螺杆式空压机组成及工作原理，螺杆式空压机的工作原理与作用

很多朋友对螺杆式空压机组成及工作原理，螺杆式空压机的工作原理与作用不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

空压机的变频改造具有改善电机的启动和运行方式、减少设备的机械磨损、在一定范围内节省电能的作用。

螺杆式空压机在工业生产中应用广泛，其控制中采用加卸载阀来控制空压机的供气量。由于用气设备的工作周期或生产工艺的不同，用气量存在波动，有时会造成空压机的频繁装卸。空压机卸载后，电机仍工频运行，不仅浪费电能，而且增加设备的机械磨损；空压机的加载过程中突然加载，也会对设备和电网造成较大的影响。因此，空压机的变频改造具有改善电机的启动和运行方式、减少设备的机械磨损、在一定范围内节省电能的作用。

：一、螺杆空压机工作原理

以单螺杆空压机为例说明空压机的工作原理，单螺杆空压机原理图如图1所示。螺杆空压机的工作过程分为吸气、密封输送、压缩和排气四个过程。当螺杆在机壳内旋转时，螺杆的齿槽与机壳相互啮合，空气由进气口吸入，同时机油也被吸入。由于齿槽啮合面的旋转，将吸入的油气密封输送至排气口；在输送过程中，齿槽啮合间隙逐渐变小，油气被压缩；当齿槽啮合面旋转至机匣排气口时，高压油气混合物从机体内排出。

：二、压缩空气供应系统组成及空压机控制原理

：1、压缩气体供应系统组成

工厂空气压缩空气供应系统一般由空气压缩机、冷干机、过滤器、储气罐、管道、阀门和用气设备等组成。图2是压缩气体供给系统的组成示意图。

：2、空压机控制原理

在工厂的空压机控制系统中，一般采用安装在后端管道上的压力继电器来控制空压机的运行。空压机启动时，加载阀处于非工作状态，加载气缸不动，空压机机头进气口关闭，电机空载启动。当空压机开始运行时，如果后端设备消耗大量空气，储气罐和后端管道中的压缩空气压力未达到压力上限，控制器将启动加载阀，打开进气口，电机带负载运行，不断产生压缩空气至后端管道。如果后端用气设备停止使用气体，后端管道和储气罐内的压缩气体压力会逐渐升高。当压力达到上限设定值时，压力控制器发出卸载信号，加载阀停止工作，进气口关闭，电机空载运行。图3为某品牌空压机系统示意图。

3、螺杆空压机变频改造

空压机工频运行与变频运行对比：

空压机电机的功率一般较大，启动方式多为空载（卸载）星三角启动，加卸载方式均为瞬时。这使得空压机启动时启动电流较大，在装卸时会对设备产生较大的机械冲击；不仅会造成电源电压的波动，还会造成压缩气源的较大波动；同时，这种操作方式也会加速设备的磨损，降低设备的使用寿命。

空压机的变频改造可以使电机实现软启动和软停止，减少启动冲击，延长设备使用寿命；同时，由于电机的工作频率可变，空压机可以根据用气量的大小自动调节电机转速，减少了电机的频繁装卸，保持供气系统气压恒定，在一定程度上节省了电力。

空压机主电路及控制电路的变频改造：

以某品牌空压机为例，图4为其电路原理图。可见该品牌型号的空压机采用星三角启动方式。主电路改造时，将逆变器串联到原供电线路上；将原来的加载阀控制电路断开，将原来的加载阀控制输出改为时间继电器JS。时间继电器线圈的一端接220V控制电路的中性线，另一端接PLC的加载输出点。时间继电器延长了加载时间。变频器的正转信号端FWD通过电机主电路上交流接触器KM1的一对常开触点与变频器的公共控制端CM连接。变频器的模拟反馈信号C1和GND端子与压缩气体输送管道上的压力传感器连接。图5是变频改造后的电路原理图。

空压机变频改造后，电机启动时，原交流接触器仍由PLC控制以星三角方式动作，但交流接触器星形连接时，交流接触器KM1常开触点不吸合，变频器的FWD端子与CM端子不接通，变频器不启动，无输出；启动电机。当变频器启动电机完成后，时间继电器JS动作，加载阀门，变频器自动变频运行。

：四、螺杆空压机变频改造注意事项

进行变频改造时，应注意尽量保持原设备主电路和控制电路的完整性，对电路的改动越少越好；这样有利于当变频器发生故障或检修时，空压机可以方便地改回原来的控制方式。

空压机的工频运行方式必须保留。当逆变器出现故障时，可直接切换至工频模式，不影响生产。

逆变器的启动信号由三角形接法交流接触器KM1控制，即星形配置时逆变器不启动，无输出。

时间继电器JS的整定时间应大于或等于变频器的启动时间，这样可以保证变频器空载变频启动，有效避免变频器低频启动时过载跳闸。

逆变器的下限工作频率一般设置在35Hz以上。如果赫兹太低，油气分离器可能无法有效分离油气，导致空压机漏油。但需要根据实际情况考虑设定下限频率值，因为不同空压机的机械磨损和效率并不相同，不漏油的下限频率也不一定相同。

压力传感器在管道上的安装位置应尽可能靠近空压机，而不是在过滤器或阀门之后。同时，切记压力传感器与空压机之间的管路上不能安装任何阀门组件，以免过滤器堵塞或阀门关闭后空压机不停机，产生爆炸的危险。空压机原有的压力停机保护开关也应保留。

使用变频器下限频率延时停止休眠功能。

根据生产工艺要求，变频改造后，适当降低压缩供气系统供气压力，将原来的高压变流量供气改为变频恒压变流量供气方式。

：五、螺杆空压机变频改造节能分析

如下式所示，拉力F与摩擦力F'大小相等、方向相反，拉力F在时间T内拉动物体做直线运动，并移动位移S。拉力F在时间T内产生的功率P为

由数学知识可知，线速度v与旋转角速度的关系如式2所示，其中f为旋转体的旋转频率。

将式2代入式1，可得到旋转物体的摩擦阻力功率，如式3所示

由式3可知，要克服旋转体的摩擦阻力，使旋转体匀速旋转，需要向旋转体提供的功率根据式3的公式计算（忽略机械效率的损失，认为为1）。式3中，F'为旋转体的旋转摩擦阻力，r为旋转体的旋转半径，f为旋转体的旋转频率。因此，我们可以忽略空压机机械效率的损失，忽略因电机转速变化而导致空压机机械效率的变化，即始终认为空压机机械效率为1，可以近似认为变频器的输出功率与空压机电机转速成正比，呈平方正比关系。

如图7所示，为螺杆空压机工频运行时的转速/功率周期示意图。 t1为空压机加载运行时间，t2为空压机卸载运行时间，加载/卸载时的转速和功率分别为P1/n1和P2/n2。忽略空压机机械效率的变化，W1和W2分别是空压机加载运行时间t1和卸载运行时间t2期间电源输送给空压机电机的能量。其中W1以压缩空气势能、动能和热能的形式转化为能量供设备使用。 W2转化为机械摩擦热能并以声音和振动的形式损失能量。

因此，螺杆空压机进行变频改造后，由于电机处于变速运行，由式3推导可知，电机的平均功率与电机的平均转速成平方正比关系。空压机经变频改造后，根据用气系统用气量进行定压变流量供气；因此，经过变频改造后，空压机在T(t1+t2)时段内所做的功W等于空压机在相同工况下工频运行时在带载运行时间t1内所做的功W1。如图8所示。

通过以上分析可知，只要知道工频改造前螺杆空压机的卸载运行时间和卸载电流，就可以大致计算出相同工况下的节能功率和变频改造后的节能电量（忽略机械效率的变化）。

黄飞

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