從技術(shù)上比較了單級(jí)噴油螺桿空氣壓縮機(jī)和永磁變頻螺桿空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行原理、狀態(tài)和特點(diǎn)，檢測(cè)了兩個(gè)系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)，證明永磁變頻螺桿空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)比單級(jí)噴油螺桿空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)具有明顯的節(jié)能效果。

能源短缺已成為制約經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的突出問(wèn)題和矛盾。節(jié)能和提高能源利用效率是解決能源問(wèn)題的有效途徑。在2007年修訂的《中-華人民共和國(guó)節(jié)能法》中，將節(jié)約資源確定為基本國(guó)家政策，國(guó)家明確實(shí)施節(jié)能發(fā)展戰(zhàn)略。

壓縮空氣是我國(guó)各行業(yè)氣動(dòng)設(shè)備和工藝設(shè)備的主要?jiǎng)恿υ础?jù)統(tǒng)計(jì)，空壓機(jī)耗電量約占工業(yè)設(shè)備耗電量的20%，空壓機(jī)節(jié)能改造勢(shì)在必行。

目前，空氣壓縮機(jī)節(jié)能改造更容易實(shí)施和有效的措施。

空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造，減少車間壓縮空氣泄漏。其中，采用單位能效較低的空氣壓縮機(jī)代替單位能耗較高的空氣壓縮機(jī)進(jìn)行空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造，可直接減少燃?xì)馄髽I(yè)的用電量。

隨著永磁同步電機(jī)技術(shù)的成熟，變頻器調(diào)速技術(shù)的廣泛應(yīng)用，空氣壓縮機(jī)兩級(jí)壓縮和中間冷卻技術(shù)的推廣，氣體企業(yè)工作壓力的合理設(shè)置，為空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能改造提供了完善的基本條件。因此，建議采用永磁變頻兩級(jí)壓縮技術(shù)進(jìn)行空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能改造。

▎單級(jí)噴油螺桿式空壓機(jī)運(yùn)行分析

1.運(yùn)行原理

普通螺桿式空氣壓縮機(jī)多為單級(jí)噴油螺桿式空氣壓縮機(jī)，由一對(duì)相互平行嚙合的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子在體內(nèi)進(jìn)行相對(duì)高速旋轉(zhuǎn)，使陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒槽與體之間形成V隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，一對(duì)形狀的齒間體積不斷發(fā)生周期性的體積變化，而空氣從吸入端沿轉(zhuǎn)子軸方向輸送到輸出端，從而實(shí)現(xiàn)螺桿空氣壓縮機(jī)的吸氣、壓縮和排氣的全過(guò)程。

噴油螺桿式空氣壓縮機(jī)的典型配置特點(diǎn)是：其電機(jī)為異步電機(jī)，控制異步電機(jī)的電氣控制部分由接觸器轉(zhuǎn)換Y-△控制方式。

單級(jí)噴油螺桿式空氣壓縮機(jī)的機(jī)頭為單級(jí)螺桿壓縮機(jī)，通過(guò)單級(jí)雙螺桿將常溫常壓空氣壓縮成用氣單位所需的壓力；給定壓力是變化范圍內(nèi)的壓力，是用戶輸入空氣壓縮機(jī)的需求指令；末了，單級(jí)噴油螺桿式空氣壓縮機(jī)為用戶提供的供氣壓力為波動(dòng)壓力。為了減少壓力波動(dòng)的范圍，用戶通常使用增加壓縮空氣管網(wǎng)上儲(chǔ)氣罐數(shù)量或增加儲(chǔ)氣罐容積的方法。

2.異步電機(jī)能耗分析

根據(jù)GB18613-2012年《中小型異步電機(jī)能效限值及能效等級(jí)》新版能效標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，提高了輸出功率下各級(jí)電機(jī)的效率和功率因素?？梢钥闯?，除額定功率附近的異步電機(jī)外，其效率和功率因素相對(duì)較低，而異步電機(jī)的無(wú)功功率較高。因此，作為恒扭矩負(fù)載的空氣壓縮機(jī)設(shè)備，只要在額定功率以外的區(qū)域運(yùn)行，就必須有節(jié)能空間。

根據(jù)工程熱力學(xué)理論，空氣壓縮機(jī)在壓縮過(guò)程中較節(jié)能，可以看出，面積為0-3-2T—1-0是定溫壓縮所需的功耗，面積0-3-2m—1-0是單級(jí)螺桿空壓機(jī)實(shí)際壓縮過(guò)程所需的功耗。

可看到，定溫壓縮所需要的功耗要小于單級(jí)壓縮所需要的功耗，因而從功率消耗的角度來(lái)看，定溫壓縮較為有利，它不但可減少消耗的功率，還可降低壓縮后氣體的溫度。定溫壓縮，要使氣體熱量隨時(shí)與外界交換，氣體溫度與外界相等，在實(shí)際工況中是不可能實(shí)現(xiàn)的，這只是制造廠家在產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)中努力的方向。為了降低壓縮后的氣體溫度和提高空壓機(jī)的效率，盡可能向定溫壓縮過(guò)程靠近，這使得空壓機(jī)的使用材料更加寬廣和經(jīng)濟(jì)，同時(shí)使得空壓機(jī)的運(yùn)行更加可靠，經(jīng)過(guò)測(cè)算，定溫壓縮比普通螺桿空壓機(jī)單級(jí)壓縮至少節(jié)省功耗15%以上。3. 加載/卸載模式分析

為了降低能耗，當(dāng)氣管網(wǎng)壓力上升到一定值時(shí)，空氣壓縮機(jī)的計(jì)算機(jī)控制器將停止壓縮機(jī)，然后當(dāng)氣管網(wǎng)壓力下降到一定值時(shí)，壓縮機(jī)將自動(dòng)重新啟動(dòng)。為避免頻繁啟動(dòng)對(duì)電機(jī)造成損壞，如果預(yù)期卸載時(shí)間較短，計(jì)算機(jī)控制器將使壓縮機(jī)卸載而不停止，并通過(guò)空載運(yùn)行。

當(dāng)空氣壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，空氣壓縮機(jī)的輸出壓力從加載壓力ps上升到卸載壓力ps Δp 階段，空壓機(jī)的功率也從P1上升到P1 ΔP，在這個(gè)階段，空氣壓縮機(jī)的輸出壓力和功率是線性的。一旦壓力達(dá)到ps Δp，如果空氣壓縮機(jī)管網(wǎng)的用氣量相對(duì)較大，空氣壓縮機(jī)不會(huì)停止，而是采用空載運(yùn)行的方式。

此時(shí)，空氣壓縮機(jī)的功率保持在恒定狀態(tài)P，3-3’、6—6’和9-9’）。一旦管網(wǎng)的壓力通過(guò)卸載壓力ps Δp 降至加載壓力ps再次開(kāi)始另一個(gè)循環(huán)的加載卸載工作。一般情況下，浮壓Δp≥ps×相應(yīng)地，浮動(dòng)功率為10%ΔP≥P1×10%?？梢钥闯?，單級(jí)噴油螺桿式空氣壓縮機(jī)在加載卸載運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行一個(gè)周期的功耗為0—P1—1—3—3’—t2-0周圍區(qū)域。如果采用恒壓供氣，空壓機(jī)的輸出壓力將始終保持在ps，空壓機(jī)的輸出功率將始終保持在P1.此時(shí)，單級(jí)噴油螺桿式空氣壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間為0—P1—2’—t2-0圍成的面積。按經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，0—P1—1—3—3’ —t2-0 圍成的面積將比0大—P2—2’ —t2-0包圍的面積超過(guò)5%。

事實(shí)上，單級(jí)噴油螺桿式空氣壓縮機(jī)不能在沒(méi)有外部變頻器的情況下實(shí)現(xiàn)恒壓供氣。從以上對(duì)單級(jí)噴油螺桿式空氣壓縮機(jī)運(yùn)行的分析可以看出，由于單級(jí)噴油螺桿式空氣壓縮機(jī)采用異步電機(jī)、單級(jí)壓縮和波動(dòng)壓力供氣，其運(yùn)行能耗大大提高。

在這種情況下，普通螺桿式空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能改造迫在眉睫。采用永磁變頻兩級(jí)壓縮技術(shù)的空氣壓縮機(jī)改造是一種可行的方法。