當(dāng)排氣量減少時(shí)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度減慢，空壓機(jī)發(fā)出的噪聲比全速運(yùn)行時(shí)的噪聲大大減少，改善了操作工的工作環(huán)境，有利于環(huán)保。
一改造前的設(shè)備狀況
青島啤酒四廠有2臺(tái)20m3/min螺桿空壓機(jī)和2臺(tái)10m3/min螺桿空壓機(jī)，其工作原理是由一對相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，實(shí)現(xiàn)螺桿空機(jī)的吸氣、空壓縮和排氣的全過程。
20m3/min螺桿空壓機(jī)的主電機(jī)額定功率為132kW，10m3/min螺桿空壓機(jī)的主電機(jī)額定功率為75kW，均為Y——△減壓啟動(dòng)。原系統(tǒng)存在以下問題：
①主電機(jī)雖然采用Y——△減壓啟動(dòng)，但啟動(dòng)電流仍很大，會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其他用電設(shè)備的運(yùn)行安全。
②空壓機(jī)時(shí)?？蛰d運(yùn)行，屬非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。
③工頻運(yùn)行時(shí)噪聲很大。
④工頻啟動(dòng)對設(shè)備的沖擊較大，各部件如電磁閥的動(dòng)作頻率高，所以設(shè)備維護(hù)費(fèi)用相對高。
二變頻改造可行性分析
1. 節(jié)能
由于啤酒四廠用氣負(fù)荷波動(dòng)較大，而變頻控制系統(tǒng)可以比較準(zhǔn)確地根據(jù)用氣系統(tǒng)的需求來控制空壓機(jī)的輸出，達(dá)到節(jié)約能源的目的。
①變頻器的軟啟動(dòng)功能，使空壓機(jī)的啟動(dòng)電流??；
②空壓機(jī)加載時(shí)，因供氣量的變化而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速；
③當(dāng)用氣量極小時(shí)，導(dǎo)致空壓機(jī)卸載運(yùn)行，變頻控制系統(tǒng)的空壓機(jī)在空載狀態(tài)時(shí)電機(jī)能耗也大大降低（20m3/min空壓機(jī)低于30kW）。
經(jīng)查變頻曲線表（由空壓機(jī)廠家提供變頻器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表）得知，使用變頻器控制時(shí)，空壓機(jī)加載時(shí)的平均功率約為80kW，空載時(shí)約為30kW，根據(jù)2001年運(yùn)行數(shù)據(jù)，年運(yùn)行時(shí)間為8000多小時(shí)，加載比例為45%，T頻加載時(shí)的平均功率為113kW，空載時(shí)約為50k W，與工頻相比，變頻控制加載時(shí)節(jié)電量118800kW?h，節(jié)約電費(fèi)77220元（每kW?h以0.65元計(jì)），空載時(shí)的年節(jié)電量88000 kW?h，節(jié)約電費(fèi)57200元，共計(jì)134420元。20m3/min螺桿空壓機(jī)變頻改造費(fèi)用約為15萬元，因此從理論上此改造是可行的。
2. 降低維護(hù)成本
采用變頻控制系統(tǒng)，空壓機(jī)的軟啟動(dòng)減少了對部分電氣部件和機(jī)械部件的沖擊。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速大部分時(shí)間低于額定轉(zhuǎn)速，降低了各類相關(guān)電磁閥和氣動(dòng)元件的工作頻率，延長了零部件的使用壽命，減少了空壓機(jī)的維護(hù)費(fèi)用。
3. 降低噪聲
當(dāng)排氣量減少時(shí)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度減慢，空壓機(jī)發(fā)出的噪聲比全速運(yùn)行時(shí)的噪聲大大減少，改善了操作工的工作環(huán)境，有利于環(huán)保。
三改造措施及運(yùn)行效果
根據(jù)原設(shè)備工況存在的問題，空壓機(jī)經(jīng)變頻改造后應(yīng)滿足以下要求：
①電機(jī)變頻運(yùn)行狀態(tài)保持氣罐出口壓力相對穩(wěn)定，上下波動(dòng)0.1MPa；
②為了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，系統(tǒng)應(yīng)具有變頻和工頻兩套控制；
③變頻控制系統(tǒng)應(yīng)采取閉環(huán)控制方式；
④為了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一臺(tái)20m3/min螺桿空壓機(jī)運(yùn)行在變頻方式，但兩臺(tái)空壓機(jī)可以相互進(jìn)行變頻切換。
⑤根據(jù)空壓機(jī)的轉(zhuǎn)距特性，應(yīng)選用恒轉(zhuǎn)矩變頻器；
⑥在用電氣量小的情況下，變頻器處于低頻運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備的正常潤滑。
根據(jù)要求，采用一套變頻控制系統(tǒng)（ABB ASC600型通用變頻器），通過切換裝置轉(zhuǎn)換控制2臺(tái)20m3/min螺桿空壓機(jī)（一臺(tái)變頻運(yùn)行，另一臺(tái)可工頻運(yùn)行）。控制回路仍采用原空壓機(jī)系統(tǒng)中的西門子S7-200型PLC控制，并在壓縮空氣總管路上安裝一只壓力變送器，輸出4～20mA信號(hào)反饋至變頻器，與壓力設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)PID運(yùn)算輸出控制信號(hào)給變頻器的驅(qū)動(dòng)回路，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及幸壓機(jī)的加卸載，維持設(shè)定壓力的平衡，以達(dá)到恒壓供氣的目的（圖1）。
經(jīng)過幾個(gè)月的實(shí)際運(yùn)行和參數(shù)的多次修改，最終達(dá)到了滿意的控制效果。
連續(xù)對6個(gè)月的耗電數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較，節(jié)電率達(dá)28%以上，年節(jié)約電費(fèi)20萬元以上，在不到一年的時(shí)間內(nèi)即可收回投資。
四問題及處理
改造后的空壓機(jī)，運(yùn)行兩年多曾出現(xiàn)如下問題：
1. 電機(jī)的冷卻風(fēng)翼經(jīng)常斷裂
由于空壓機(jī)的電機(jī)功率為132kW，電機(jī)的冷卻風(fēng)翼采用金屬材料，空壓機(jī)經(jīng)變頻器改造后轉(zhuǎn)速經(jīng)常變化。
雖然將變頻器的加減速時(shí)間在允許范圍內(nèi)進(jìn)行了延長，但仍經(jīng)常發(fā)生風(fēng)翼折斷的故障。為此，安裝一臺(tái)獨(dú)立的風(fēng)扇對電機(jī)進(jìn)行冷卻后，運(yùn)轉(zhuǎn)正常，問題得以解決。
2. 空壓機(jī)油路系統(tǒng)過早出現(xiàn)積炭
改造后的空壓機(jī)平均轉(zhuǎn)速降低，使用一定時(shí)間以后，壓縮機(jī)的冷卻盤管及油分離器的內(nèi)壁上形成積炭，造成其換熱器換熱效果明顯下降，出現(xiàn)排氣溫度高報(bào)警，造成頻繁停機(jī)，影響正常生產(chǎn)。于是選用空壓機(jī)廠家推薦的積炭清洗劑（每臺(tái)的清洗費(fèi)用約600元），拆下冷卻盤管浸泡2h后（或通過專用泵循環(huán)30min），用清水沖凈，再用壓縮空氣吹干，更換新的油分離器芯，加入新的潤滑油，開機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后故障消除。
