整理第三讲 压缩机变频调速节能技术.docx
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整理第三讲压缩机变频调速节能技术
4.环境保护地方性法规和地方性规章
（5）建设项目对环境影响的经济损益分析。
一、环境影响评价的发展与管理体系、相关法律法规体系和技术导则的应用
以森林为例，木材、药品、休闲娱乐、植物基因、教育、人类住区等都是森林的直接使用价值。
（4）化工、冶金、有色、建材、机械、轻工、纺织、烟草、商贸、军工、公路、水运、轨道交通、电力等行业的国家和省级重点建设项目；
（3）专项规划环境影响报告书的内容。
除包括上述内容外，还应当包括环境影响评价结论。
主要包括规划草案的环境合理性和可行性，预防或者减轻不良环境影响的对策和措施的合理性与有效性，以及规划草案的调整建议。
（3）总经济价值的组成。
我们可以用下式表示环境总经济价值的组成：
3）应用污染物排放标准时，依据项目所属行业、环境功能区、排放的污染物种类和环境影响评价文件的批准时间确定采用何种标准。
综合性排放标准与行业性排放标准不交叉执行，即：
有行业排放标准的执行行业排放标准，没有行业排放标准的执行综合排放标准。
（4）环境保护验收。
1.准备阶段科陆变频节能技术讲座：
第三讲压缩机变频调速节能技术
3.4工业企业压缩机系统节能改造……………………………………10
五、压缩机并列运行节能分析
5.1.相同参数离心式压缩机并列运行节能分析
5.2.不同参数离心式压缩机并列运行节能分析
5.3.河南天方药业压缩机组节能分析：
附录：
球磨机的节能技术
一、概论
1.1压缩机的分类：
（1）往复式活塞（柱塞）压缩机；
（2）螺杆式压缩机（类似罗茨式风机）；
（3）离心式压缩机（类似离心式风机）；
风机除按工作原理分类外，还常按其产生全压的高低来分类：
（a）风扇指在标准状况下，风机产生的额定全压低于98Pa的风机。
这类风机无机壳，故又称自由风扇。
（b）通风机指在设计条件下，风机产生的额定全压值在98Pa～14700Pa之间的风机。
在各类风机中，通风机应用最为广泛，如发电厂中用的各种风机基本上都是通风机。
（c）鼓风机指气体经风机后的压力升高在14700Pa～196120Pa之间的风机。
也称高压风机。
（d）压缩机指气体经风机后的压力升高大于196120Pa，或压缩比大于3.5的风机。
也称超高压风机。
1.2压缩机的工作原理
根据工作方式的不同，压缩机可分为两大类——容积型与速度型。
容积型压缩机是靠工作腔容积的改变来实现吸汽、压缩、排汽等过程。
属于这类压缩机的有往复式压缩机和回转式压缩机。
速度型压缩机是靠高速旋转的叶轮对气体做功，压力升高，并完成输送气体的任务。
属于这类压缩机的有离心式和轴流式压缩机，目前常用的是离心式压缩机。
1、往复式压缩机的工作原理
往复式压缩机又称活塞式压缩机。
压缩机的工作腔是汽缸。
活塞在汽缸内作上下往复运动，从而完成了压缩、排汽、膨胀、吸汽等过程。
（1）工作原理：
图1所示为往复式压缩机示意图，图中的四个过程分别表示了压缩机工作中的四个过程：
到最低位置（称活塞的下止点）时，汽缸吸满蒸气。
而活塞转而向上，这时吸、排汽门都关闭，汽缸容积缩小，蒸气被压缩，一直压缩到排汽压力为止。
图中（b）为排汽过程：
当压力达到一定值（大于排汽管内压力）时，排汽阀开启，活塞继续上移，蒸气排出，一直到活塞上移到最高位置（这位置称活塞的上止点）时，排汽结束。
图中（c）是余隙膨胀过程：
为了防止活塞与吸排汽阀碰撞，活塞上移到上止点时，活塞与汽缸顶部之间留有一定间隙，称余隙。
当活塞转而向下运动时，排汽结束时留在余隙内的高压蒸气阻止吸汽阀开启，吸汽不能开始。
这时余隙内的蒸气随着活塞下移而进行膨胀，一直膨胀到吸汽压力以下时才结束。
图中之（d）是吸汽过程：
吸汽阀开启，随着活塞往下运动而吸汽，一直进行到活塞下移到活塞下止点为止。
图1活塞式压缩机
（2）优点：
它应用比较广泛，制造技术成熟，结构简单，而且对加工材料和加工lT艺要求较低，造价比较低，适应性强，能适应广阔的压力范围和制冷量要求，可维修性强。
（3）缺点：
无法实现较高转速，机器大而重，不容易实现轻量化，排气不连续，气流容易出现波动，而且工作时有较大的振动。
由于曲轴连杆式压缩机的上述特点，已经很少有小排量压缩机采用这种结构形式，曲轴连杆式压缩机目前大多应用在客车和卡车的大排量空调系统中。
2、螺杆式压缩机的构造与工作过程
螺杆式压缩机是一种回转式容积式压缩机。
它利用螺杆的齿槽容积和位置的变化来完成蒸气的吸人、压缩和排IqJ过程。
无油螺杆压缩机在本世纪三十年代问世，主要用于压缩空气。
后来汽缸内喷油的螺杆式压缩机出现，性能得到提高，目前，喷油式螺杆压缩机已是制冷压缩机中主要机种之一。
螺杆式压缩机分为双螺杆和单螺杆两大类，双螺杆压缩机习惯上称为螺杆式压缩机。
（1）图2为喷油式螺杆式压缩机的构造。
在断面为双圆相交的汽缸内，装有一对转子——阳转子和阴转子。
阳转子有四个齿，阴转子有六个齿，两根转子相互啮合。
当阳转子旋转一周，隐转子旋转2／3周，或者说，阳子的转速比阴转子的转速快50％。
图3是螺杆式压缩机从吸汽到排汽的工作过程，在汽缸的吸汽端座上开有吸汽口，当齿槽与吸汽口相通时，吸汽就开始，随着螺杆的旋转，齿槽脱离吸汽口，一对齿槽空间吸满蒸气，如图（a）。
螺杆继续旋转，两螺杆的齿与齿槽相互啮合，有汽缸体、啮合的螺杆和排汽端座组成的齿槽容积变小，而且位置向排汽端移动，完成了对蒸气压缩和输送的作用，如图（b）。
当这对齿槽空间与端座的排汽口相通时，压缩终了，蒸气被排出，如图（c）。
每对齿槽空间都存在着吸汽、压缩、排汽三个过程：
a）吸气结束b）压缩行程c）排出开始之前。
在同一时刻存在着吸汽、压缩、排汽三个过程，不过它们发生在不同的齿槽空间而已。
（2）螺杆式压缩机的优点：
①螺杆式压缩机只有旋转运动，没有往复运动，因此压缩机的平衡性好，振动小，可以提高压缩机的转速。
②螺杆式压缩机的结构简单、紧凑，重量轻，无吸、排汽阀，易损件少，可靠性高，检修周期长。
③在低蒸发温度或高压缩比工况下，用单级压缩仍然可正常工作，且有良好的性能。
这是由于螺杆式压缩机没有余隙，没有吸、排汽阀，故在这种不利工况下仍然有较高的容积效率。
④螺杆式压缩机对湿压缩不敏感。
⑤螺杆式压缩机的制冷量可以在10％一100％范围内无级调节，但在40％以上负荷时的调节比较经济。
（3）缺点：
噪声较大，以及需要设置一套润滑油分离、冷却、过滤和加压的辅助设备，造成机组体积大。
（4）应用范围
双螺杆压缩机在化工、制冷及空气动力工程中，它所占的比重较大。
螺杆压缩机的容积流量范围是250m3／12f。
螺杆式压缩机由包容在机壳中的两根相互啮合的螺旋转子组成，转子之间和机壳与转子之间的间隙仅为5～10丝，主转子（又称阳转子或凸转子），通过由发动机或电动机驱动（多数为电动机驱动），另一转子（又称阴转子或凹转子）是由主转子通过喷油形成的油膜进行驱动，或由主转子端和凹转子端的同步齿轮驱动。
所以驱动中没有金属接触（理论上）。
转子的长度和直径决定压缩机排气量（流量）和排气压力，转子越长，压力越高；转子直径越大，流量越大。
螺旋转子凹槽经过吸气口时充满气体。
当转子旋转时，转子凹槽被机壳壁封闭，形成压缩腔室，当转子凹槽封闭后，润滑油被喷入压缩腔室，起密封。
冷却和润滑作用。
当转子旋转压缩润滑剂+气体（简称油气混合物）时，压缩腔室容积减小，向排气口压缩油气混合物。
当压缩腔室经过排气口时，油气混合物从压缩机排出，完成一个吸气——压缩——排气过程。
螺杆机的每个转子由减摩轴承所支承，轴承由靠近转轴端部的端盖固定。
进气端由滚柱轴承支承，排气端由一以对靠的贺锥滚柱支承通常是排气端的轴承使转子定位，也就是止推轴承，抵抗轴向推力，承受径向载荷，并提供必须的轴向运行最小间隙。
（3）螺杆式空压机工作过程
1）吸气过程：
螺杆式的进气侧吸气口，必须设计得使压缩室可以充分吸气，而螺杆式压缩机并无进气与排气阀组，进气只靠一调节阀的开启、关闭调节，当转子转动时，主副转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大，此时转子的齿沟空间与进气口之自由空气相通，因在排气时齿沟之空气被全数排出，排气结束时，齿沟乃处于真空状态，当转到进气口时，外界空气即被吸入，沿轴向流入主副转子的齿沟内。
当空气充满整个齿沟时，转子之进气侧端面转离了机壳之进气口，在齿沟间的空气即被封闭。
2）封闭及输送过程：
主副两转子在吸气结束时，其主副转子齿峰会与机壳闭封，此时空气在齿沟内闭封不再外流，即[封闭过程]。
两转子继续转动，其齿峰与齿沟在吸气端吻合，吻合面逐渐向排气端移动。
3）压缩及喷油过程：
在输送过程中，啮合面逐渐向排气端移动，亦即啮合面与排气口间的齿沟间渐渐减小，齿沟内之气体逐渐被压缩，压力提高，此即[压缩过程]。
而压缩同时润滑油亦因压力差的作用而喷入压缩室内与室气混合。
4）排气过程：
当转子的啮合端面转到与机壳排气相通时，（此时压缩气体之压力最高）被压缩之气体开始排出，直至齿峰与齿沟的啮合面移至排气端面，此时两转子啮合面与机壳排气口这齿沟空间为零，即完成（排气过程），在此同时转子啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长，其吸气过程又在进行
3、离心式压缩机的工作原理和应用
离心式压缩机通过高速旋转的叶轮，把原动机的能量传送给气体，使气体压力和速度提高，气体在压缩机内固定元件中将速度能转换为压力能。
主要用来压缩和输送气体。
离心式压缩机的工作原理是气体进入离心式压缩机的叶轮后，在叶轮叶片的作用下，一边跟着叶轮作高速旋转，一边在旋转离心力的作用下向叶轮出口流动，并受到叶轮的扩压作用，其压力能和动能均得到提高，气体进入扩压器后，动能又进一步转化为压力能，气体再通过弯道、回流器流入下一级叶轮进一步压缩，从而使气体压力达到工艺所需的要求。
离心式压缩机的原理与活塞式压缩机有根本区别，它不是利用气缸容积减小的方式来提高气体的压力，而是依靠动能的变化来提高气体压力。
离心式压缩机具有带叶片的工作轮，当工作轮转动时，叶片就带动气体运动或者使气体得到动能，然后使部分动能转化为压力能，从而提高气体的压力。
这种压缩机由于它工作时不断地将制冷剂蒸汽吸入，又不断地沿半径方向被甩出去，所以称这种型的压缩机为离心式压缩机。
它与离心式风机有很大的相似之处。
离心式空气压缩机原理是由叶轮带动气体做高速旋转，使气体产生离心力，由于气体在叶轮里的扩压流动，从而使气体通过叶轮后的流速和压力得到提高，连续地生产出压缩空气。
离心式空气压缩机属于速度式压缩机，在用气负荷稳定时离心式空气压缩机工作稳定、可靠。
①结构紧凑、重量轻，排气量范围大；②易损件少，运转可靠、寿命长；③排气不受润滑油污染，供气品质高；④大排量时效率高、且有利于节能。
离心式空气压缩机的结构特点：
离心式空气压缩机组结构简单，运行可靠；离心压缩机主要由转子和定子两大部分组成。
转子包括叶轮和轴。
叶轮上有叶片，此外还有平衡盘和轴封的一部分。
定子的主体是机壳（气缸），定子上还安排有扩压器、弯道、回流器、迸气管、排气管及部分轴封等。
离心压缩机的工作原理为，当叶轮高速旋转时，气体随着旋转，在离心力作用下，气体被甩到后面的扩压器中去，而在叶轮处形成真空地带，这时外界的新鲜气体进入叶轮。
叶轮不断旋转，气体不断地吸入并甩出，从而保持了气体的连续流动。
离心式空气压缩机主要构件、空气动力部分、级间冷却器、整体传动装置、润滑系统和操作控件的制造都能够保证提供可靠的性能；在压缩空气气道中，离心式空气压缩机没有任何需润滑部件；离心式空气压缩机精确平衡的挠性碟片式联轴器，将振动降至最低，并且不需要联接器润滑油，也可以提供其它联接方法；离心式空气压缩机紧凑的成套底座，将框架、中间冷却器和润滑油箱集成在一起，从而具有出色的扭转刚度。
离心式空气压缩机的应用：
离心式空气压缩机广泛应用于汽车、化工、制药、采矿和空气分离等行业，离心式空气压缩机也在这些行业有着良好的发展前景
离心式空气压缩机的优点：
与往复式压缩机比较，离心式压缩机具有下述优点：
1、结构紧凑，尺寸小，重量轻；2、排气连续、均匀，不需要级间中间罐等装置；3、振动小，易损件少，不需要庞大而笨重的基础；4、除轴承外，机件内部不需润滑，省油，且不污染被压缩的气体；5、转速高；6、维修量小，调节方便。
1.3压缩机的主要功能和用途:
（1）空气压缩机的特点
由电动机直接驱动压缩机，使曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，引起气缸容积变化。
由於气缸内压力的变化，通过进气阀使空气经过空气滤清器（消声器）进入气缸，在压缩行程中，由於气缸容积的缩小，压缩空气经过排气阀的作用，经排气管，单向阀（止回阀）进入储气罐，当排气压力达到额定压力0.7MPa时由压力开关控制而自动停机。
当储气罐压力降至0.5--0.6MPa时压力开关自动联接启动。
（2）空气压缩机的选择
空气压缩机的选择主要依据气动系统的工作压力和流量。
气源的工作压力应比气动系统中的最高工作压力高20%左右，因为要考虑供气管道的沿程损失和局部损失。
如果系统中某些地方的工作压力要求较低，可以采用减压阀来供气。
空气压缩机的额定排气压力分为低压（0.7~1.0MPa）、中压（1.0~10MPa）、高压（10~100MPa）和超高压（100MPa以上），可根据实际需求来选择。
常见使用压力一般为0.7-1.25MPa。
首先按空压机的特性要求，选择空压机的类型。
再根据气动系统所需要的工作压力和流量两个参数，确定空压机的输出压力pc和吸入流量qc，最终选取空压机的型号。
1）空压机的输出压力pc
pc=p+∑△p
pc：
空压机的输出压力
p：
气动执行元件的最高使用压力
∑△p：
气动系统的总压力损失。
一般情况下，∑△p=0.15~0.2MPa。
2）空压机的吸入流量qc
不设气罐，qb=qmax
设气罐，qb=qsa
qb：
气动系统提供的流量
qmax：
气动系统的最大耗气量
qsa：
气动系统的平均耗气量
空压机的吸入流量，qc=kqb
qc：
空压机的吸入流量
k：
修正系数。
主要考虑气动元件、管接头等处的漏损、气动系统耗气量的估算误差、多台气动设备不同时使用的利用率以及增添新的气动设备的可能性等因素。
一般k=1.5~2.0.
3）空压机的功率P
p=（n+1）*k*p1*qc*（pc/p1）^{[（k-1）/[（n+1）*k]-1}/（k-1）*0.06
（3）空气压缩机的用途
a、传统的空气动力：
风动工具，凿岩机、风镐、气动扳手，气动喷砂；
b、仪表控制及自动化装置，如加工中心的刀具更换等c、车辆制动，门窗启闭；
d、喷气织机中用压缩空气吹送纬纱以代替梭子；
e、食品、制药工业，利用压缩空气搅拌浆液；
f、大型船用柴油机的起动；
g、风洞实验、地下通道换气、金属冶炼；
h、油井压裂；
i、高压空气爆破采煤；
j、武器系统，导弹发射、鱼雷发射；
k、潜艇沉浮、沉船打捞、海底石油勘探、气垫船；
l、轮胎充气；
m、吹瓶机；
n、喷漆；
二、压缩机拖动系统的负载特性
2.1活塞式压缩机
根据上述活塞式压缩机的工作原理，按四个过程分析活塞式压缩机的负载特性：
a）吸气过程：
进气门打开，排气门关闭，汽缸内压力为进气压力，活塞在汽缸内作恒转矩匀速运动；
b）压缩过程：
进、排气门关闭，汽缸内的气体在活塞的推动下进行压缩。
根据理想气体的状态方程，并假设在压缩的过程中气体的温度不变，即根据玻意尔-马略特定律：
P1.V1=P2.V2=nRT在压缩的过程中气体的体积不断缩小，压力则不断增大，与体积成反比例的关系：
P2=P1.V1/V2=nRT/V2。
即活塞上的压力与体积成反比例的关系增大。
c）排气过程：
当汽缸内的压力达到排气压力时，排气门打开，压缩气体排出，体积增大，压力与体积成反比例的关系减小。
d）膨胀过程：
当活塞运动到上止点后，气隙内的气体膨胀，推动活塞运动，电动机短时呈发电状态运行。
随之进气门打开，吸气过程又开始了。
根据以上的分析，电动机的拖动转矩可画成如图4所示的曲线：
图4活塞式压缩机的拖动转矩曲线
由图4可以看出：
活塞式压缩机的负载特性属周期性冲击负载，其平均转矩不随转速的改变而变化，即可按“（平均）恒转矩”负载处理，其轴功率只与转速的一次方成正比即：
P=F.n。
2.2螺杆式压缩机
螺杆式压缩机是一种回转式容积式压缩机，其负载特性与活塞式压缩机相似，只是在同一时刻存在着吸汽、压缩、排汽三个过程，不过它们发生在不同的齿槽空间而已。
这就相当于说活塞式压缩机的负载曲线是“单相”的，而螺杆式压缩机则是“多相”的而已，电动机的拖动转矩可画成如图5所示的曲线：
图5螺杆式压缩机的拖动转矩曲线
由图5也可以看出：
活塞式压缩机的负载特性属周期性冲击负载，其平均转矩不随转速的改变而变化，即可按“（平均）恒转矩”负载处理，其轴功率只与转速的一次方成正比即：
P=F.n。
2.3离心式压缩机
离心式压缩机即为超高压的离心式风机，其负载特性同离心式风机的负载特性，即为平方转矩特性。
分析方法同离心式风机，只是要注意系统反压和最低出口压力的要求。
因为离心式压缩机与通风机和鼓风机不一样：
通风机和鼓风机系统一般不存在反压，所以基本满足流体力学的三个相似条件，可以用比例定律的三个公式计算：
qv/q＇v=n/n＇
（1）
H/H＇=（n/n＇）2，p/p＇=（n/n＇）2
（2）
P/P＇=（n/n＇）3 （3）
而离心式压缩机系统一般都存在反压力：
储气罐压力或母管压力，其原理就像水泵系统的静扬程一样。
所以离心式压缩机系统不满足流体力学的三个相似条件，因而不能直接用比例定律的三个公式计算，而必须进行相似折算后才能用比例定律的三个公式计算，其原理就像水泵系统在不同静扬程和不同流量时的节能计算一样。
三、压缩机拖动系统的节能分析
压缩机系统一般采用“卸压”方式或通过打开回流阀的方式进行气罐压力或母管压力的控制，这样无疑会有一部分能量白白的浪费掉，如果采用调节压缩机转速的方式来控制压力的话，则既能起到节能的效果，又改善了控制性能，降低了运行噪音，延长了设备寿命，减少了维护费用。
3.1活塞式压缩机
根据以上的分析，活塞式压缩机可按“（平均）恒转矩”负载处理，其轴功率只与转速的一次方成正比，即：
P=F.n。
在压缩机加载时，其节电率约为：
（0.96–n/ne）100%.考虑到压缩机的卸载工况，其节电率会有所下降，具体的下降幅度，要视卸载/加载的时间比例而定。
其最低转速受主轴油泵的压力限制。
对于容积式压缩机来讲，在调速运行时，其出口压力不变，与转速无关！
所以可不考虑反压的影响。
其流量和所消耗的电功率均与转速的一次方成正比！
3.2螺杆式压缩机
同活塞式压缩机！
3.3离心式压缩机
离心式压缩机的节能计算原理就像水泵系统在不同静扬程和不同流量时的节能计算一样。
只要知道反压（气罐压力或母管压力）所占额定全压的百分比和实际流量所占额定流量的百分比，就可查表求出其相应的转速、轴功率和节电率。
表1水泵系统在不同静扬程和不同流量时转速、轴功率和节电率：
流量Q/Qe
静扬程Hst
零
流量
10％
20％
30％
40％
50％
60％
70％
80％
90％
10％
转速%
31.6
37.1
42.8
48.5
54.8
61.3
68.4
75.8
83.3
91.2
轴功率%
3.16
4.27
7.84
11.4
16.5
23.1
32.0
43.6
57.8
75.9
节电率%
90.5
86.7
82.2
75.5
70.4
62.5
51.2
38.3
20.9
20％
转速%
44.7
49.5
54.4
59.4
64.5
69.6
74.8
80.1
85.8
92.1
轴功率%
8.93
12.1
16.1
21.0
26.8
33.7
41.9
51.4
63.2
78.1
节电率%
79.4
75.2
70.8
65.3
59.2
51.5
42.4
31.2
17.0
30％
转速%
54.8
58.6
62.5
66.5
70.6
74.7
78.9
83.4
88.1
93.0
轴功率%
16.5
20.1
24.4
29.4
35.2
41,7
49.1
58.0
68.4
80.4
节电率%
65.6
62.2
59.1
53.4
49.5
42.6
35.0
25.8
14.5
40％
转速%
63.2
66.2
69.3
72.5
75.8
79.2
82.7
86.3
90.0
93.9
轴功率%
25.2
29.0
33.3
38.1
43.6
49.7
56.6
64.3
72.9
82.8
节电率%
55.8
53.5
49.9
46.0
40.5
34.5
28.0
20.9
12.0
50％
转速%
70.7
73.1
75.6
78.1
80.7
83.4
86.2
88.9
91.8
94.8
轴功率%
35.5
39.1
43.2
47.6
56.7
58.0
64.1
70.3
77.4
85.2
节电率%
43.6
41.5
36.0
32.7
29.5
25.8
21.3
16.1
9.4
60％
转速%
77.5
79.2
80.9
82.6
84.5
86.6
88.8
91.0
93.3
95.7
轴功率%
46.6
49.7
52.9
56.4
60.3
65.0
70.1
75.4
81.2
87.7
节电率%
30.1
28.4
26.6
24.5
22.2
18.9
15.5
11.9
6.8
70％
转速%
83.7
85.0
86.3
87.6
88.9
90.3
91.8
93.3
94.8
96.6
轴功率%
58.6
61.4
64.3
67.2
70.3
73.6
77.4
81.2
85.2
90.2
节电率%
12.4
11.4
10.3
9.3
8.3
7.2
6.2
5.1
4.2
80％
转速%
89.5
90.3
91.1
91.9
92.7
93.6
94.5
95.4
96.4
97.5
轴功率%
71.7
73.6
75.6
77.6
79.7
82.0
84.4
86.8
89.6
92.7
节电率%
5.9
5.1
4.3
3.6
3.1
2.6
2.2
1.8
1.5
阀门
调节功耗
％
73
77
80
84
87
90
93
96
98
注意：
1.表中最左边一栏为水泵系统静扬程与全扬程的百分比；
2.表中最上边一栏为水泵系统的实际流量与额定流量的百分
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