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工 程 技术 Q Sci ence an d Tech n0l O gy I n novat i on He r al d 浅谈变频螺杆空压机在矿井中的应用 杜 秀 峰 开滦集团有限责任公司荆各庄矿业分公司 河北唐山0 6 3 0 2 6 摘要 变频调速技术是近年来发展起来的一种先进技术。 节能降耗 已成为企业降生产成本重要手段之一， 空压机在煤矿生产中起重要 的作用， 提供 、 保证生产， 所以我们对 空压机进行技术改遣。 关键词 变频调速 节能 空压机P L C 中图分类号 T M 9 2 1 ． 5 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 4 0 9 8 X 2 0 0 9 1 2 b - 0 0 8 1 - 0 1 随着 电力 电子技 术 、 微 电子技术 和计 算机控制技 术的飞 速发展 ， 变频调 速和可 编程控制器 P LC 发展迅猛 。 相对于其他调 速方 式 降压 、 变极 、 滑 差 、 交流 串级调 速 等 ， 变频调速具 有性 能稳 定， 调速范 围广 、 效率高等优点 ； 可编程控制器 P LC ， 性能 高 ， 价格较为合理 ， 与继 电器搭成的控制电 路相 比具有非 常大的优 势 ， 许多矿 山设备 已选 用 了PL C来代替 比较 重 要的 设备 控 制。 空气压缩机 作为矿 山生产重要 的四大 固定设备之一 ， 由于各部位 的用风量不同 ， 所消耗空 气量也是一直 在变的 ， 加上 空气 压缩机是恒 速运转 的， 产生 的压缩 气体 也 是不变的， 所以也造成了能源 的损耗 。 其能 否安全运行直接影 响着煤矿生产的产量和 效 益 问 题 。 面对 煤矿现 代化 的发展 ， 设备不 断更 新， 不断进步 ， 老式 活塞空压机加采用传统 的分 离仪表 保护 ， 其可 靠性 差 、 集 成程 度 低、 费用高 ， 已不能 有效 的满足矿 山设备投 入的经济性和 安全性 的要求 。 我 公司为保 障生产设备的正常运转 ， 节 约能源 ， 对原空 压机进行节能 设计改造 达 到减人提效 的 目的 。 1 D L G - 2 5 ／ 0 ． 7 5 单螺杆空压机 1 结构合理 ， 具有理想的力平衡性 ， 无 轴 向负荷 ， 寿命长 ； 2 单机容量大 ， 无余隙 容积 ； 3 噪声低 、 振动小 ； 4 加载／ 减荷调 节混 合控制 ， 实现 空压机 产气量的 无极 调 节 ， 使节能效果显 著 ； 5 安装方便 ， 无需安 装基础 ， 一旦安放就位 即可使用 ； 6 采用风 冷降低压风机 温度 ， 节省水 资源的 损耗 和 设备的投入 ； 7 机组采用P LC 及智能控 制 面板 ， 选择 自如 ， 方便对机组进行操作 。 2变频调速原理 根据 电机学的 原理 可知 ， 异步 电动机 的转速与频率有以下关系 ／ 2 6 0 ／ ／ “ 1 一 s 式中 1 2 为电机的转速 ； ， 为 电源频率 ； p 为电机极对数 ； s 为转差率。 由上式可知 ， 异步 电动机的 同步转速1 7 与其 供 电频率 成正 比， 所 以改变 电源频 率 就能改变 电机转速 ， 从而实现调速的 目的。 在变 频调 速过 程 中 ， 在 一定 的转 距 下 ， s 基本不变 ， 随着 同步转速1 2 下降 ， 对应 磁场角速度 也降低 ， 电动机输入 电磁功 率P MT 输 出功率 P M 1 一 T 5 1 一 成比例下降 ， 损耗没有增加 ， 所以 变频调速是一 种高效 的调速方法 ， 变频 调 速不仅能实现 无极调速 ， 而且 根据负载特 性 ， 通过适 当调节电压 与频率 ， 之 间的关 系， 恒转矩负载应保持 ， 常数 ； 对干恒 功率 负载应保持 z ， ／ 常数 。 这样就能 使电 动机 始终运行在高效 区。 3变频调速节能分析 3 ． 1恒转距负载类应用 恒 转矩 负载 即不管转 速如 何变化 ， 负 载转矩是恒定 的 ， 其 公式 如下 P K X TX I 2 式中 尸为轴功率 ； 为系数 ； T为负载 转矩 ； 门 为转速 。 由上式 可知 ， 轴功 率 与电机的 转速成 正比 ， 也就是说应用变频调速后 ， 如由于工 艺需要而 降低电机转速n 到额定转速的8 0 ％ 时 ， 相应的电能消耗 降低为原来8 0 ％。 3． 2变转矩负载类应用 通过流 体力学 的基本 定律 可知 ， 压缩 机属变转矩 负载 ， 其转速髓 与流量 p 、 压力J V 以及轴功率关系为 流量和转速成正比 ， 压 力和 转速的平 方成正 比， 轴功 率和转速 的 立方成正比。 当电动机转速稍有下降时 ， 轴 功率将 大幅下 降。 如 当流量为 额定流量的 8 0 ％， P n 为0 ． 5 1 P e ， 即电动机轴功率仅为额 定功率的5 1 ％， 下降近一半 。 因而 当变频器 应用 于压缩机等 变转矩负载时 ， 当流量有 变化 时就能够节能 ， 且 节能产生效 果非常 明 显 。 4自动监控 可编程控制 器 P L C 是一种新 型的通 用控制装置 ， 他将传统的继电器控制技术 、 计算机 控制技术和 通信技术融 为一体 ， 具 有功能 强、 通用灵活 、 可靠性 强、 环境适应 性好 、 编成 简单 、 使用 方便 、 体 积小 、 重量 轻 、 功耗低等一 系列优点 。 我公司采用西门 子 7 - 2 0 0 型可编程序控制器控制 ， 同时， 可 编程序控 制器与后 台上位机连接 ， 后台上 位机通过组态软件 实现对空压机的 自动监 控 。 为 了实现远方监控 及有关领导 及时了 解空压机 运转状况 ， 后 台上位机将 压风机 房运转情 况上传局域 网， 通过权 限设定 ， 可 远方操作或动 态浏览 。 5改造后的效果 1 大大节约 电能。 应用频率装置后， 空 压机是通过变频装置改变电源频率调速 电 动机的转速 ， 继而 改变空压机排气量 ， 提供 稳定压力。 经测 在系统用气量基本相 同的 情况下 ， 节能效果 明显。 单 台空压机 电机功率 l 3 2 k W， 改造前 月耗 电量 6 7 0 0 0 k Wh， 改造后 月耗 电量为 5 7 7 0 0 k Wh ， 节 电率为 6 7 0 0 0 5 7 7 0 0 ／ 6 7 0 0 0 1 3 ． 8 8 ％， 年节约电费为 6 7 0 0 0 5 7 7 0 0 X 1 2 X 0． 6 8 元 ／ kWh7 5 8 8 8 元 。 2 节约用水 。 由水冷改为风冷后 ， 节省 了水资源的消耗， 而且节约 了设备的投入 ， 大大 降低 了设备维修量 。 原活塞式 空压 机为水 冷却 ， 每 年消耗 5 0 0 0 吨水 ， 年节约水费为5 0 0 0 3 ． 4 5 I ． 7 2 5 万 元 。 3 延长机 器的寿命 。 空压机 机体寿命 与转速成 反比。 变频之后平均转速降低 ， 磨 损减 少 ， 起动时转速缓慢提升 ， 也减少 了对 设备的冲击 ， 所以寿命必然延长 。 4 控制简单、 灵活、 精度高 、 反应快速 。 变频 器可 按工艺要求 灵活控制 ， 反应时 间 一 股可达0 ． 2 S ， 调速精度可达到0 ． 5 ％， 调速 范 围广 ， 机械特性 硬 ， 能满足严格 的生产 、 工 艺 要 求 。 5 实现 无人值 守 ， 减 人提效 年 创收 3 0 0 021 2 7 ． 2 万 元 。 6在变频器使用时应注意 1 因变频器运行 时产生高次谐 波 ， 会 对电机及 周围设备产生干 扰 ， 所以要 装 电 抗器 。 2 运行信号干扰 。 变频器的输入信号 很小 ， 对干扰很敏感 ， 所以安装时必须加单 独的屏蔽线。 3 变频器调速范 围要注意 一 般控制为5 0 ％～7 0 ％ 低于3 0 HZ ， 润滑系统不 保证 。 4 变频 系统的供电电源和其他设备 的 供 电 电 源 相 对 独 立 。 7结语 随着 我 国经济高速 发展 ， 能源 紧缺问 题 已成为 我们不得不 面对的现 实 ， 异常激 烈的市场竞争 已渗透到各行各业的每个角 落 中， 企业 能否有 效 的提高 生产 效率 ， 工 艺、 节能降耗从而降低生产成本 ， 已经成为 企业 能否生存 发展的重要 因素 ， 如果 在企 业 中进行变频 技术改造 ， 加 上可编程 控制 器 P L C 与微机连接 实现 自动监控 ， 其经济 效益 将会十分可观 的。 参考文献 [ 1 】赵学军 ， 党选举 ， 等 ． 电机节能控制 器的 设计[ J 】 ． 单片机与嵌入式系统应用 ， 2 0 0 2 9 ． [ 2 ]黄 立培 ． 变频 应 用技 术及 电动机 调速 [ M] ． 北京 人民邮电出版社 ， 1 9 9 7 ． [ 3 】顾绳谷 ． 电机及拖动基 础[ M] ． 北京 机 械工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． 科技创新导报 Sc i e n c e a n d Te c h n o l o g y In n o va t i o n He r a l d 8 1