基于系统性能分析的压缩空气系统变频技术研究和应用
秦宏波1，2， 胡寿根1
（1上海理工大学动力工程学院，上海200093；2上海市节能服务中o，上海200040）
摘要：在别我国压缩空气系统能耗和能效现状以及工业中广泛应用的螺杆式空气IⅡ三缩机控制方式和能效特点进行阐述的基础E，列变速驱动的控制原理和对系统能效的影响进行了分析，最后通过实际案例证明变频技术对于提高工业螺杆式空气压缩机系统的能效具有重要意义：
关键词：空气压缩机；变频技术：能效
中图分类号：TH45文献标识码：A文章编号. 1673-6540( 2009) 11-0057-04
0 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，甚至被称为第四能源。空气压缩机约占我国全国用电量的百分之9. 4。但是，匪缩空气也是一种很昂贵的能源，运行成本很高，根据全生命周期分析理论，空气压缩机的采购成本只占全生命周期成本的百分之l0左右，而能源成本则占到百分之75左右【1】。根据美国能源部2002年的全球调查结果，全球空气压缩机的．平均负载率百分之79，而中国空气压缩机平均负载率为百分之66，比全球空气压缩机负载率平均值低百分之13，其运行能效与发达国家相比还具有很大的差距。近年来，随着全球能源形势的日益严峻，人们对如何提高用能系统的能源转换效率的关注度逐渐增加，对压缩空气系统的能效问题也进行了一些研究。但目前很多研究人员对如何提高空气压缩机满负荷能效研究很多，但对于空气压缩机系统的运行特点及卒气压缩机如何与系统很好的匹配运行开展系统研究相对较少。通过节能改造，如应用管阿优化技术、变频技术、压力控制技术等，很多压缩空气系统能达到百分之10以上的节能效果。但每个压缩空气系统不同，适用的节能技术不同，不能盲目实施不合适的节能技术。本文通过对工业中应用最为广泛的螺杆式空气压缩机的控制方式及对应的能效特点进行阐述的基础上，分析了变频技术对于提高空气压缩机系统能效的作用。
1 螺杆式空气压缩机控制方式和能效特点
目前工业中应用****泛的压缩杌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，红工业应用中最为广泛。本文重点对螺杆式空气压缩机的不同控制方式进行分析。
1.1加载／卸载控制
加载／卸载控制是螺杆式压缩机的最早控制方案之一，上载时压缩机将运行在满负荷下，当系统的用气量下降，此时压缩机生产的多余的压缩空气将会使系统的压力升高，当压缩机的控制器测到系统压力达到卸载的压力设定点时，会发出一个信号关闭进气阀。通过关闭进气阀，压缩机空载运行，此时压缩机不生产压缩空气，但电动机仍然处于运行状态，仍将会消耗全负荷时百分之25 -百分之35的功率，这主要消耗于机械损失和维持润滑油系统的正常运行。随着系统压力降低到达较低的上载压力设定点时，控制器会发出信号，重新打开进气阀，同时压缩机再次在满负荷条件下运行。这种压力控制装置可使系统的压力波动控制在0. 07 -0. l MPa范围内。加载／卸载控制空气压缩机负荷功率对比曲线如图1所示。
1.2恒压（调节）控制方式
与加载／卸载控制空气压缩机人口阀只有全开、全闭两种方式不同，恒压（调节）控制的空气压缩机通过微调入几阀的开度来保持系统供气压力的相对稳定。系统压力卜升时空气压缩机进气阀关小，空气压缩机流量降低，压缩比增加。调节压缩机部分载荷操作运行需要的功率比较大，效率明显降低。进气节流控制在完全关闭迸气阀门时，仍将消耗满负荷运行时百分之70的功率，当输气量在满负荷百分之50时，典型的功率消耗值约为满负荷时的百分之80，因此进气节流控制是种很不经济的控制方式。在一个比较大的压缩空气系统中，多台空气压缩机在相同时间低于满载运行，虽然使系统压力非常稳定，但是能效水平式非常低。恒压控制卒气压缩机负荷功率对比曲线见图2。
2 变频控制系统
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