一、改造前的設備狀況
青島啤酒四廠有2臺20m3/min螺桿空壓機和2臺10m3/min螺桿空壓機，其工作原理是由一對相互平行嚙合的陰陽轉子在氣缸內轉動，使轉子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的容積變化，空氣則沿著轉子軸線由吸入側輸送至輸出側，實現(xiàn)螺桿空機的吸氣、空壓縮和排氣的全過程。
20m3/min螺桿空壓機的主電機額定功率為132kW，10m3/min螺桿空壓機的主電機額定功率為75kW，均為Y——△減壓啟動。原系統(tǒng)存在以下問題：①主電機雖然采用Y——△減壓啟動，但啟動電流仍很大，會影響電網的穩(wěn)定及其他用電設備的運行安全。②空壓機時?？蛰d運行，屬非經濟運行，電能浪費嚴重。③工頻運行時噪聲很大。④工頻啟動對設備的沖擊較大，各部件如電磁閥的動作頻率高，所以設備維護費用相對高。
二、變頻改造可行性分析
1. 節(jié)能
由于啤酒四廠用氣負荷波動較大，而變頻控制系統(tǒng)可以比較準確地根據用氣系統(tǒng)的需求來控制空壓機的輸出，達到節(jié)約能源的目的。①變頻器的軟啟動功能，使空壓機的啟動電流小；②空壓機加載時，因供氣量的變化而改變電機轉速；③當用氣量極小時，導致空壓機卸載運行，變頻控制系統(tǒng)的空壓機在空載狀態(tài)時電機能耗也大大降低（20m3/min空壓機低于30kW）。
經查變頻曲線表（由空壓機廠家提供變頻器的試驗數(shù)據表）得知，使用變頻器控制時，空壓機加載時的平均功率約為80kW，空載時約為30kW，根據2001年運行數(shù)據，年運行時間為8000多小時，加載比例為45%，T頻加載時的平均功率為113kW，空載時約為50k W，與工頻相比，變頻控制加載時節(jié)電量118800kW?h，節(jié)約電費77220元（每kW?h以0.65元計），空載時的年節(jié)電量88000 kW?h，節(jié)約電費57200元，共計134420元。20m3/min螺桿空壓機變頻改造費用約為15萬元，因此從理論上此改造是可行的。
2. 降低維護成本
采用變頻控制系統(tǒng)，空壓機的軟啟動減少了對部分電氣部件和機械部件的沖擊。正常運轉時，轉速大部分時間低于額定轉速，降低了各類相關電磁閥和氣動元件的工作頻率，延長了零部件的使用壽命，減少了空壓機的維護費用。
3. 降低噪聲
當排氣量減少時，電機運轉速度減慢，空壓機發(fā)出的噪聲比全速運行時的噪聲大大減少，改善了操作工的工作環(huán)境，有利于環(huán)保。
三、改造措施及運行效果
根據原設備工況存在的問題，空壓機經變頻改造后應滿足以下要求：
?、匐姍C變頻運行狀態(tài)保持氣罐出口壓力相對穩(wěn)定，上下波動0.1MPa；
?、跒榱讼到y(tǒng)運行的可靠性，系統(tǒng)應具有變頻和工頻兩套控制；
?、圩冾l控制系統(tǒng)應采取閉環(huán)控制方式；
?、転榱讼到y(tǒng)的穩(wěn)定性，一臺20m3/min螺桿空壓機運行在變頻方式，但兩臺空壓機可以相互進行變頻切換。
?、莞鶕諌簷C的轉距特性，應選用恒轉矩變頻器；
?、拊谟秒姎饬啃〉那闆r下，變頻器處于低頻運行時，應保證設備的正常潤滑。
根據要求，采用一套變頻控制系統(tǒng)（ABB ASC600型通用變頻器），通過切換裝置轉換控制2臺20m3/min螺桿空壓機（一臺變頻運行，另一臺可工頻運行）?？刂苹芈啡圆捎迷諌簷C系統(tǒng)中的西門子S7-200型PLC控制，并在壓縮空氣總管路上安裝一只壓力變送器，輸出4～20mA信號反饋至變頻器，與壓力設定值進行比較，經PID運算輸出控制信號給變頻器的驅動回路，調節(jié)電機的轉速及幸壓機的加卸載，維持設定壓力的平衡，以達到恒壓供氣的目的（圖1）。
經過幾個月的實際運行和參數(shù)的多次修改，z*終達到了滿意的控制效果。
連續(xù)對6個月的耗電數(shù)據進行統(tǒng)計比較，節(jié)電率達28%以上，年節(jié)約電費20萬元以上，在不到一年的時間內即可收回投資。
四、問題及處理
改造后的空壓機，運行兩年多曾出現(xiàn)如下問題：
1. 電機的冷卻風翼經常斷裂
由于空壓機的電機功率為132kW，電機的冷卻風翼采用金屬材料，空壓機經變頻器改造后轉速經常變化。
雖然將變頻器的加減速時間在允許范圍內進行了延長，但仍經常發(fā)生風翼折斷的故障。為此，安裝一臺 獨立的風扇對電機進行冷卻后，運轉正常，問題得以解決。
2. 空壓機油路系統(tǒng)過早出現(xiàn)積炭
一、改造前的設備狀況
青島啤酒四廠有2臺20m3/min螺桿空壓機和2臺10m3/min螺桿空壓機，其工作原理是由一對相互平行嚙合的陰陽轉子在氣缸內轉動，使轉子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的容積變化，空氣則沿著轉子軸線由吸入側輸送至輸出側，實現(xiàn)螺桿空機的吸氣、空壓縮和排氣的全過程。
20m3/min螺桿空壓機的主電機額定功率為132kW，10m3/min螺桿空壓機的主電機額定功率為75kW，均為Y——△減壓啟動。原系統(tǒng)存在以下問題：①主電機雖然采用Y——△減壓啟動，但啟動電流仍很大，會影響電網的穩(wěn)定及其他用電設備的運行安全。②空壓機時?？蛰d運行，屬非經濟運行，電能浪費嚴重。③工頻運行時噪聲很大。④工頻啟動對設備的沖擊較大，各部件如電磁閥的動作頻率高，所以設備維護費用相對高。
二、變頻改造可行性分析
1. 節(jié)能
由于啤酒四廠用氣負荷波動較大，而變頻控制系統(tǒng)可以比較準確地根據用氣系統(tǒng)的需求來控制空壓機的輸出，達到節(jié)約能源的目的。①變頻器的軟啟動功能，使空壓機的啟動電流小；②空壓機加載時，因供氣量的變化而改變電機轉速；③當用氣量極小時，導致空壓機卸載運行，變頻控制系統(tǒng)的空壓機在空載狀態(tài)時電機能耗也大大降低（20m3/min空壓機低于30kW）。
經查變頻曲線表（由空壓機廠家提供變頻器的試驗數(shù)據表）得知，使用變頻器控制時，空壓機加載時的平均功率約為80kW，空載時約為30kW，根據2001年運行數(shù)據，年運行時間為8000多小時，加載比例為45%，T頻加載時的平均功率為113kW，空載時約為50k W，與工頻相比，變頻控制加載時節(jié)電量118800kW?h，節(jié)約電費77220元（每kW?h以0.65元計），空載時的年節(jié)電量88000 kW?h，節(jié)約電費57200元，共計134420元。20m3/min螺桿空壓機變頻改造費用約為15萬元，因此從理論上此改造是可行的。
2. 降低維護成本
采用變頻控制系統(tǒng)，空壓機的軟啟動減少了對部分電氣部件和機械部件的沖擊。正常運轉時，轉速大部分時間低于額定轉速，降低了各類相關電磁閥和氣動元件的工作頻率，延長了零部件的使用壽命，減少了空壓機的維護費用。
3. 降低噪聲
當排氣量減少時，電機運轉速度減慢，空壓機發(fā)出的噪聲比全速運行時的噪聲大大減少，改善了操作工的工作環(huán)境，有利于環(huán)保。
三、改造措施及運行效果
根據原設備工況存在的問題，空壓機經變頻改造后應滿足以下要求：
?、匐姍C變頻運行狀態(tài)保持氣罐出口壓力相對穩(wěn)定，上下波動0.1MPa；
?、跒榱讼到y(tǒng)運行的可靠性，系統(tǒng)應具有變頻和工頻兩套控制；
?、圩冾l控制系統(tǒng)應采取閉環(huán)控制方式；
?、転榱讼到y(tǒng)的穩(wěn)定性，一臺20m3/min螺桿空壓機運行在變頻方式，但兩臺空壓機可以相互進行變頻切換。
?、莞鶕諌簷C的轉距特性，應選用恒轉矩變頻器；
?、拊谟秒姎饬啃〉那闆r下，變頻器處于低頻運行時，應保證設備的正常潤滑。
根據要求，采用一套變頻控制系統(tǒng)（ABB ASC600型通用變頻器），通過切換裝置轉換控制2臺20m3/min螺桿空壓機（一臺變頻運行，另一臺可工頻運行）?？刂苹芈啡圆捎迷諌簷C系統(tǒng)中的西門子S7-200型PLC控制，并在壓縮空氣總管路上安裝一只壓力變送器，輸出4～20mA信號反饋至變頻器，與壓力設定值進行比較，經PID運算輸出控制信號給變頻器的驅動回路，調節(jié)電機的轉速及幸壓機的加卸載，維持設定壓力的平衡，以達到恒壓供氣的目的（圖1）。
經過幾個月的實際運行和參數(shù)的多次修改，z*終達到了滿意的控制效果。
連續(xù)對6個月的耗電數(shù)據進行統(tǒng)計比較，節(jié)電率達28%以上，年節(jié)約電費20萬元以上，在不到一年的時間內即可收回投資。
四、問題及處理
改造后的空壓機，運行兩年多曾出現(xiàn)如下問題：
1. 電機的冷卻風翼經常斷裂
由于空壓機的電機功率為132kW，電機的冷卻風翼采用金屬材料，空壓機經變頻器改造后轉速經常變化。
雖然將變頻器的加減速時間在允許范圍內進行了延長，但仍經常發(fā)生風翼折斷的故障。為此，安裝一臺 獨立的風扇對電機進行冷卻后，運轉正常，問題得以解決。
2. 空壓機油路系統(tǒng)過早出現(xiàn)積炭
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