從技術(shù)上比較了單級噴油螺桿空氣壓縮機和永磁變頻螺桿空氣壓縮機的運行原理、狀態(tài)和特點，檢測了兩個系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)，證明永磁變頻螺桿空氣壓縮機系統(tǒng)比單級噴油螺桿空氣壓縮機系統(tǒng)具有明顯的節(jié)能效果。

能源短缺已成為制約經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的突出問題和矛盾。節(jié)能和提高能源利用效率是解決能源問題的有效途徑。在2007年修訂的《中-華人民共和國節(jié)能法》中，將節(jié)約資源確定為基本國家政策，國家明確實施節(jié)能發(fā)展戰(zhàn)略。

壓縮空氣是我國各行業(yè)氣動設(shè)備和工藝設(shè)備的主要動力源。據(jù)統(tǒng)計，空壓機耗電量約占工業(yè)設(shè)備耗電量的20%，空壓機節(jié)能改造勢在必行。

目前，空氣壓縮機節(jié)能改造更容易實施和有效的措施。

空氣壓縮機系統(tǒng)節(jié)能改造，減少車間壓縮空氣泄漏。其中，采用單位能效較低的空氣壓縮機代替單位能耗較高的空氣壓縮機進行空氣壓縮機系統(tǒng)節(jié)能改造，可直接減少燃氣企業(yè)的用電量。

隨著永磁同步電機技術(shù)的成熟，變頻器調(diào)速技術(shù)的廣泛應(yīng)用，空氣壓縮機兩級壓縮和中間冷卻技術(shù)的推廣，氣體企業(yè)工作壓力的合理設(shè)置，為空氣壓縮機系統(tǒng)的節(jié)能改造提供了完善的基本條件。因此，建議采用永磁變頻兩級壓縮技術(shù)進行空氣壓縮機系統(tǒng)的節(jié)能改造。

▎單級噴油螺桿式空壓機運行分析

1.運行原理

普通螺桿式空氣壓縮機多為單級噴油螺桿式空氣壓縮機，由一對相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子在體內(nèi)進行相對高速旋轉(zhuǎn)，使陰陽轉(zhuǎn)子齒槽與體之間形成V隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，一對形狀的齒間體積不斷發(fā)生周期性的體積變化，而空氣從吸入端沿轉(zhuǎn)子軸方向輸送到輸出端，從而實現(xiàn)螺桿空氣壓縮機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。

噴油螺桿式空氣壓縮機的典型配置特點是：其電機為異步電機，控制異步電機的電氣控制部分由接觸器轉(zhuǎn)換Y-△控制方式。

單級噴油螺桿式空氣壓縮機的機頭為單級螺桿壓縮機，通過單級雙螺桿將常溫常壓空氣壓縮成用氣單位所需的壓力；給定壓力是變化范圍內(nèi)的壓力，是用戶輸入空氣壓縮機的需求指令；末了，單級噴油螺桿式空氣壓縮機為用戶提供的供氣壓力為波動壓力。為了減少壓力波動的范圍，用戶通常使用增加壓縮空氣管網(wǎng)上儲氣罐數(shù)量或增加儲氣罐容積的方法。

2.異步電機能耗分析

根據(jù)GB18613-2012年《中小型異步電機能效限值及能效等級》新版能效標準的實施，提高了輸出功率下各級電機的效率和功率因素?？梢钥闯觯~定功率附近的異步電機外，其效率和功率因素相對較低，而異步電機的無功功率較高。因此，作為恒扭矩負載的空氣壓縮機設(shè)備，只要在額定功率以外的區(qū)域運行，就必須有節(jié)能空間。

根據(jù)工程熱力學(xué)理論，空氣壓縮機在壓縮過程中較節(jié)能，可以看出，面積為0-3-2T—1-0是定溫壓縮所需的功耗，面積0-3-2m—1-0是單級螺桿空壓機實際壓縮過程所需的功耗。

可看到，定溫壓縮所需要的功耗要小于單級壓縮所需要的功耗，因而從功率消耗的角度來看，定溫壓縮較為有利，它不但可減少消耗的功率，還可降低壓縮后氣體的溫度。定溫壓縮，要使氣體熱量隨時與外界交換，氣體溫度與外界相等，在實際工況中是不可能實現(xiàn)的，這只是制造廠家在產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)中努力的方向。為了降低壓縮后的氣體溫度和提高空壓機的效率，盡可能向定溫壓縮過程靠近，這使得空壓機的使用材料更加寬廣和經(jīng)濟，同時使得空壓機的運行更加可靠，經(jīng)過測算，定溫壓縮比普通螺桿空壓機單級壓縮至少節(jié)省功耗15%以上。3. 加載/卸載模式分析

為了降低能耗，當氣管網(wǎng)壓力上升到一定值時，空氣壓縮機的計算機控制器將停止壓縮機，然后當氣管網(wǎng)壓力下降到一定值時，壓縮機將自動重新啟動。為避免頻繁啟動對電機造成損壞，如果預(yù)期卸載時間較短，計算機控制器將使壓縮機卸載而不停止，并通過空載運行。

當空氣壓縮機運行時，空氣壓縮機的輸出壓力從加載壓力ps上升到卸載壓力ps Δp 階段，空壓機的功率也從P1上升到P1 ΔP，在這個階段，空氣壓縮機的輸出壓力和功率是線性的。一旦壓力達到ps Δp，如果空氣壓縮機管網(wǎng)的用氣量相對較大，空氣壓縮機不會停止，而是采用空載運行的方式。

此時，空氣壓縮機的功率保持在恒定狀態(tài)P，3-3’、6—6’和9-9’）。一旦管網(wǎng)的壓力通過卸載壓力ps Δp 降至加載壓力ps再次開始另一個循環(huán)的加載卸載工作。一般情況下，浮壓Δp≥ps×相應(yīng)地，浮動功率為10%ΔP≥P1×10%?？梢钥闯?，單級噴油螺桿式空氣壓縮機在加載卸載運行狀態(tài)下運行一個周期的功耗為0—P1—1—3—3’—t2-0周圍區(qū)域。如果采用恒壓供氣，空壓機的輸出壓力將始終保持在ps，空壓機的輸出功率將始終保持在P1.此時，單級噴油螺桿式空氣壓縮機運行時間為0—P1—2’—t2-0圍成的面積。按經(jīng)驗計算，0—P1—1—3—3’ —t2-0 圍成的面積將比0大—P2—2’ —t2-0包圍的面積超過5%。

事實上，單級噴油螺桿式空氣壓縮機不能在沒有外部變頻器的情況下實現(xiàn)恒壓供氣。從以上對單級噴油螺桿式空氣壓縮機運行的分析可以看出，由于單級噴油螺桿式空氣壓縮機采用異步電機、單級壓縮和波動壓力供氣，其運行能耗大大提高。

在這種情況下，普通螺桿式空氣壓縮機系統(tǒng)的節(jié)能改造迫在眉睫。采用永磁變頻兩級壓縮技術(shù)的空氣壓縮機改造是一種可行的方法。