礦山空壓機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能應(yīng)用研究

（云南云安礦山設(shè)備檢測檢驗(yàn)有限公司，云南 昆明 650217）

空壓機(jī)是礦山開采工作中的主要設(shè)備之一，能夠?yàn)轱L(fēng)動(dòng)設(shè)施提供動(dòng)力。動(dòng)力用空壓機(jī)的耗電量非常大，在礦山企業(yè)的快速發(fā)展中，提高經(jīng)濟(jì)效益，降低生產(chǎn)成本成為當(dāng)前急需解決的一個(gè)問題。在空壓機(jī)中使用一臺(tái)變頻器，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)變頻節(jié)能的目標(biāo)，分析變頻節(jié)能改造后的系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，提高空壓機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，降低空壓機(jī)的能耗。

1 空壓機(jī)變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)方案

（1）改造前的運(yùn)行情況分析。某礦山企業(yè)中共有4臺(tái)v-0.3/8型的活塞式空壓機(jī)，排氣量0.3m3/min，壓力0.8Mpa，轉(zhuǎn)速820 r/min，電機(jī)功率3/4KW/P，活塞缸徑×缸數(shù)×行程Φ65×2×46(mm)，重量105KG，參數(shù)（長×高×寬）1050×390×720（mm）。每臺(tái)空壓機(jī)上裝有一臺(tái)電機(jī)降壓起動(dòng)裝置，在實(shí)際運(yùn)行中，工作人員每小時(shí)檢查一次空壓機(jī)各參數(shù)儀表指示，根據(jù)儀表指示值確定是否手動(dòng)啟、?？諌簷C(jī)。人工手動(dòng)開關(guān)空壓機(jī)沒法保證供氣量的連續(xù)調(diào)節(jié)，一旦用氣量發(fā)生變化，供氣壓力會(huì)產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)，工作人員面對著繁瑣的工作容易造成誤操作，損壞設(shè)備。

（2）變頻節(jié)能改造思路。根據(jù)當(dāng)前空壓機(jī)技術(shù)的發(fā)展水平和國外先進(jìn)技術(shù)，在空壓機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)中進(jìn)行節(jié)能改造，首先需要選擇一臺(tái)ABB變頻器與電機(jī)輪換驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)空壓機(jī)，檢測儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力，對系統(tǒng)中的壓力進(jìn)行閉環(huán)控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)與轉(zhuǎn)速。變頻節(jié)能改造后的空壓站控制系統(tǒng)主要由微機(jī)控制參數(shù)監(jiān)測管理系統(tǒng)和恒壓變頻調(diào)度系統(tǒng)組成，空壓站控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，壓力變送器YB能夠通過可編程控制器控制空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)，使總管壓力P接近設(shè)定壓力P0。將空壓機(jī)運(yùn)用到用風(fēng)系統(tǒng)中，一臺(tái)空壓機(jī)變頻運(yùn)行可以保證恒壓供風(fēng)；用風(fēng)系統(tǒng)單臺(tái)空壓機(jī)供風(fēng)量不足時(shí)，可將變頻器運(yùn)行頻率升高50Hz，將原先變頻運(yùn)行的空壓機(jī)轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，重新啟動(dòng)另一臺(tái)空壓機(jī)變頻運(yùn)行維持恒壓供風(fēng)。變頻器能夠完成兩臺(tái)空壓機(jī)的啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)帶載軟啟動(dòng)，降低沖擊電流對空壓機(jī)造成的影響。

（3）實(shí)現(xiàn)微機(jī)監(jiān)控參數(shù)的功能。在空壓機(jī)中進(jìn)行變頻節(jié)能改造需要提高系統(tǒng)中微機(jī)監(jiān)控的功能性，使用傳感器檢測空壓機(jī)的溫度、壓力、流量和電量等主要參數(shù)。然后，經(jīng)過轉(zhuǎn)變和變送電路轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號傳輸給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示和定時(shí)打印出危機(jī)監(jiān)控參數(shù)，必要的時(shí)候進(jìn)行報(bào)警提示。為降低變頻調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)難度，可以采用MCGS監(jiān)控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)參數(shù)監(jiān)測管理系統(tǒng)，系統(tǒng)對每臺(tái)空壓機(jī)的一級排氣溫度過溫、二級排氣溫度過溫和電機(jī)溫度過溫一級潤滑油壓力低等情況進(jìn)行報(bào)警，延時(shí)停機(jī)功能。當(dāng)參數(shù)檢測管理系統(tǒng)越限，報(bào)警信號指示時(shí)，會(huì)在顯示畫面上出現(xiàn)報(bào)警提示；如果出現(xiàn)連續(xù)越限的情況，會(huì)自動(dòng)停機(jī)，發(fā)出聲音報(bào)警信號[1]。

2 變頻節(jié)能改造后空壓機(jī)的運(yùn)行狀況

（1）風(fēng)壓幅值變化小。對礦山空氣壓縮機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造后，在工頻運(yùn)行中，壓力在0.348Mpa～0.523Mpa區(qū)間變化，變化幅值為0.154Mpa；使用變頻運(yùn)行后，壓力在0.486Mpa～0.53Mpa區(qū)間變化，變化幅值為0.033Mpa。風(fēng)壓幅值變化小，使用風(fēng)負(fù)荷穩(wěn)定，供風(fēng)質(zhì)量好。

（2）噪音低。經(jīng)過變頻節(jié)能后，機(jī)房平均噪音為72OB（A），使用變頻排氣時(shí)的平均噪音比使用工頻排氣時(shí)的平均噪音低9.121OB（A），不排氣時(shí)平均降低噪音4.619OB（A）?？諌簷C(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生的噪音明顯變小了，改善了礦山開采人員的工作環(huán)境。

（3）操作簡便。當(dāng)前的空壓機(jī)操作簡便，起動(dòng)性能好，方便工作人員操作和使用，提高了礦山開采的效率。

（4）延長設(shè)備使用壽命。變頻器具有保持恒定值的優(yōu)點(diǎn)，能夠使空壓機(jī)的壓力、轉(zhuǎn)速和功率達(dá)到動(dòng)態(tài)匹配，降低轉(zhuǎn)數(shù)。將空壓機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)保持在220r/min～584r/min之間，有效減少了機(jī)械磨損，延長了空壓機(jī)的使用壽命。

（5）提高運(yùn)行穩(wěn)定性。原電控和改造后電控系統(tǒng)可以相互備用，完善了系統(tǒng)中的保護(hù)措施，提高了運(yùn)行可靠性[2]。

（6）節(jié)能效果好。經(jīng)過變頻節(jié)能改造后的空壓機(jī)節(jié)能性特別好，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，使用工頻運(yùn)行時(shí)潤滑油平均每小時(shí)105g，而使用變頻運(yùn)行每小時(shí)只需要42g。每次運(yùn)轉(zhuǎn)中能夠節(jié)約40%左右的潤滑油，提高了礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 節(jié)能效果分析

（1）超過Pmin的壓力所消耗的能量。Pmin是保證用氣設(shè)備正常工作的最低壓力，當(dāng)管網(wǎng)壓力到達(dá)一定值時(shí)，空壓站會(huì)重新開啟吸氣閥。經(jīng)過改造后的系統(tǒng)對氣體所做的功用W=Pmin·Qmin表示，假設(shè)改造前壓力常年工作在P1附近，那時(shí)空壓機(jī)做的功為W=（Pmin+ΔP）(Qmin+ΔQ)，ΔP=δPmin，ΔQ≈Qo- Qmin。系統(tǒng)改造后的節(jié)能率η=（W1-W）/W1=（1+δ）2-1。δ是一個(gè)百分?jǐn)?shù)，數(shù)值一般在15%～30%之間，需要將壓力設(shè)定在滿足設(shè)備用氣的最低壓力值Pmin附近。當(dāng)δ分別為10%、15%、20%、25%時(shí)，節(jié)能率η分別為21%、32.5%、44%、56.3%，超壓部分的節(jié)能潛力較大。

（2）電機(jī)起動(dòng)消耗的能量?？諌簷C(jī)是大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載，電機(jī)空載起動(dòng)需要的功率相當(dāng)于電機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)消耗功率的2倍～3倍，耗時(shí)1min。這部分消耗不記在空壓站的主要消耗中，在部分依靠頻繁起動(dòng)控制排氣量的空壓站中，能耗會(huì)比較大。

（3）調(diào)節(jié)方法不合理產(chǎn)生的能量。正常情況下，當(dāng)壓力達(dá)到Pmin時(shí)，空壓機(jī)關(guān)閉吸氣閥使電機(jī)空轉(zhuǎn)，以此來調(diào)節(jié)排氣量。不過，空壓機(jī)在空轉(zhuǎn)中會(huì)帶動(dòng)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，此次空壓機(jī)產(chǎn)生的能耗占空壓機(jī)滿載運(yùn)行的30%～50%。通過節(jié)能改造，將這部分能量節(jié)省下來，會(huì)產(chǎn)生較大利益。隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)在空壓機(jī)中的應(yīng)用越來越廣泛，將來空壓機(jī)會(huì)往大調(diào)節(jié)范圍、高性能方向發(fā)展，大型空壓機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)將成為節(jié)能使用壓縮機(jī)的發(fā)展趨勢。通過變頻節(jié)能改造，排除了機(jī)械傳動(dòng)方式產(chǎn)生的能量損失，對全范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)增風(fēng)量運(yùn)行。

（4）節(jié)能發(fā)展動(dòng)向。變頻調(diào)速技術(shù)作為空壓機(jī)節(jié)能措施的有效方法之一，在多臺(tái)空壓機(jī)的使用場合應(yīng)用廣泛。一臺(tái)變頻器可以根據(jù)實(shí)際使用空氣量自動(dòng)選擇需要的機(jī)械臺(tái)數(shù)，避免多臺(tái)空壓器同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)造成的巨大浪費(fèi)，簡化工作人員的管理 工作，均衡空壓器的運(yùn)行時(shí)間。搞好資源利用，提高壓縮空氣的經(jīng)濟(jì)性。在空壓機(jī)中建立加熱系統(tǒng)，回收空壓機(jī)產(chǎn)生肺熱方案，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，提高礦山開采的經(jīng)濟(jì)效果。

4 結(jié)語

在此次研究中利用微機(jī)控制管理系統(tǒng)和一臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)多臺(tái)空壓機(jī)的變頻節(jié)能改造，降低礦山企業(yè)的投資成本，實(shí)現(xiàn)最佳的節(jié)能效果?？諌簷C(jī)是礦山電力消耗的主要來源之一，使用變頻調(diào)速技術(shù)降低了空壓機(jī)開機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)瞬時(shí)電流沖擊對設(shè)備和系統(tǒng)的影響，選擇適宜的氣量與起動(dòng)調(diào)節(jié)方式，保證設(shè)備能夠平穩(wěn)運(yùn)行。

[1]李金利.礦山空壓機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2010,(3):30,42.

[2]施生才.變頻調(diào)速技術(shù)在空壓機(jī)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化應(yīng)用,2014,(2):58-59.