(整理)第三講壓縮機變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)

1、精品文檔科陸變頻節(jié)能技術(shù)講座：第三講壓縮機變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)目錄一、 概 論 11.1 壓縮機的分類： 11.2 壓縮機的工作原理 11.3 壓縮機的主要功能和用途: 8二、壓縮機拖動系統(tǒng)的負載特性 102.1 活塞式壓縮機 102.2 螺桿式壓縮機 112.3 離心式壓縮機 12三、壓縮機拖動系統(tǒng)的節(jié)能分析 123.1 活塞式壓縮機 123.2 螺桿式壓縮機 133.3 離心式壓縮機 133.4 工業(yè)企業(yè)壓縮機系統(tǒng)節(jié)能改造 10四、壓縮機變頻調(diào)速和液力耦合器調(diào)速節(jié)能比較 154.1 液力耦合器的工作原理和主要特性參數(shù) 154.2 液力耦合器在壓縮機調(diào)速中的節(jié)能效果 154.3 壓縮機變頻調(diào)速和

2、液力耦合器調(diào)速節(jié)能對比計算 15五、壓縮機并列運行節(jié)能分析5.1. 相同參數(shù)離心式壓縮機并列運行節(jié)能分析5.2. 不同參數(shù)離心式壓縮機并列運行節(jié)能分析5.3. 河南天方藥業(yè)壓縮機組節(jié)能分析：附錄：球磨機的節(jié)能技術(shù)精品文檔一、 概論1.1壓縮機的分類：(1)往復(fù)式活塞(柱塞)壓縮機；(2)螺桿式壓縮機(類似羅茨式風(fēng)機)；(3)離心式壓縮機(類似離心式風(fēng)機)；風(fēng)機除按工作原理分類外，還常按其產(chǎn)生全壓的高低來分類：(a)風(fēng)扇 指在標準狀況下，風(fēng)機產(chǎn)生的額定全壓低于 98Pa的風(fēng)機。這 類風(fēng)機無機殼，故又稱自由風(fēng)扇。(b)通風(fēng)機 指在設(shè)計條件下，風(fēng)機產(chǎn)生的額定全壓值在 98Pa14700Pa 之間的風(fēng)

3、機。在各類風(fēng)機中，通風(fēng)機應(yīng)用最為廣泛，如發(fā)電廠中用的各種風(fēng)機 基本上都是通風(fēng)機。(c)鼓風(fēng)機 指氣體經(jīng)風(fēng)機后的壓力升高在14700P院196120Pa之間的風(fēng)機。也稱高壓風(fēng)機。(d)壓縮機 指氣體經(jīng)風(fēng)機后的壓力升高大于 196120Pq或壓縮比大于 3.5的風(fēng)機。也稱超高壓風(fēng)機。1.2 壓縮機的工作原理根據(jù)工作方式的不同，壓縮機可分為兩大類容積型與速度型。容積型壓縮機是靠工作腔容積的改變來實現(xiàn)吸汽、壓縮、排汽等過程。屬于 這類壓縮機的有往復(fù)式壓縮機和回轉(zhuǎn)式壓縮機。 速度型壓縮機是靠高速旋轉(zhuǎn)的 葉輪對氣體做功，壓力升高，并完成輸送氣體的任務(wù)。屬于 這類壓縮機的有離 心式和軸流式壓縮機，目前常用的

4、是離心式壓縮機。1、往復(fù)式壓縮機的工作原理往復(fù)式壓縮機又稱活塞式壓縮機。 壓縮機的工作腔是汽缸?；钊谄變?nèi) 作上下往復(fù)運動，從而完成了壓縮、排汽、膨脹、吸汽等過程。(1)工作原理：圖1所示為往復(fù)式壓縮機示意圖，圖中的四個過程分別表示 了壓縮機工作中的四個過程：到最低位置 (稱活塞的下止點)時，汽缸吸滿蒸氣 而活塞轉(zhuǎn)而向上，這時吸、排汽門都關(guān)閉，汽缸容積縮小，蒸氣被壓縮，一直壓縮到排汽壓力為止。圖中（b）為排汽過程：當壓力達到一定值（大于排汽管內(nèi)壓力）時，排汽閥開啟，活塞繼續(xù)上移，蒸氣排出，一直到活塞上移到最高位置（這位置稱活塞的上止點）時，排汽結(jié)束。圖中 是余隙膨脹過程：為了防止活塞與 吸排

5、汽閥碰撞，活塞上移到上止點時，活塞與汽缸頂部之間留有一定間隙，稱 余隙。當活塞轉(zhuǎn)而向下運動時，排汽結(jié)束時留在余隙內(nèi)的高壓蒸氣阻止吸汽閥 開啟，吸汽不能開始。這時余隙內(nèi)的蒸氣隨著活塞下移而進行膨脹，一直膨脹 到吸汽壓力以下時才結(jié)束。圖中之（d）是吸汽過程：吸汽閥開啟，隨著活塞往下運動而吸汽，一直進行到活塞下移到活塞下止點為止。圖1活塞式壓縮機（2）優(yōu)點：它應(yīng)用比較廣泛，制造技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡單，而且對加工材料和 加工1T藝要求較低，造價比較低，適應(yīng)性強，能適應(yīng)廣闊的壓力范圍和制冷量 要求，可維修性強。（3）缺點：無法實現(xiàn)較高轉(zhuǎn)速，機器大而重，不容易實現(xiàn)輕量化，排氣不連續(xù), 氣流容易出現(xiàn)波動，而且工

6、作時有較大的振動。由于曲軸連桿式壓縮機的上述 特點，已經(jīng)很少有小排量壓縮機采用這種結(jié)構(gòu)形式，曲軸連桿式壓縮機目前大 多應(yīng)用在客車和卡車的大排量空調(diào)系統(tǒng)中。2、螺桿式壓縮機的構(gòu)造與工作過程螺桿式壓縮機是一種回轉(zhuǎn)式容積式壓縮機。它利用螺桿的齒槽容積和位置 的變化來完成蒸氣的吸人、壓縮和排IqJ過程。無油螺桿壓縮機在本世紀三十年 代問世，主要用于壓縮空氣。后來汽缸內(nèi)噴油的螺桿式壓縮機出現(xiàn)，性能得到 提高，目前，噴油式螺桿壓縮機已是制冷壓縮機中主要機種之一。螺桿式壓縮 機分為雙螺桿和單螺桿兩大類，雙螺桿壓縮機習(xí)慣上稱為螺桿式壓縮機。(1)圖2為噴油式螺桿式壓縮機的構(gòu)造。在斷面為雙圓相交的汽缸內(nèi)，裝有一

7、 對轉(zhuǎn)子陽轉(zhuǎn)子和陰轉(zhuǎn)子。陽轉(zhuǎn)子有四個齒，陰轉(zhuǎn)子有六個齒，兩根轉(zhuǎn)子相 互嚙合。當陽轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，隱轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 2/3周，或者說，陽子的轉(zhuǎn)速比陰轉(zhuǎn) 子的轉(zhuǎn)速快50%。圖3是螺桿式壓縮機從吸汽到排汽的工作過程，在汽缸的吸 汽端座上開有吸汽口，當齒槽與吸汽口相通時，吸汽就開始，隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)， 齒槽脫離吸汽口，一對齒槽空間吸滿蒸氣，如圖 (a)。螺桿繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，兩螺桿的 齒與齒槽相互嚙合，有汽缸體、嚙合的螺桿和排汽端座組成的齒槽容積變小， 而且位置向排汽端移動，完成了對蒸氣壓縮和輸送的作用，如圖 (b)0當這對齒 槽空間與端座的排汽口相通時，壓縮終了，蒸氣被排出，如圖 (c)0每對齒槽空 間都存在著吸汽、

8、壓縮、排汽三個過程：a)吸氣結(jié)束 b)壓縮行程 c)排出開始 之前。在同一時刻存在著吸汽、壓縮、排汽三個過程，不過它們發(fā)生在不同的齒槽空間而已。圖2 4油式煙料后端機1、%轉(zhuǎn)子2、的轉(zhuǎn)干3,機架4,滑動軸承5.止招軸承6.軸封7,平街活旅圖3螺桿式加縮機的工作對穆(2)螺桿式壓縮機的優(yōu)點：螺桿式壓縮機只有旋轉(zhuǎn)運動，沒有往復(fù)運動，因此壓縮機的平衡性好，振動 小，可以提高壓縮機的轉(zhuǎn)速。螺桿式壓縮機的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，重量輕，無吸、排汽閥，易損件少，可靠 性高，檢修周期長。在低蒸發(fā)溫度或高壓縮比工況下，用單級壓縮仍然可正常工作，且有良好的 性能。這是由于螺桿式壓縮機沒有余隙，沒有吸、排汽閥，故在這種不

9、利工況 下仍然有較高的容積效率。螺桿式壓縮機對濕壓縮不敏感。螺桿式壓縮機的制冷量可以在 10% 100%范圍內(nèi)無級調(diào)節(jié)，但在40%以上 負荷時的調(diào)節(jié)比較經(jīng)濟。（3）缺點：噪聲較大，以及需要設(shè)置一套潤滑油分離、冷卻、過濾和加壓的輔助設(shè)備，造成機組體積大。（4）應(yīng)用范圍雙螺桿壓縮機在化工、制冷及空氣動力工程中，它所占的比重較大。螺桿壓縮 機的容積流量范圍是250m 3/ 12f。螺桿式壓縮機由包容在機殼中的兩根相互嚙合的螺旋轉(zhuǎn)子組成，轉(zhuǎn)子之間和 機殼與轉(zhuǎn)子之間的間隙僅為510絲，主轉(zhuǎn)子（又稱陽轉(zhuǎn)子或凸轉(zhuǎn)子），通過 由發(fā)動機或電動機驅(qū)動（多數(shù)為電動機驅(qū)動），另一轉(zhuǎn)子（又稱陰轉(zhuǎn)子或凹轉(zhuǎn)子） 是由主轉(zhuǎn)子

10、通過噴油形成的油膜進行驅(qū)動，或由主轉(zhuǎn)子端和凹轉(zhuǎn)子端的同步齒 輪驅(qū)動。所以驅(qū)動中沒有金屬接觸（理論上）。轉(zhuǎn)子的長度和直徑?jīng)Q定壓縮機排氣量（流量）和排氣壓力，轉(zhuǎn)子越長，壓力 越高；轉(zhuǎn)子直徑越大，流量越大。螺旋轉(zhuǎn)子凹槽經(jīng)過吸氣口時充滿氣體。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子凹槽被機殼壁封 閉，形成壓縮腔室，當轉(zhuǎn)子凹槽封閉后，潤滑油被噴入壓縮腔室，起密封。冷 卻和潤滑作用。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)壓縮潤滑劑 +氣體（簡稱油氣混合物）時，壓縮腔室 容積減小，向排氣口壓縮油氣混合物。當壓縮腔室經(jīng)過排氣口時，油氣混合物 從壓縮機排出，完成一個吸氣一一壓縮一一排氣過程。螺桿機的每個轉(zhuǎn)子由減摩軸承所支承，軸承由靠近轉(zhuǎn)軸端部的端蓋固定。進 氣

11、端由滾柱軸承支承，排氣端由一以對靠的賀錐滾柱支承通常是排氣端的軸承 使轉(zhuǎn)子定位，也就是止推軸承，抵抗軸向推力，承受徑向載荷，并提供必須的 軸向運行最小間隙。（3）螺桿式空壓機工作過程1）吸氣過程：螺桿式的進氣側(cè)吸氣口，必須設(shè)計得使壓縮室可以充分吸氣，而螺桿式壓縮機 并無進氣與排氣閥組，進氣只靠一調(diào)節(jié)閥的開啟、關(guān)閉調(diào)節(jié)，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時， 主副轉(zhuǎn)子的齒溝空間在轉(zhuǎn)至進氣端壁開口時，其空間最大，此時轉(zhuǎn)子的齒溝空 間與進氣口之自由空氣相通，因在排氣時齒溝之空氣被全數(shù)排出，排氣結(jié)束時，齒溝乃處于真空狀態(tài)，當轉(zhuǎn)到進氣口時，外界空氣即被吸入，沿軸向流入主副轉(zhuǎn)子的齒溝內(nèi)。當空氣充滿整個齒溝時，轉(zhuǎn)子之進氣側(cè)端面轉(zhuǎn)離

12、了機殼之進氣口，在齒溝間的空氣即被封閉。2）封閉及輸送過程：主副兩轉(zhuǎn)子在吸氣結(jié)束時，其主副轉(zhuǎn)子齒峰會與機殼閉封，此時空氣在齒溝內(nèi)閉封不再外流，即封閉過程。兩轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，其齒峰與齒溝在吸氣端吻合， 吻合面逐漸向排氣端移動。3）壓縮及噴油過程：在輸送過程中，嚙合面逐漸向排氣端移動，亦即嚙合面與排氣口間的齒溝間漸漸減小，齒溝內(nèi)之氣體逐漸被壓縮，壓力提高，此即 壓縮過程。而壓縮同時 潤滑油亦因壓力差的作用而噴入壓縮室內(nèi)與室氣混合。4）排氣過程：當轉(zhuǎn)子的嚙合端面轉(zhuǎn)到與機殼排氣相通時，（此時壓縮氣體之壓力最高）被壓 縮之氣體開始排出，直至齒峰與齒溝的嚙合面移至排氣端面，此時兩轉(zhuǎn)子嚙合 面與機殼排氣口這齒

13、溝空間為零，即完成（排氣過程），在此同時轉(zhuǎn)子嚙合面 與機殼進氣口之間的齒溝長度又達到最長，其吸氣過程又在進行3、離心式壓縮機的工作原理和應(yīng)用離心式壓縮機通過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，把原動機的能量傳送給氣體，使氣體壓力和速度提高，氣體在壓縮機內(nèi)固定元件中將速度能轉(zhuǎn)換為壓力能。主要用來 壓縮和輸送氣體。離心式壓縮機的工作原理是氣體進入離心式壓縮機的葉輪后， 在葉輪葉片的作用下，一邊跟著葉輪作高速旋轉(zhuǎn)，一邊在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下 向葉輪出口流動，并受到葉輪的擴壓作用，其壓力能和動能均得到提高，氣體 進入擴壓器后，動能又進一步轉(zhuǎn)化為壓力能，氣體再通過彎道、回流器流入下 一級葉輪進一步壓縮，從而使氣體壓力達到工藝

14、所需的要求。離心式壓縮機的原理與活塞式壓縮機有根本區(qū)別，它不是利用氣缸容積減小 的方式來提高氣體的壓力，而是依靠動能的變化來提高氣體壓力。離心式壓縮 機具有帶葉片的工作輪，當工作輪轉(zhuǎn)動時，葉片就帶動氣體運動或者使氣體得 到動能，然后使部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能，從而提高氣體的壓力。這種壓縮機由于它工作時不斷地將制冷劑蒸汽吸入，又不斷地沿半徑方向被甩出去，所以稱 這種型的壓縮機為離心式壓縮機。它與離心式風(fēng)機有很大的相似之處。離心式空氣壓縮機原理是由葉輪帶動氣體做高速旋轉(zhuǎn)，使氣體產(chǎn)生離心力， 由于氣體在葉輪里的擴壓流動，從而使氣體通過葉輪后的流速和壓力得到提高， 連續(xù)地生產(chǎn)出壓縮空氣。離心式空氣壓縮機屬

15、于速度式壓縮機，在用氣負荷穩(wěn)定時離心式空氣壓縮機工 作穩(wěn)定、可靠。結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，排氣量范圍大；易損件少，運轉(zhuǎn)可靠、壽命長；排 氣不受潤滑油污染，供氣品質(zhì)高；大排量時效率高、且有利于節(jié)能。離心式空氣壓縮機的結(jié)構(gòu)特點：離心式空氣壓縮機組結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠；離心壓縮機主要由轉(zhuǎn)子和定子 兩大部分組成。轉(zhuǎn)子包括葉輪和軸。葉輪上有葉片，此外還有平衡盤和軸封的 一部分。定子的主體是機殼（氣缸），定子上還安排有擴壓器、彎道、回流器、迸 氣管、排氣管及部分軸封等。離心壓縮機的工作原理為，當葉輪高速旋轉(zhuǎn)時， 氣體隨著旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下，氣體被甩到后面的擴壓器中去，而在葉輪處 形成真空地帶，這時外界的新鮮氣體

16、進入葉輪。葉輪不斷旋轉(zhuǎn)，氣體不斷地吸 入并甩出，從而保持了氣體的連續(xù)流動。離心式空氣壓縮機主要構(gòu)件、空氣動力部分、級間冷卻器、整體傳動裝置、 潤滑系統(tǒng)和操作控件的制造都能夠保證提供可靠的性能；在壓縮空氣氣道中， 離心式空氣壓縮機沒有任何需潤滑部件；離心式空氣壓縮機精確平衡的撓性碟 片式聯(lián)軸器，將振動降至最低，并且不需要聯(lián)接器潤滑油，也可以提供其它聯(lián) 接方法；離心式空氣壓縮機緊湊的成套底座，將框架、中間冷卻器和潤滑油箱 集成在一起，從而具有出色的扭轉(zhuǎn)剛度。離心式空氣壓縮機的應(yīng)用：離心式空氣壓縮機廣泛應(yīng)用于汽車、化工、制藥、采礦和空氣分離等行業(yè)，離 心式空氣壓縮機也在這些行業(yè)有著良好的發(fā)展前景離心

17、式空氣壓縮機的優(yōu)點：與往復(fù)式壓縮機比較，離心式壓縮機具有下述優(yōu)點：1、結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕；2、排氣連續(xù)、均勻，不需要級間中間罐等裝置；3、振動小，易損件 少，不需要龐大而笨重的基礎(chǔ)；4、除軸承外，機件內(nèi)部不需潤滑，省油，且不 污染被壓縮的氣體；5、轉(zhuǎn)速高；6、維修量小，調(diào)節(jié)方便。1.3壓縮機的主要功能和用途：(1) 空氣壓縮機的特點由電動機直接驅(qū)動壓縮機，使曲軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，帶動連桿使活塞產(chǎn)生往 復(fù)運動，引起氣缸容積變化。由於氣缸內(nèi)壓力的變化，通過進氣閥使空氣經(jīng)過 空氣濾清器(消聲器)進入氣缸，在壓縮行程中，由於氣缸容積的縮小，壓縮 空氣經(jīng)過排氣閥的作用，經(jīng)排氣管，單向閥(止回閥)進入儲

18、氣罐，當排氣壓 力達到額定壓力 0.7MPa時由壓力開關(guān)控制而自動停機。當儲氣罐壓力降至 0.5-0.6MPa時壓力開關(guān)自動聯(lián)接啟動。(2)空氣壓縮機的選擇空氣壓縮機的選擇主要依據(jù)氣動系統(tǒng)的工作壓力和流量。氣源的工作壓力應(yīng)比氣動系統(tǒng)中的最高工作壓力高20%左右，因為要考慮供氣管道的沿程損失和局部損失。如果系統(tǒng)中某些地方的工作壓力要 求較低，可以采用減壓閥來供氣。空氣壓縮機的額定排氣壓力分為低壓(0.71.0MPa )、中壓(1.010MPa )、 高壓(10100MPa )和超高壓 (100MPa 以上)，可根據(jù)實際需求來選擇。常見使用壓力一般為 0.7-1.25MPa 。首先按空壓機的特性要

19、求，選擇空壓機的類型。再根據(jù)氣動系統(tǒng)所需 要的工作壓力和流量兩個參數(shù)，確定空壓機的輸出壓力pc和吸入流量qc,最終選取空壓機的型號。1)空壓機的輸出壓力 pcpc=p+-E ppc :空壓機的輸出壓力p :氣動執(zhí)行元件的最高使用壓力EA p：氣動系統(tǒng)的總壓力損失。一般情況下， J p=0.150.2MPa 。2)空壓機的吸入流量 qc不設(shè)氣罐，qb=qmax設(shè)氣罐，qb=qsaqb :氣動系統(tǒng)提供的流量qmax :氣動系統(tǒng)的最大耗氣量qsa :氣動系統(tǒng)的平均耗氣量空壓機的吸入流量，qc=kqbqc：空壓機的吸入流量k:修正系數(shù)。主要考慮氣動元件、管接頭等處的漏損、氣動系統(tǒng)耗氣量的估算誤差、多臺

20、氣動設(shè)備不同時使用的利用率以及增添新的氣動設(shè)備的可能性等因素。一般 k=1.52.0.3)空壓機的功率 Pp= (n+1) *k*p1*qc*(pc/p1)A(k-1)/(n+1)*k-1/(k-1)*0.06(3)空氣壓縮機的用途a、傳統(tǒng)的空氣動力：風(fēng)動工具，鑿巖機、風(fēng)鎬、氣動扳手，氣動噴砂；b、儀表控制及自動化裝置，如加工中心的刀具更換等c、車輛制動,門窗啟閉；d、噴氣織機中用壓縮空氣吹送緯紗以代替梭子；e、食品、制藥工業(yè)，利用壓縮空氣攪拌漿液；f、大型船用柴油機的起動;g、風(fēng)洞實驗、地下通道換氣、金屬冶煉；h、油井壓裂；i、高壓空氣爆破采煤；j、武器系統(tǒng)，導(dǎo)彈發(fā)射、魚雷發(fā)射；k、潛艇沉浮

21、、沉船打撈、海底石油勘探、氣墊船；1、輪胎充氣；m、吹瓶機；n、噴漆；二、壓縮機拖動系統(tǒng)的負載特性2.1 活塞式壓縮機根據(jù)上述活塞式壓縮機的工作原理，按四個過程分析活塞式壓縮機的負載特性：a）吸氣過程：進氣門打開，排氣門關(guān)閉，汽缸內(nèi)壓力為進氣壓力，活塞在汽缸內(nèi)作 包轉(zhuǎn)矩勻速運動；b）壓縮過程：進、排氣門關(guān)閉，汽缸內(nèi)的氣體在活塞的推動下進行壓縮。根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程，并假設(shè)在壓縮的過程中氣體的溫度不變，即根據(jù)玻意爾-馬略特定律：P1.V1 = P2.V2 = nRT在壓縮的過程中氣體的體積不斷縮小，壓力則不斷增大，與體積成反比例的關(guān)系：P2 = P1.V1/V2 =nRT/V2。即活塞上的壓力

22、與體積成反比例的關(guān)系增大。c）排氣過程：當汽缸內(nèi)的壓力達到排氣壓力時，排氣門打開，壓縮氣體排出，體積增大，壓力與體積 成反比例的關(guān)系減小。d）膨脹過程：當活塞運動到上止點后，氣隙內(nèi)的氣體膨脹，推動活塞運動，電動機短時 呈發(fā)電狀態(tài)運行。隨之進氣門打開，吸氣過程又開始了。根據(jù)以上的分析，電動機的拖動轉(zhuǎn)矩可畫成如圖4所示的曲線：圖4圖4 活塞式壓縮機的拖動轉(zhuǎn)矩曲線由圖4可以看出：活塞式壓縮機的負載特性屬周期性沖擊負載，其平 均轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速的改變而變化，即 可按“（平均）恒轉(zhuǎn)矩”負載處理，其軸 功率只與轉(zhuǎn)速的一次方成正比即：P = F.n 。2.2 螺桿式壓縮機螺桿式壓縮機是一種回轉(zhuǎn)式容積式壓縮機，其

23、負載特性與活塞式壓縮機相 似，只是在同一時刻存在著吸汽、壓縮、排汽三個過程，不過它們發(fā)生在不同 的齒槽空間而已。這就相當于說活塞式壓縮機的負載曲線是“單相”的，而 螺桿式壓縮機則是“多相”的而已，電動機的拖動轉(zhuǎn)矩可畫成如圖5所示的曲線：圖5圖5 螺桿式壓縮機的拖動轉(zhuǎn)矩曲線由圖5也可以看出：活塞式壓縮機的負載特性屬周期性沖擊負載，其平均轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速的改變而變化，即軸功率只與轉(zhuǎn)速的一次方成正比即：2.3離心式壓縮機可按“(平均)恒轉(zhuǎn)矩”負載處理，其P = F.n o離心式壓縮機即為超高壓的離心式風(fēng)機，具負載特性同離心式風(fēng)機的負載特性，即為 平方轉(zhuǎn)矩特性。分析方法同離心式風(fēng)機，只是要注意系統(tǒng)反 壓和

24、最低出口壓力的要求。因為離心式壓縮機與通風(fēng)機和鼓風(fēng)機不一樣：通風(fēng)機和鼓風(fēng)機系統(tǒng)一般不存在反壓，所以基本滿足流體力學(xué)的三個相似 條件，可以用比例定律的三個公式計算： / / qv/q v=n/n(1)H H/H =( n/n )2, p/p =( n/n )2(2)P/P =( n/n )3(3)而離心式壓縮機系統(tǒng)一般都存在反壓力：儲氣罐壓力或母管壓力，其原理就像水泵系統(tǒng)的靜揚程一樣。所以離心式壓縮機系統(tǒng)不滿足流體力學(xué)的三個相似條件，因而不能直接用比例定律的三個公式計算，而必須進行相 似折算后才能用比例定律的三個公式計算，其原理就像水泵系統(tǒng)在不同靜揚程和不同流量時的節(jié)能計算一樣。三、壓縮機拖動系

25、統(tǒng)的節(jié)能分析壓縮機系統(tǒng)一般采用“卸壓”方式或通過打開回流閥的方式進行氣罐 壓力或母管壓力的控制，這樣無疑會有一部分能量白白的浪費掉，如果采 用調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速的方式來控制壓力的話，則既能起到節(jié)能的效果，又改 善了控制性能，降低了運行噪音，延長了設(shè)備壽命，減少了維護費用。3.1 活塞式壓縮機根據(jù)以上的分析，活塞式壓縮機可按“(平均)恒轉(zhuǎn)矩”負載處理，其軸功率只與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，即：P = F.n o在壓縮機加載時， 其節(jié)電率約為：(0.96-n/ne) 100% .考慮到壓縮機 的卸載工況，其節(jié)電率會有所下降，具體的下降幅度，要視卸載/加載的時問比例而定。 其最低轉(zhuǎn)速受主軸油泵的壓力限制。對于

26、容積式壓縮機來講，在調(diào)速運行時，其出口壓力不變，與轉(zhuǎn)速無 關(guān)！所以可不考慮反壓的影響。其流量和所消耗的電功率均與轉(zhuǎn)速的一次 方成正比！3.2 螺桿式壓縮機同活塞式壓縮機！3.3 離心式壓縮機離心式壓縮機的節(jié)能計算原理就像水泵系統(tǒng)在不同靜揚程和不同流量時的節(jié)能計算一樣。只要知道反壓（氣罐壓力或母管壓力）所占 額定全壓的百分比和實際流量所占額定流量的百分比，就可查表求出其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速、軸功率和節(jié)電率。表1水泵系統(tǒng)在不同靜揚程和不同流量時轉(zhuǎn)速、軸功率和節(jié)電率:Q/Qe 靜揚程HSt零10%20%30%40%50%60%70%80%90%10%轉(zhuǎn)速31.637.142.848.554.861.368.4

27、75.883.391.2軸功率%3.164.277.8411.416.523.132.043.657.875.9節(jié)電率%90.586.782.275.570.462.551.238.320.920%轉(zhuǎn)速44.749.554.459.464.569.674.880.185.892.1軸功率%8.9312.116.121.026.833.741.951.463.278.1節(jié)電率%79.475.270.865.359.251.542.431.217.030%轉(zhuǎn)速54.858.662.566.570.674.778.983.488.193.0軸功率%16.520.124.429.435.241,749

28、.158.068.480.4節(jié)電率%65.662.259.153.449.542.635.025.814.540%轉(zhuǎn)速63.266.269.372.575.879.282.786.390.093.9軸功率%25.229.033.338.143.649.756.664.372.982.8節(jié)電率%55.853.549.946.040.534.528.020.912.050%轉(zhuǎn)速70.773.175.678.180.783.486.288.991.894.8軸功率%35.539.143.247.656.758.064.170.377.485.2節(jié)電率%43.641.536.032.729.525.8

29、21.316.19.460%轉(zhuǎn)速77.579.280.982.684.586.688.891.093.395.7軸功率%46.649.752.956.460.365.070.175.481.287.7節(jié)電率%30.128.426.624.522.218.915.511.96.870%轉(zhuǎn)速83.785.086.387.688.990.391.893.394.896.6軸功率%58.661.464.367.270.373.677.481.285.290.2節(jié)電率%12.411.410.39.38.37.26.25.14.280%轉(zhuǎn)速89.590.391.191.992.793.694.595.49

30、6.497.5軸功率%71.773.675.677.679.782.084.486.889.692.7節(jié)電率%5.95.14.33.63.12.62.21.81.5閥門調(diào)節(jié)功耗%737780848790939698注意：1.表中最左邊一欄為水泵系統(tǒng)靜揚程與全揚程的百分比;2 .表中最上邊一欄為水泵系統(tǒng)的實際流量與額定流量的百分比。3 .本表所列數(shù)據(jù)系根據(jù)某典型水泵特性得出，與實際的泵有一定誤差3.4工業(yè)企業(yè)壓縮機系統(tǒng)節(jié)能改造在工業(yè)企業(yè)中，一般有多臺壓縮機組成壓縮機系統(tǒng)，采用母管制運行； 母管壓力采用啟停壓縮機和卸載控制相結(jié)合的辦法，也能達到經(jīng)濟運行的 目的。在這樣的壓縮機系統(tǒng)中，若是容積式壓縮

31、機（即活塞式壓縮機和螺桿式 壓縮機）單機采用調(diào)速運行時，只影響流量而不會影響并汽壓力，因此可以單 臺或部分壓縮機實現(xiàn)變頻調(diào)速，在不影響供汽壓力的前提下實現(xiàn)供汽流量 調(diào)節(jié)。若是離心式壓縮機，在單臺或部分壓縮機實現(xiàn)變頻調(diào)速時，就要考慮并 汽壓力的問題了：因為母管壓力限制了壓縮機的調(diào)速范圍，如果母管壓力較高， 調(diào)速壓縮機稍一降速就會并不了汽，就像是靜揚程較高的水泵系統(tǒng)一樣。工程 中也不乏這樣的失敗先例，我們一定要記住這樣的教訓(xùn)！a）廣州南方制堿廠有兩臺鍋爐給水泵，由于靜揚程（汽包壓力）很高,占到額定揚程的 70%,上海科達公司只改了一臺泵變頻運行，當變頻泵和工精品文檔頻泵并列運行時，變頻泵的頻率降到

32、48 赫茲時就出不了水了，只能當軟啟動器用！b) 石家莊華北制藥廠一共有十一臺離心式壓縮機，平時只要開5 一 6臺就可以滿足供汽壓力的要求，北京利德華福公司只改了一臺壓縮機變頻運行，由于母管壓力很高(5 臺壓縮機工頻運行)，變頻壓縮機的頻率降到48 赫茲時就并不了汽了，運行一個月的結(jié)果是不但不節(jié)能，反而還費能，最后只好拆回去了！四、 壓縮機變頻調(diào)速和液力耦合器調(diào)速節(jié)能比較4.1. 液力耦合器的工作原理和主要特性參數(shù)(略，見第一講)4.2. 液力耦合器在壓縮機調(diào)速中的節(jié)能效果a) 液力耦合器在活塞式壓縮機和螺桿式壓縮機的調(diào)速中不節(jié)能，其轉(zhuǎn)差功率都變成熱量消耗掉了！b) 液力耦合器在離心式壓縮機調(diào)

33、速中的節(jié)能效果同離心式風(fēng)機。4.3. 壓縮機變頻調(diào)速和液力耦合器調(diào)速節(jié)能對比計算a) 液力耦合器在活塞式壓縮機和螺桿式壓縮機的調(diào)速中不節(jié)能 ，其轉(zhuǎn)差功率都變成熱量消耗掉了. 甚至還不如卸載方式節(jié)能! 改用變頻調(diào)速后，如果變頻器和液力耦合器的固有損耗可以相抵消，其節(jié)電率約為：(1.0 - n/ne ) 100%.考慮到壓縮機的卸載工況，其節(jié)電率會有所下降，具體的下降幅度，要視卸載 / 加載的時間比例而定。b) 液力耦合器在離心式壓縮機調(diào)速中的節(jié)能效果同離心式風(fēng)機，改用變頻器后的相對節(jié)電率為：(1.0 - n/ne ) 100% .如果不拆除液力耦合器，則還要減去液力耦合器在最高轉(zhuǎn)速運行時的固有損

34、耗和丟轉(zhuǎn)引起的損耗：(0.96 0.04-0.04 n/ne) 100% .實際約為：(0.88 - n/ne ) 100% .如 果拆除液力耦合器，則還應(yīng)考慮當變頻器因故障而退出運行，投工頻旁路時的啟動措施，如加軟啟動器。五、離心式壓縮機并列運行節(jié)能分析5.1相同參數(shù)離心式壓縮機并列運行節(jié)能分析例5-1:圖6所示為兩臺壓縮機機并聯(lián)運行且其中一臺轉(zhuǎn)速降低時并聯(lián)運行工況 點的變化情況。并聯(lián)運行工作點由 M點逐漸移到M M M.點；工頻壓 縮機的工作點則相應(yīng)的由N點逐漸移到N N N二點；由圖上可見，工作 點所對應(yīng)的流量減小，同時壓力下降；而工頻壓縮機的流量反而會增加。最后工作點移到B點，變頻壓縮

35、機的流量為零，而工頻壓縮機的流量約增加了 60%, 壓力下降了 40%左右，工頻壓縮機有可能過載，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，如關(guān)小進 氣門以防止其過載。根據(jù)壓力減小的比例可以算出變頻壓縮機的最低轉(zhuǎn)速：Pb/Pm開平方即為最低轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值。如Pb/Pm=0.6,則n1/ne=0.77。此時對于變頻壓縮機來說，Pb就成了其靜壓力了，已不再符合相似定律了，所 以在調(diào)速的過程中，流量已不再與轉(zhuǎn)速的一次方成正比了，而是流量比恒大于轉(zhuǎn)速比了！其中心調(diào)節(jié)頻率也不再是額定頻率與最低頻率的中間值了，而應(yīng)查 表1求出50%流量時的轉(zhuǎn)速（頻率）了！如果本例的靜壓力Pb為全壓的50%的話，則其中心調(diào)節(jié)頻率為 83.4

36、%額定頻率（轉(zhuǎn)速）,而不是0.77與1.00的中 間值88.5% !這個轉(zhuǎn)速也是我們計算變頻壓縮機功率消耗的依據(jù)?？梢愿鶕?jù)不 同流量時的轉(zhuǎn)速查出（或算出）其消耗的電功率和節(jié)電率來。圖6兩機并聯(lián)其中一臺轉(zhuǎn)速降低時并聯(lián)運行工況點的變化/卸載或啟/如果壓縮機在工頻運行時采用卸載或啟?？刂频脑挘鸵鶕?jù)加?？刂频臅r間比和相應(yīng)的電功率消耗的值進行計算了。一般在這種工況下，僅 一臺機采用變頻調(diào)速控制收不到什么節(jié)能效果，只能對出口壓力的穩(wěn)定性起到 作用；只有兩臺壓縮機同時采用變頻調(diào)速，才能取得良好的節(jié)能效果。圖7多機并聯(lián)其中一臺轉(zhuǎn)速降低時并聯(lián)運行工況點的變化精品文檔例5-2:圖7所示為三臺壓縮機機并聯(lián)運行且

37、其中一臺轉(zhuǎn)速降低時并聯(lián)運行 工況點的變化情況。與上例相比，變頻壓縮機的靜壓力更高，因而調(diào)速范圍更 小，節(jié)能效果也就更差了。如果其中還有一臺壓縮機采用啟?？刂频脑?，則有 可能不但不節(jié)能，反而還費能了， 就如華北制藥廠的案例一樣！5.2不同參數(shù)離心式壓縮機并列運行節(jié)能分析VFE圖8不同參數(shù)離心式壓縮機并列運行分析精品文檔例 5-3 ： 工程案例：河南天方藥業(yè)壓縮機節(jié)能分析：河南天方藥業(yè)集團共有各種壓縮機31 臺：650m3/min 進口壓縮機4 臺， 400m3/min 國產(chǎn)壓縮機11 臺，活塞式壓縮機16臺，它們的參數(shù)和工作數(shù)據(jù)如下：1. 進口離心式壓縮機4 臺：壓縮機參數(shù)：型 號： TA95M

38、2D （二級壓縮）額定流量：650m3/min吸氣壓力：0.0993MPa（大氣壓力0.1013MPa）吸氣溫度：35 oC相對濕度：80%排氣壓力：0.33MPa （絕對壓力）軸 功 率： 2058 kW （+ - 4%）電動機參數(shù)：型 號： TECO 三相感應(yīng)電動機額定功率：2200kW額定電壓：10000 V額定電流：139 A （運行電流118-122A）額定轉(zhuǎn)速：2960 rpm功率因數(shù)：0.882. 國產(chǎn)離心式壓縮機11 臺：壓縮機參數(shù)：型 號：額定流量：400m3/min吸氣壓力：98.68 kPa （大氣壓力100.68 kPa）吸氣溫度：20-155 oC相對濕度：80%排氣

39、壓力：280.68 kPa （絕對壓力）軸 功 率： 1098 kW （+ - 4%）電動機參數(shù)：型 號： YKOS 1250 -2 三相感應(yīng)電動機額定功率：1250kW額定電壓：10000 V額定電流：84 A（運行電流78-82A）額定轉(zhuǎn)速：2985/1760 rpm 速比：5.89功率因數(shù)：0.853. 國產(chǎn)活塞式壓縮機16臺：（用作末端壓力微調(diào)。） 壓縮機參數(shù)：型 號：額定流量：80m3/min吸氣壓力：98.68 kPa （大氣壓力100.68 kPa）吸氣溫度：20-155 C相對濕度：80%排氣壓力：320 kPa （絕對壓力）軸 功率：208 kW （+ - 4%）電動機參數(shù)：

40、型 號：三相感應(yīng)電動機額定功率：240kW額定電壓：380 V額定電流：54 A額定轉(zhuǎn)速：1485 rpm功率因數(shù)：0.85圖9所示為壓縮機組的示意圖：發(fā)酵罐群Y1Y2Y3Y4Q QQQ壓縮機組! M n M n ! t t ! ! !發(fā)酵罐群圖9河南天方藥業(yè)集團二分廠壓縮機組示意圖由于所有的壓縮機都并入同一管網(wǎng)系統(tǒng)工作，管線很長，所以管網(wǎng)阻力很大。離心式壓縮機采用進氣門控制，活塞式壓縮機則采用運行臺數(shù)控制。 在目前（冬 季）用氣量約為60%左右，管網(wǎng)壓力為0.16MPa （表壓，即相對壓力）的工況 下，壓縮機運行電流已達 90%98%,若再開大進氣門電動機就會過載；夏天 由于空氣密度變小，所

41、以進氣門要開大，而電功率增加并不多。由于壓縮機在 小流量工作時效率降低，所以電流太小工作不經(jīng)濟；由于壓縮機臺數(shù)很多，所 以采用工作臺數(shù)來調(diào)節(jié)用氣量，讓運行壓縮機都工作在高效狀態(tài)。由于管網(wǎng)阻力很大，還要保證進入發(fā)酵罐的壓力，所以管網(wǎng)壓力應(yīng)滿足不小 于 0.15MPa。圖10壓縮機組的綜合性能曲線和調(diào)速分析圖10為兩組共15臺壓縮機組的綜合性能曲線，第一組為11臺額定流量為400m3/min ,出口全壓為0.18Mpa的國產(chǎn)壓縮機，第二組為 4臺額定 流量為650m 3/min ,出口全壓為 0.23Mpa的國產(chǎn)壓縮機，選擇出口壓力較 大的四臺進口壓縮機變頻調(diào)速改造，可以取得較好的節(jié)能效果。由圖1

42、0可以看出：壓縮機組目前的工作點在M,總流量約為6800m3/min ,壓力為0.16Mpa ;若將四臺進口壓縮機關(guān)掉（或者將轉(zhuǎn)速降低到足夠低，以至于不能并氣），壓縮機組的工作點將移到 B點，流量為5400 m3/min ,壓力為 0.11Mpa，總的軸功率約為： Pz = Px Q/f = 90X110/0.85 =11647 kW , 11647kW/11 = 1059 kW ,尚未超過額定軸功率（ 1098kW）,所 以電動機也不會過載。對于變頻壓縮機組來說，其靜壓約占全壓的50%取平均調(diào)節(jié)流量為額定流量的50的算：其轉(zhuǎn)速為 83.4%額定轉(zhuǎn)速，管道壓力約為0.14Mpa,軸功率為58%

43、 節(jié)電率為14.5%;若流量為 60% 節(jié)電率為 25.8%;若流量為 70%節(jié)電率為21.3%;若流量為80%其轉(zhuǎn)速為91.8%額定轉(zhuǎn)速，管道壓力 約為0.15Mpa,節(jié)電率為16.1%;若流量為90%,節(jié)電率為9.4%;如下表所 示：Q/Qe靜揚程HSt零10%20%30%40%50%60%70%80%90%50%轉(zhuǎn)速70.773.175.678.180.783.486.288.991.894.8軸功率%35.539.143.247.656.758.064.170.377.485.2管道壓力MPa.115.120.125.130.135.140.145.150.155.160節(jié)電率%43.

44、641.536.032.729.525.821.316.19.4若只有一臺壓縮機采用變頻調(diào)速的話, 65%如圖12所示。其靜壓為0.15Mpa,約占全壓的圖12取平均調(diào)節(jié)流量為額定流量的 50%#算：其轉(zhuǎn)速為 88.4%額定轉(zhuǎn)速，管 道壓力約為 0.14Mpa,軸功率為 69.1%,節(jié)電率為 14.5%;若流量為 60% 節(jié)電率為13.2%;若流量為 70% 節(jié)電率為 11.3%;若流量為 80% 其轉(zhuǎn)速 為94.1%額定轉(zhuǎn)速，節(jié)電率為 8.1%;若流量為 90% 節(jié)電率為 5.4%;如下 表所示：Q/Qe靜揚程HSt、.零10%20%30%40%50%60%70%80%90%65%轉(zhuǎn)速80.

45、282.183.685.186.788.490.392.294.196.2軸功率%51.655.358.461.665.269.173.678.483.389.0管道壓力MPa.150.151.152.153.154.155.156.157.158.159節(jié)電率%20.418.517.015.714.513.211.38.15.4如果反過來：進口壓縮機組工頻定速運行，國產(chǎn)壓縮機組變頻調(diào)速運 行，則其靜壓為 0.144Mpa ,約占全壓的 80%見圖13所示：圖13計算結(jié)果如下表:Q/Qe靜揚程hST-、.零10%20%30%40%50%60%70%80%90%80%轉(zhuǎn)速89.590.391.1

46、91.992.793.694.595.496.497.5軸功率%71.773.675.677.679.782.084.486.889.692.7節(jié)電率%5.95.14.33.63.12.62.21.81.5在這種情況下，如果只有一臺壓縮機采用變頻調(diào)速運行的話，就更不 能取得什么節(jié)能效果了！附件：球磨機節(jié)能技術(shù)1 .球磨機的工作原理目前球磨機普遍采用的驅(qū)動方式是：三相交流電動機 液力耦合器 齒輪減速器 一皮帶輪減速器。在這里，球磨機的料筒作為了減速器的皮帶輪 用。在球磨機重載起動時，電動機起動電流可達到額定電流的十倍以上。為了 緩解起動時的機械沖擊，傳動環(huán)節(jié)中加入了液力耦合器，液力耦合器是通過控 制工作腔內(nèi)工作油的動量矩變化來傳遞電機的驅(qū)動能量的。電動機通過液力耦 合器的輸入軸拖動其主動工作輪旋轉(zhuǎn)，