基于系统性能分析的压缩空气系统变频技术应用

基于系统性能分析的压缩空气系统变频技术应用上海理工大学秦宏波胡寿根上海市节能服务中心丁永青频技术在我国具有非常大的节能空间，但应该建立在对压缩空气系统性能进行全面测试的基础上进行。

i引言由于具有清晰透明无害无污染没有危险易输送等优点，压缩空气已经广泛应用于各个工业领域，甚至被称为第能源1.但是，压缩空气也是种很昂贵论，压缩机的采购费用只占全生命周期成本的左右，而能源费用则占到75左石121.根据美国能源部的2002年的全球调查结果，全球空压机平均负载率为79，而中国空压机平均负载率为66，低于全球空压机负载率平均值13个百分点，具有很大的节能空间。资料明通过节能改造，例如应用管网优化技术变频技术压力控制技术和中央控制技术等，很多压缩空气系统都能达到以上的节能效果。当然，每个压缩空气系统不同，适用的节能技术也不同，技术的应用要建立在对系统动态特点进行全面分析的基础上加以实施3，盲目实施不合适的节能技术很难达到预期的节能效果。

2螺杆式空压机控制方式及效率对比目前工业中应用*为广泛的压缩机主要有螺杆式压缩机往复式压缩机和离心式压缩机，其中螺杆式压缩机由于具有结构简单安全可靠及易于维护等优点在工业中应用*为广泛。鉴于此，本文重点对螺杆式空气压缩机的不同控制方式进行对比分析。

2.1加载卸载控制加载卸载控制是螺杆式压缩机的*早控制方案之，压力控制范围大约从0.070.3.压缩机将运行在全容量下，直到测定的系统压力达到压力开关进气阀，同时释放些或者全部润滑油分离器箱的压力。通过关闭进气阀，压缩机就可以空载运行。当系统压力降低到*低的压力设定点时，发出信号重新打开进气阀，同时压缩机再次在满载条件下运行。如果压缩空气系统具有正确压缩空气存储容量，这种控制可以充分的满足系统要求，系统中没有足够的储气容量，加载卸载控制会导致比预计更高的能耗，系统压力波动比较频繁，从而降低了设备的使用寿命加载卸载控制空压机负荷功率对比曲线1.

在多台空压机并联运行的时候，空压机的数目将会受到*大允许的系统压力波动范围的限制。由于每个加载空载机械在*大和*小压力设定点与*近的压缩机至少具有0.143的差压，按照这种方式进行分级，原来设计的在6.9和7.5bar之间运行的系统，在增加压缩机之后系统压力波动范围将进步增加，从而导致系统平均供气压力上升，空压机的运行功率也会随之增加。

2.2恒压调节控制方式加载空载控制的系统压力波动范围大约为73这种压力波动在大多数场合是不利的，因为空气设备的效率对于每个0.07bar的供气压力变化都会在l和1.4之间改变。在带有少量存储容量的应用场合，加载空载控制会产生频繁的压力波动和过大的进气阀磨损。恒压调节控制的空压机通过*低限度的阀门移动，来保证系统供气压力的稳定，从而解决了这两方面问关。系统压力上升时空压机进气阀关小，空压机流量降低，压缩比增加。调节压缩机部分载荷操运行需要的功率比较大，效率明显降低。在多空压机应用场合，调节压缩机运行受到作为加载空载压缩机机械数目的相同限制。多台空压机在相同时间低于满载运行虽然使系统压力非常稳定，但是使用效率非常低。恒压控制空压机负荷功率对比曲线2.

2.3变频控制变频控制空压机能够通过改变压缩机主机的速度来将压缩空气的供气与用气相匹配。通过用气压力的微小变化并保持进气口压力恒定，在设计和匹配合理时这种控制类型非常有效。由于变速驱动过程存在些内在损耗，因此在选用变速驱动压缩机时必须特别注意。变速驱动控制模式在负荷变化比较大且很少处于满载状态的单个压缩机应用场合工作效果*佳，在多级压缩机应用场合，变速控制压缩机应当只作为调节压缩机使用。这种控制类型在部分负载时效率*高，但是当空压机处于连续满负荷运行时，驱动装置的内部损耗使该控制模式的能效反而降低。变频控制空压机负荷功率对比曲线3.

产生所预期的能源节约效果。螺杆式压缩机在特定的速度范围运行效率非常高。旋转压缩机主机过快或过慢会损害压缩机的效率。如果现有压缩机在靠近效率曲线的边缘运行，那么实际上降低压缩机速度可能需要更多的动力而不是更少。

3系统测试分析压缩空气系统流量和压力动态变化非常快，在许多系统中，成百上千的空气负荷随机运行，经常会导致压缩空气系统供气侧和需求侧之间的不平衡。另外，变频控制压缩机有定的控制范围，只有系统地流量波动在其控制范围内，变频控制才能更好地起到节能和稳定系统供气压力的作用。了解系统负荷波动范围的*佳方法就是应用专业的压缩空气系统测试记录仪对系统进行全面的测试分析，同时记录系统空压机功率和系统各点的压力等参数，分析系统负荷在个完整周期内的负荷变化过程。在此基础上才能提出可靠的变频控制方案，系统流量测试4.

变，器世界2006年4月系统应用4变频控制案例4.1系统运行概况上海某厂压缩空气系统由5台英格索兰螺杆式空气压缩机，分为两个系统独立运行。

系统1由2台英格索兰200空压机组成，每台机组额定产气量2系统配有冷冻式和吸附式干燥机和1个313十储气罐。系统运行方式为开备，恒压控制方式运行，主要供应滤棒车间生产用气。

系统2由3台英格索兰空压机组成，2台代100和l台EP100S，机组额定产气量分别为。9m3min和10，系统配有冷冻式干燥机和干湿储气罐各个，容量分别为1.5和1系统运行方式为开两备，加卸载控制方式运行，主要供应纸板箱车间和包装车间生产用气。

4.2系统测试分析系统1据测试结果，该系统总管输出压力波动范围为0.63超出恒压控制方式的正常压力波动范围，由于系统配置原因，该压缩机0前无法置于加卸载控制方式运行。另外，该空压机的输出流量范围在060之间波动，平均流量约为9.5系统2据测试结果，该系统总管压力波动范围为0.仆3压缩机输出流量在0100之间波动，平均流量约为3.7出3爪。

4.3系统优化及效果在系统测试分析基础上采取了如下改造方案优化系统管路系统对两个独立的管路系统进行并网运行，根据系统流量测试结果，在正常生产时，台20，的空压机就能满足其峰值负荷需求；安装高效变频控制系统对200空压机进行拖变频控制，不但减少可开机台数，而且提高了台空压机运行时的效率。

5结束语压缩空气系统的动态特性各不相同，压缩空气系统全面诊断是对压缩空气系统节能空间正确评价的基础，压缩空气系统节能措施要根据系统的具体情况进行制定，并不是每项节能措施在任何系统中都适用，制定系统优化方案不仅要考虑目前系统的高效率，还要考虑到以后系统发展了，系统效率还是高效的。

秦宏波1977男博士研究生主要研究方向为压缩空气系统性能测试技术及优化潜力分析。

张选正男电气自动化高级工程师长期从事变频器工程应用项目，现于上海佳凌电气有限公同任技术支持。