面對(duì)日益嚴(yán)峻的能源形勢和環(huán)保壓力，各行各業(yè)都在積極探索節(jié)能減排的可行方案?？諌簷C(jī)行業(yè)也不例外。近期，陜西某礦業(yè)有限公司成功實(shí)施了一項(xiàng)空壓機(jī)變頻改造項(xiàng)目，旨在解決傳統(tǒng)工頻啟動(dòng)方式帶來的問題，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排降本的目標(biāo)。本文將從技術(shù)角度詳細(xì)介紹這一項(xiàng)目的實(shí)施過程和成果。
一、空壓機(jī)變頻改造需求及技術(shù)分析
該礦業(yè)公司井下工藝段原有三臺(tái)132KW的空氣壓縮機(jī)，采用星三角（Δ-Y）降壓啟動(dòng)方式。然而，這一方式存在以下問題：
l加載和卸載頻繁，導(dǎo)致壓力波動(dòng)對(duì)管網(wǎng)沖擊大，噪音大。
l卸載閥開啟造成資源浪費(fèi)。
l系統(tǒng)為開環(huán)控制，無法保證供氣壓力精度。
l啟動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。
l隨著井下掘進(jìn)深度的推進(jìn)，末端供電電壓降增大，導(dǎo)致啟動(dòng)困難。
針對(duì)以上問題，客戶希望改善空壓機(jī)啟動(dòng)困難的問題，同時(shí)保留原有的工頻啟動(dòng)系統(tǒng)。在變頻檢修時(shí)能夠快速切換，以避免長時(shí)間的停機(jī)對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成影響。
二、空壓機(jī)變頻改造技術(shù)方案
在保留原有工頻啟動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上——新增變頻系統(tǒng)。兩者可以切換使用，無需改變?cè)袉?dòng)系統(tǒng)的線路，切換時(shí)只需操作柜門上的手柄，無需拆卸和修改線路。這樣既實(shí)現(xiàn)了變頻節(jié)能改造，又保留了備用系統(tǒng)。
在產(chǎn)品選型方面，考慮到井下復(fù)雜的現(xiàn)場工況環(huán)境與空壓設(shè)備工藝的匹配程度，直接選用了希望森蘭SB70G系列變頻驅(qū)動(dòng)設(shè)備。這款設(shè)備具有以下特點(diǎn)：
ü集成高精度轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制算法，具有250%瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制能力。
ü過載能力：150％額定電流1分鐘。
ü獨(dú)創(chuàng)的多模式PLC運(yùn)行功能，特別適合工業(yè)洗滌設(shè)備、制造設(shè)備應(yīng)用。
ü實(shí)用的多段速功能：提供編碼、直接、疊加和個(gè)數(shù)選擇方式，特別適合于暖通行業(yè)應(yīng)用。
ü強(qiáng)大的過程PID功能：兩套參數(shù)，可根據(jù)運(yùn)行頻率進(jìn)行參數(shù)過渡；多種修正模式，可滿足多種拉絲機(jī)、紡織、造紙、印染行業(yè)等張力卷繞、同步控制的需求；具有自由PID功能，可取代外部PID控制器。
ü具有強(qiáng)大的用戶可編程模塊。
ü豐富的擴(kuò)展選件：編碼器接口板、I/O擴(kuò)展板、可參數(shù)復(fù)制的操作面板（SB-PU70E）等。
在控制器選擇方面，直接選用成熟的空壓機(jī)控制器MAM-6070MSD。其軟件的功能與產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，無需二次開發(fā)。同時(shí)森蘭變頻器標(biāo)準(zhǔn)配置RS485通訊接口，支持ModbusRTU通訊協(xié)議，與MAM-6070MSD控制器的通訊接口只需要進(jìn)行通訊線纜的連接，進(jìn)行通訊參數(shù)配置后就可以進(jìn)行高效率的通訊控制了。
三、改造后需要注意的問題及采取措施
改造后需要注意以下三個(gè)問題：電動(dòng)機(jī)的散熱問題、空壓機(jī)的潤滑問題和系統(tǒng)壓力設(shè)定問題。針對(duì)這些問題，我們采取了以下措施：
l把系統(tǒng)壓力設(shè)定為0.72MPa，以滿足現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝要求。
l把變頻器運(yùn)行頻率下限設(shè)定為25HZ，這樣既能滿足空壓機(jī)散熱和潤滑的需要，又能最大程度地降低電能損耗。
四、運(yùn)行效果及節(jié)能分析
經(jīng)過技術(shù)改造，空壓機(jī)從工頻降壓啟動(dòng)改為變頻啟動(dòng)，有效減小了啟動(dòng)過程中的沖擊電流，使得設(shè)備運(yùn)行更為平穩(wěn)。
在空壓機(jī)啟動(dòng)后，系統(tǒng)會(huì)按照預(yù)設(shè)的主機(jī)變頻壓力0.72MPa進(jìn)行恒壓運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過設(shè)定的卸載壓力0.75MPa后，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)入卸載模式，確保整個(gè)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。在主機(jī)0.72MPa的恒壓運(yùn)行狀態(tài)下，如果系統(tǒng)對(duì)氣體的需求減少，變頻器會(huì)自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行頻率以降低能耗。當(dāng)系統(tǒng)頻率降低至下限值25Hz后，設(shè)備將繼續(xù)運(yùn)行600秒。如果系統(tǒng)壓力仍然保持在0.72MPa，系統(tǒng)將進(jìn)入低頻過久停機(jī)狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)壓力低于供氣加載壓力0.60MPa時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)重新啟動(dòng)，再次進(jìn)入變頻恒壓運(yùn)行狀態(tài)。通過這種方式我們可以看到變頻運(yùn)行模式相較于傳統(tǒng)的工頻模式具有更加優(yōu)異的節(jié)能效果。在工頻模式下加載電流約為220A卸載時(shí)運(yùn)行電流約為90A；然而在變頻運(yùn)行模式下加載電流降低至約130A卸載時(shí)電流減少至約50A。這表明變頻改造后的空壓機(jī)在節(jié)能方面具有顯著的優(yōu)勢。
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