空轉(zhuǎn)，所以電機不存在輕載運行，這部分能量也很可觀。

相應帶來的其它好處是：供氣壓力穩(wěn)定。通過壓力調(diào)節(jié)器，可使螺桿壓縮機保持在設(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。螺桿壓縮機排氣量由螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)速來控制，氣缸內(nèi)氣閥片不再反復地開啟和關(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，使維修工作量減少。

3 實例

以下為某冷飲廠生產(chǎn)線上的螺桿壓縮機的變頻運行狀況。

3.1 螺桿壓縮機變頻節(jié)能實際分析

冷飲廠的每日供氣量隨季節(jié)的變化而不同，一日中每時的供氣量也隨時間晝夜而有別，冷飲廠的供氣量始終處于動態(tài)的變化之中，冷飲生產(chǎn)線的運行數(shù)量也在不斷地改變。該冷飲廠生產(chǎn)線總數(shù)為6，進氣閘板、排氣閘板與出氣蝶閥都采用氣動控制，以源臺螺桿壓縮機(兩用兩備)組成的空壓站供給氣源。生產(chǎn)線空壓站變頻調(diào)速匹配圖如圖3所示。以下是節(jié)能效果的實際測算，其中螺桿壓縮機配用電機參數(shù)分別為Pe=11 kW，Ie=22.3 A，Ue=380 V。

1)只運行—條或兩條冷飲生產(chǎn)線只開啟一臺螺桿壓縮機，卸荷時運行電流為11 A，電壓為400 V，功率因數(shù)約為0.85，消耗有功功率為P越3伊400伊11伊0.85越6 477.68 W越6.4 777 kW。

載荷-卸荷時間比為8:6，那么一年一臺螺桿壓縮機卸荷運行所需電能為：W越P伊24伊365伊6衣14越24 319.06 kW·h

2)3 條冷飲生產(chǎn)線全部投運只開啟一臺螺桿壓縮機，這時螺桿壓縮機不再有卸荷運行，儲氣罐壓力為0.65 MPa，輸入電流為20 A，沒有做無用功。

3)6條冷飲生產(chǎn)線全部運行必須將兩臺螺桿壓縮機全部投入運行，這種狀況下的運行情況與2)類似。

3.2 螺桿壓縮機變頻調(diào)速的實現(xiàn)方案

根據(jù)現(xiàn)場情況，目前控制生產(chǎn)線氣動閥共有4臺(兩用兩備)螺桿壓縮機，型號相同。選用1臺歐姆龍變頻器輪換去驅(qū)動兩臺螺桿壓縮機，這樣兩臺螺桿壓縮機在運行時，一臺調(diào)速運行一臺定速運行;再輔以適當?shù)目刂乒δ埽纯蓪崿F(xiàn)整個空壓站的恒壓自動控制。該系統(tǒng)可以根據(jù)儲氣罐壓力的變化，自動調(diào)節(jié)螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)速和螺桿壓縮機的運轉(zhuǎn)臺數(shù)。

該系統(tǒng)自動化程度高，運行方式合理，不到一年時間就能收回投資。當然，螺桿壓縮機采用了變頻調(diào)速后，應該注意對螺桿壓縮機正常運行有無影響，首先是潤滑問題，其實螺桿壓縮機轉(zhuǎn)速越低，吸、排氣壓力差越小，潤滑油耗量也就越小，即所謂“低轉(zhuǎn)速，低潤滑”。

3.3 變頻器性能要求

1)由于螺桿壓縮機同時具備了變轉(zhuǎn)矩負載和恒轉(zhuǎn)矩負載的特性。所以我們選用了德國原裝的毆姆龍系列變頻器，它的過載特性最高可達電機額定電流的200%，IGBT 的極限電流為額定電流的6倍。全面的電機保護功能保證螺桿壓縮機的長期無故障運行。且由于其唯一的出廠24個月保質(zhì)期，最大限度地保護了用戶利益。

2)變頻器采用多種控制模式，包括磁場定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等，可以保證變頻器足夠的轉(zhuǎn)矩輸出。

3)變頻器內(nèi)置PID 功能，可以直接輸入壓力信號便于壓力閉環(huán)控制。

4)變頻器可以在-20益耀65益的環(huán)境溫度中無障礙運行(一般螺桿壓縮機安裝場合溫度較高);甚至可以在海拔4 000 m 的高原地區(qū)正常使用;可在320 V到528 V之間，寬電壓運行。

4 結(jié)語

變頻器在各行各業(yè)中，特別是在節(jié)能降耗方面已逐漸得到廣泛的應用，以上案例僅為拋磚引玉。這次全球金融危機不同以往，其影響深度、廣度和持續(xù)時間難以預料，對此我們企業(yè)一定要練好內(nèi)功，精細管理，作好節(jié)能降耗工作。