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永磁变频螺杆空压机系统节能效果分析

返回列表 来源: 发布日期: 2022.01.20

从技术上比较了单级喷油螺杆空气压缩机和永磁变频螺杆空气压缩机的运行原理、状态和特点,检测了两个系统的能耗数据,证明永磁变频螺杆空气压缩机系统比单级喷油螺杆空气压缩机系统具有明显的节能效果。


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能源短缺已成为制约经济和社会可持续发展的突出问题和矛盾。节能和提高能源利用效率是解决能源问题的有效途径。在2007年修订的《-华人民共和国节能法》中,将节约资源确定为基本国家政策,国家明确实施节能发展战略。

压缩空气是我国各行业气动设备和工艺设备的主要动力源。据统计,空压机耗电量约占工业设备耗电量的20%,空压机节能改造势在必行。

目前,空气压缩机节能改造更容易实施和有效的措施。

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空气压缩机系统节能改造,减少车间压缩空气泄漏。其中,采用单位能效较低的空气压缩机代替单位能耗较高的空气压缩机进行空气压缩机系统节能改造,可直接减少燃气企业的用电量。

随着永磁同步电机技术的成熟,变频器调速技术的广泛应用,空气压缩机两级压缩和中间冷却技术的推广,气体企业工作压力的合理设置,为空气压缩机系统的节能改造提供了完善的基本条件。因此,建议采用永磁变频两级压缩技术进行空气压缩机系统的节能改造。

▎单级喷油螺杆式空压机运行分析

1.运行原理

普通螺杆式空气压缩机多为单级喷油螺杆式空气压缩机,由一对相互平行啮合的阴阳转子在体内进行相对高速旋转,使阴阳转子齿槽与体之间形成V随着转子的旋转,一对形状的齿间体积不断发生周期性的体积变化,而空气从吸入端沿转子轴方向输送到输出端,从而实现螺杆空气压缩机的吸气、压缩和排气的全过程。

喷油螺杆式空气压缩机的典型配置特点是:其电机为异步电机,控制异步电机的电气控制部分由接触器转换Y-△控制方式。

单级喷油螺杆式空气压缩机的机头为单级螺杆压缩机,通过单级双螺杆将常温常压空气压缩成用气单位所需的压力;给定压力是变化范围内的压力,是用户输入空气压缩机的需求指令;末了,单级喷油螺杆式空气压缩机为用户提供的供气压力为波动压力。为了减少压力波动的范围,用户通常使用增加压缩空气管网上储气罐数量或增加储气罐容积的方法。

2.异步电机能耗分析

根据GB18613-2012年《中小型异步电机能效限值及能效等级》新版能效标准的实施,提高了输出功率下各级电机的效率和功率因素。可以看出,除额定功率附近的异步电机外,其效率和功率因素相对较低,而异步电机的无功功率较高。因此,作为恒扭矩负载的空气压缩机设备,只要在额定功率以外的区域运行,就必须有节能空间。

根据工程热力学理论,空气压缩机在压缩过程中较节能,可以看出,面积为0-3-2T—1-0是定温压缩所需的功耗,面积0-3-2m—1-0是单级螺杆空压机实际压缩过程所需的功耗。

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可看到,定温压缩所需要的功耗要小于单级压缩所需要的功耗,因而从功率消耗的角度来看,定温压缩较为有利,它不但可减少消耗的功率,还可降低压缩后气体的温度。定温压缩,要使气体热量随时与外界交换,气体温度与外界相等,在实际工况中是不可能实现的,这只是制造厂家在产品设计生产中努力的方向。为了降低压缩后的气体温度和提高空压机的效率,尽可能向定温压缩过程靠近,这使得空压机的使用材料更加宽广和经济,同时使得空压机的运行更加可靠,经过测算,定温压缩比普通螺杆空压机单级压缩至少节省功耗15%以上。3. 加载/卸载模式分析

为了降低能耗,当气管网压力上升到一定值时,空气压缩机的计算机控制器将停止压缩机,然后当气管网压力下降到一定值时,压缩机将自动重新启动。为避免频繁启动对电机造成损坏,如果预期卸载时间较短,计算机控制器将使压缩机卸载而不停止,并通过空载运行。

当空气压缩机运行时,空气压缩机的输出压力从加载压力ps上升到卸载压力ps Δp 阶段,空压机的功率也从P1上升到P1 ΔP,在这个阶段,空气压缩机的输出压力和功率是线性的。一旦压力达到ps Δp,如果空气压缩机管网的用气量相对较大,空气压缩机不会停止,而是采用空载运行的方式。

此时,空气压缩机的功率保持在恒定状态P,3-3’、6—6’和9-9’)。一旦管网的压力通过卸载压力ps Δp 降至加载压力ps再次开始另一个循环的加载卸载工作。一般情况下,浮压Δp≥ps×相应地,浮动功率为10%ΔP≥P1×10%。可以看出,单级喷油螺杆式空气压缩机在加载卸载运行状态下运行一个周期的功耗为0—P1—1—3—3’—t2-0周围区域。如果采用恒压供气,空压机的输出压力将始终保持在ps,空压机的输出功率将始终保持在P1.此时,单级喷油螺杆式空气压缩机运行时间为0—P1—2’—t2-0围成的面积。按经验计算,0—P1—1—3—3’ —t2-0 围成的面积将比0大—P2—2’ —t2-0包围的面积超过5%。

事实上,单级喷油螺杆式空气压缩机不能在没有外部变频器的情况下实现恒压供气。从以上对单级喷油螺杆式空气压缩机运行的分析可以看出,由于单级喷油螺杆式空气压缩机采用异步电机、单级压缩和波动压力供气,其运行能耗大大提高。

在这种情况下,普通螺杆式空气压缩机系统的节能改造迫在眉睫。采用永磁变频两级压缩技术的空气压缩机改造是一种可行的方法。

 

 

 

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