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1、MM公司节能改造方案(一)结论：改造55kwl台、IlokW2台，节能率：27.9%,投资万，回收周期一月一、改造前的设备状况MM公司有2个空压机房要改造，全部是螺杆机，共4+3=7台空压机，总功率(22+37+55+132)+(110*3)=576kw加卸载状况：132kw加载时间36秒，卸载50秒，加载率42%。IlokW加载65秒，卸载55秒，加载率54%。用气压力需求：喷涂需求为67Bar,生产车间需求6.87.8Bar;原系统存在以下问题：主电机虽然采用Y减压启动，但启动电流仍很大，会影响电网的稳定；空压机时常空载运行，属非经济运行，电能浪费严重；工频运行时噪声很大；工频启动对设备的
2、冲击较大，各部件如电磁阀的动作频率高，设备维护费用相对高。二、变频改造的优势1 .节能变频控制系统可以比较准确地根据用气系统的需求来控制空压机的输出，达到节约能源的目的：变频器的软启动功能，使空压机的启动电流2倍额定电流，而使用工频高达8倍；空压机加载时，因供气量的变化而改变电机转速；当用气量极小时，空压机卸载或休眠，空压机在空载状态时电机能耗也大大降低；V&T变频启动迅速，可以快速脱离休眠进入加载状态，保证供气压力高于最低值。2 .降低维护成本采用变频控制系统，空压机的软启动减少了对部分电气部件和机械部件的冲击。正常运转时，转速大部分时间低于额定转速，降低了各类相关电磁阀和气动元件的工作频率
3、，延长了零部件的使用寿命，减少了空压机的维护费用。3 .降低噪声当排气量减少时，电机运转速度减慢,空压机发出的噪声比全速运行时的噪声大大减少,改善了操作工的工作环境，有利于环保与保护员工健康。4.输出压力稳定，用气量缓慢变化时可保持输出压力上下波动0.01MPa。三、改造指标1、压力稳定：正常供气，气罐出口压力波动0.05MPa；2、控制方式：具备变频、工频两套控制方案，可切换；3、可靠性：任何1台设备损坏后，都能保证短期恢复供气能力；4、可维护性：主机损坏后，备用机可以投入使用。主机修好后可在线切换替代备用机;5、启动能力：启动电流2倍额定电流，休眠后再启动时间短，补气迅速，保证最低工作压力
4、；6、可在线改造：改造中不影响现有生产用气正常供应，不知不觉中改造完毕；7、总节电率不低于20%；8、噪音：低于改造前。采用V5-H变频器+专用控制器可以实现以上要求，原空压机控制器在变频改造后的不再使用。需要在压缩空气总管路上安装一只压力变送器，输出420mA信号反馈至控制器,与压力设定值进行比较，经PID运算输出控制信号给变频器，调节电机的转速及空压机的加卸载，维持压力，以达到恒压供气的目的。四、改造方案从现场数据、空压机配备，改造施工以及日后不间断供气维护各方面因素。可以采取以下变频改造方案，分2个阶段：第一阶段：喷涂空压机房：只对55kw空压机进行变频改造，55kw作为主控机器，55k
5、w作为主机一直开机，功率在055kw可调节，同时可以调度22kw,37kw,甚至132kw。采用此方案，用气需求在0l14kw内得到自动调节。55kw变频改造空压机支持工频方式，提高抗风险能力。如果55kw、22kw、37kw故障或要维修，可启动132kw,满足供气需要，如果用气超过132kw供气能力，启动22kw,37kw,55kw中任何可用机器,从最小功率的启动。如果将22kw或37kw设为主机，单凭22kw,37kw供气能力不足，55kw和132kw开启后有会供气过剩，将导致55kw或132kw频繁加卸载，回到工频控制老状态，起不到很好的变频节能效果。顶楼空压机房：任意改造2台IlOkW
6、空压机，第3台IlOkW不改造，做备份用。改造的2台空压机，均可作为主机使用，在平均生产能力以下时，可以只开一台机器。每台可独立供给足够压力。生产旺季可以开启2台，进行功率自动分配，在用气量突变且较频繁的情况下可以快速反应。两台空压机变频化，可保证供气最优。如果采用只改造1台IIOkW空压机为变频控制，担心当需要功率在110130kw区间时，即工频全速，变频最低速或休眠,如果变频空压机总是处于休眠临界状态,在用气突然减小后会造成达到压力上限,工频空压机卸载，低于下限，工频空压机再启动，将导致供气波动。所以最好是工频全速或工频停机+变频在一个合理的功率段范围内自动调节，这样控制最优，供气最稳定，
7、节能最大。喷涂机房，因为有2台小功率的可以充分调配，因此不存在该问题。输气管网改造的2台空压机支持工频方式，提高抗风险能力，在故障发生时，可以切回工频，保证和改造前功能相同。第二阶段（可选）：输气菅网喷涂空压机房：将I32kw备用机改为变频控制，这样不用开起3台小机器，只用1台即可。可以做到轮流工作，而不是让备机一直处于备用，工作机一直工作的状态。顶楼空压机房：无需第二阶段改造。输气管掰第1阶段第2阶段五、回收周期分析总投入：元投资回收周期：月每度电0.8元时年节约电费：13.5万元总节能率：27.9%年总节能：16.92万度电估算改造前总耗电：60.66万度/年。节能率估算：喷涂空压机房：节
8、能率估算：30.8%加卸载状况：132kw,加载率42%。加载功率：IlOkW(假设值，该值越大节能率越高)卸载功率：40kw(假设值，该值越大节能率越高)空压机卸载过程其实是能量损耗的过程。可节约的电力基本集中在这一块，而是使用变频后可节省该部分90%的能量，则节能率为：30.8%(40(l-42%)90%(I2O42%30(l-42%)X100%=30.8%变频改造后平均加载功率估算为：50kw(I2O42%(40(l-42%)1O%)(100%)=52.7kw顶楼空压机房：节能率估算：19.2%加卸载状况：IlOkw,加载率54%。加载功率：l0kw(估计值，该值越大，节能率越高)卸载功
9、率：35kw(估计值，该值越大，节能率越高，但超过60%额定时设备该维护)空压机卸载过程其实是能量损耗的过程。可节约的电力基本集中在这一块，而是使用变频后可节省该部分90%的能量，则节能率为：19.2%(35(-54%)90%(11054%+35(l-54%)100%=19.2%估算变频改造后平均加载功率为：61kw(11054%+(35(1-54%)IO%)(100%)=61kw总节能：169198度/年，改造前年总耗电量：606604度/年，所以综合节电率：27.9%以每度电08元计算，年节约电费：169198X0.8=135358元以下是计算分析：按4000小时/年工作时间，分配到各机房
10、为：喷涂空压机房：52.7(I-30.8%)400030.8%=93824度顶楼空压机房：61(1-19.2%)X4000X19.2%130%=75374度130%的来历：因为该机房有时需要台机器同时开起，假设同时开起时间占总时间的30%,则同时开起2台时，可增加单台节电的30%估算未改造前年总功率：52.7(l-30.8%)61(119.2%)4000=606604度六、电气控制框图附螺杆空压机变频节能改造原理与应用对空压机进行变频改造具有改善电机的启动和运行方式、减少设备的机械磨损、在一定范围内节约电能等效果。螺杆式空压机广泛地用于工业生产中，在其控制中采用加载-卸载阀来控制空压机的供气。
11、由于用气设备的工作周期或是生产工艺的差别，使得用气量发生波动，有时会造成空压机频繁加载、卸载。空压机卸载后电机仍然工频运转，不仅浪费电能而且增加设备的机械磨损；空压机加载过程是突然加载，也会对设备和电网造成较大的冲击。因此对空压机进行变频改造具有改善电机的启动和运行方式、减少设备的机械磨损、在一定范围内节约电能等效果。一、螺杆式空压机的工作原理以单螺杆空压机为例说明空气压缩机工作原理，如图1所示为单螺杆空气压缩机的结构原理图。螺杆式空气压缩机的工作过程分为吸气、密封及输送、压缩、排气四个过程。当螺杆在壳体内转动时，螺杆与壳体的齿沟相互啮合，空气由进气口吸入，同时也吸入机油，由于齿沟啮合面转动将
12、吸入的油气密封并向排气口输送；在输送过程中齿沟啮合间隙逐渐变小，油气受到压缩；当齿沟啮合面旋转至壳体排气口时，较高压力的油气混合气体排出机体。图-单螺杼空压机结构原珊图二、压缩气供气系统组成及空压机控制原理1、压缩气供气系统组成工厂空气压缩气供气系统一般由空气压缩机、冷干机、过滤器、储气罐、管路、阀门和用气设备组成。如图2所示为压缩气供气系统组成示意图。2、空气压缩机的控制原理在工厂的空气压缩机控制系统中，普遍采用后端管道上安装的压力继电器来控制空气压缩机的运行。空压机启动时，加载阀处于不工作态，加载气缸不动作，空压机头进气口关闭,电机空载启动。当空气压缩机启动运行后，如果后端设备用气量较大，
13、储气罐和后端管路中压缩气压力未达到压力上限值，则控制器动作加载阀，打开进气口，电机负载运行，不断地向后端管路产生压缩气。如果后端用气设备停止用气，后端管路和储气罐中压缩气压力渐渐升高，当达到压力上限设定值时，压力控制器发出卸载信号，加载阀停止工作，进气口关闭,电机空载运行。图3为某品牌空气压缩机的系统原理图。图2压缩气M气系筑细标篇图图3某品疑空询6机系统原耳图三、螺杆式空气压缩机变频改造空压机工频运行和变频运行的比较：空压机电机功率一般较大，启动方式多采用空载（卸载）星-三角启动，加载和卸载方式都为瞬时。这使得空压机在启动时会有较大的启动电流，加载和卸载时对设备机械冲击较大；不光引起电源电压
14、波动，也会使压缩气源产生较大的波动；同时这种运行方式还会加速设备的磨损，降低设备的使用年限。对空压机进行变频改造，能够使电机实现软起软停，减小启动冲击，延长设备使用年限;同时由于电机运行频率可变，实现了空压机根据用气量的大小自动调节电机转速，减少了电机频繁的加载和卸载，使得供气系统气压维持恒定，在一定程度上节约了电能。空压机主电路和控制电路的变频改造：以某品牌空压机为例，图4是其电路原理图。可以看出该品牌型号的空压机采用星-三角启动方式，在主电路改造时，将变频器串接进原有的电源进线中；断开原加载阀控制回路,将原加载阀控制输出改为一个时间继电器JS,时间继电器的线圈一端与220V控制电路零线接通
15、，另一端连接到P1.C的加载输出点，将加载阀的一端直接和220V控制电路零线接通,另一端通过时间继电器JS的一对常开触点与220V控制电路火线接通，通过时间继电器延长加载时间。变频器的正转信号端子FWD,通过电机主电路上的交流接触器KMl的一对常开触点，与变频器公共控制端CM接通。变频器的模拟量反馈信号CI和GND端子，与压缩气输送管路上的压力传感器相连接。图5是变频改造后的电路原理图。空压机变频改造后，电机启动时原有的交流接触器仍然由其控制P1.C按星-三角方式动作，但在交流接触器连接为星型时，交流接触器KMl的常开触点没有闭合，变频器FWD端子与CM端子没有接通，变频器不启动、无输出；当P
16、1.C控制交流接触器转换为三角形接法后，KMl的常开触点闭合，变频器FWD端子与CM端子接通，时间继电器JS处于延时状态，加载阀不动作，变频器开始空载变频启动电机。当变频器启动电机完成后，时间继电器JS动作加载阀，变频器自动变频运行。四、螺杆式空气压缩机变频改造注意事项在进行变频改造时应该注意，尽量保持原有设备主电路和控制电路的完整性，对其电路的改动越少越好；这有利于在变频器发生故障或是检修时，空压机可以很方便地改动回到原有的控制方式上去，这保证了空压机在变频和工频状态下都可以运行，也使得改造时可以不用重新编写P1.C程序。必须保留空压机的工频运行模式，万一变频器出出故障，可以直接切换到工频模
17、式下运行，不至对对生产造成影响。变频器的启动信号由角形接法交流接触器KMl控制,既在星形时变频器不启动无输出。时间继电器JS的整定时间要大于等于变频器的启动时间，这保证变频器空载变频启动，有效避免变频器低频启动时过负荷跳闸。变频器的下限运行频率一般要设在35赫兹或以上，如果赫兹数太低，可能会造成油气分离器无法有效分离油气，造成空压机漏油现象。但要根据实际情况具体来考虑设定下限频率值，因为不同的空压机其机械配合磨损和效率不尽相同，其不漏油的下限频率也不一定相同。管路上的压力传感器的安装位置要尽量靠近空压机，不要安装在过滤器或是阀门以后，同时切记压力传感器和空压机之间的管路上不能安装任何阀门元件，
18、防止过滤器堵塞或是阀门关闭后，空压机不停机并发生爆炸危险。还应该保留空压机原来的压力停机保护开关。使用变频器下限频率延时停机休眠功能。按生产工艺要求，变频改造后，适当降低压缩气供气系统的供气压力，将原来的高压变流量供气改变为变频恒压变流量供气方式。五、螺杆式空气压缩机变频改造节能分析如以下公式所示拉力F与摩擦力F，大小相等、方向相反，拉力F在时间T内拉动物体做直线运动，移动位移S。拉力F在时间T内作的功率P为由数学知识可知线速度V和旋转角速度之间的关系如式2所示,式中f为旋转体的旋转频率。V=r=2便为将式2代入式1可以求得旋转物体摩擦阻力功率如式3所示P=F,v=F,r=F,2fr值。由式3
19、可以知道,克服旋转体的摩擦阻力使旋转体匀速转动,需要向旋转体提供的功率按式3公式计算（忽略机械效率损失，认为n为1）。式3中F为旋转体的旋转摩擦阻力，r为旋转体的旋转半径，f为旋转体的旋转频率。所以我们可以在忽略空气压缩机机械效率损失，同时忽略空压机机械效率因为电机转速变化而变化的情况下，即始终认为空压机机械效率n为I,可以近似地认为变频器的输出功率与空压机电机的转速成正比，即成一次方正比例关系。如图7所示是螺杆式空压机工频运行时的转速/功率-周期示意图。tl是空压机加栽运行时间，t2是空压机卸栽运行时间，加栽/卸栽时的转速和功率分别为Pl/nl和P2n2.忽略空压机机械效率n的变化，Wl和W
20、2分别为空压机加栽运行时间tl和卸栽运行时间t2中由电源输送给空压机电机的能量。其中Wl转换为压缩空气势能、动能和热能等形式的能量，供设备使用。而W2则转换为机械的摩擦热能和声音、震动等形式的能量损失掉。所以螺杆式空压机经过变频改造后，由于电机处于变速运行情况下，而通过式3的推导知道电机的平均功率与电机的平均转速成一次方正比例关系。空压机变频改造后，是根据用气系统的用气量恒压变流供气；所以变频改造后，空压机在周期T(tl+t2)内所作的功W,等于同等工况下，空压机工频运行时，加载运行时间H内所作的功W1。如图8所示。通过以上分析，可知只要知道螺杆式空压机工频改造前卸载运行时间和卸载电流，就可以大致计算出，相同工况下变频改造后的节能功率和节能电量(忽略机械效率n的变化)。
