CN206801874U - 一体化节能空压机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一体化节能空压机系统，包括机体，机体内设有两级压缩常压螺杆主机、稀土永磁同步电机、液晶显示屏、热能回收装置、气体流量计、空气检测仪、联网监控模块、逆变器、双变频器、压缩腔、储气罐、压力变送器、PID调节器，进气阀、进气过滤器、冷却装置和组合式油气分离器。本实用新型空压机内部连续两次压缩，取消卸载过程，能够有效利用空压机排出的废热，节省了排出废热的能源浪费，使用方便，高效节能，安全稳定。

Description

一体化节能空压机系统

技术领域

本实用新型涉及空压机制造技术领域，尤其涉及一体化节能空压机系统。

背景技术

空气压缩机是工业现代化的基础产品，常说的电气与自动化里就有全气动的含义，而空气压缩机就是提供气源动力的设备，是气动系统的核心设备机电引气源装置中的主体，它是将原动的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。

传统空压机大多采用交流异步电机，复杂的结构限制了交流异步电机体积和重量的进一步减小，尤其是电刷和换向器的滑动接触造成了机械磨损和火花，使交流异步电机故障多、可靠性低、寿命短、保养维护工作量大。

传统空压机内部的空气仅压缩一次，会造成空气密度过大，对于一件设备往往需要更多的空气，能源消耗过大，不利于节能环保。

目前在空压机行业，市场上普遍使用的仍然是电网直驱电机方式，空压机主要依靠进气阀的阀门关闭程度来实现气量的调节，即使在用气量很低或者不用气的情况下，电机仍然是满速运转，能量被大量的浪费。

目前使用的空压机，当压缩空气压力到设定压力时都必须关闭进气阀，然后卸载空转，知道把主机内部压力释放完毕才能开机。如果有内部压力启动电动机的话，因负载阻力太大启动不了，并会因为过电流而烧毁电动机。一般的空压机有1/3的时间都用在做关闭进气阀空转卸载上，导致电能的巨大浪费。

螺杆空压机在运行过程中，把电能转换为机械能压缩空气，空气在瞬间被强烈的高压压缩，温度骤升，这是普通物理学机械能量转换现象。空压机螺杆的高速旋转同时也摩擦发热，这些产生的高温热量由空压机润滑油的加入混合成油/气蒸汽排出机体，这部分高温油/气流的热量相当于空压机输入功率的3/4，它的温度通常为80℃-100℃，这些热能都由于机器运行温度的要求，都被当作废热排往大气中，即空压机的散热系统来完成机器运行的温度要求。这样造成了能量大大浪费，而且会造成地球温室效应。

压缩空气由于具有清洁、安全等优点，已成为很多生产过程中必不可少的能源形式，甚至被称为第四能源。在大多数生产厂家中压缩空气能源消耗占全部能源消耗的10％—35％。根据对各行业的空气系统进行评估，可以发现：绝大多数的压缩空气系统，无论其新或旧，运行的效率都不理想——压缩空气泄漏、人为用气、不正确的使用和不适当的系统控制等均会导致效率的下降。空压机系统的初期设备投资及设备维护费用占到总费用的10％，而电能消耗(电费)占到90％，几乎所有的系统浪费最终都是体现在电费上，这就意味着提高压缩空气系统的运行效率对于节省空压机能源消耗，提高劳动生产率起着非常重要的作用，同时也能为企业创造更多的利润空间。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型旨在提供一体化节能空压机系统，采用双变频器取代原有的电网直驱电机方式，并采用稀土永磁同步电机替换交流异步电机，空压机内部连续两次压缩，取消卸载过程，只有加载过程，节省了卸载的能源浪费，能够有效利用空压机排出的废热，节省了排出废热的能源浪费，使用方便，高效节能，安全稳定。

为了实现上述技术目的，本实用新型采用下述技术方案：一体化节能空压机系统，包括机体，所述机体内设有两级压缩常压螺杆主机、稀土永磁同步电机、液晶显示屏、热能回收装置、气体流量计、空气检测仪、联网监控模块、逆变器、双变频器、压缩腔、储气罐、压力变送器、PID调节器，进气阀、进气过滤器、冷却装置和组合式油气分离器；所述两级压缩常压螺杆主机与稀土永磁同步电机相互连接；所述稀土永磁同步电机与逆变器连接并由逆变器供电；所述进气阀安装在两级压缩常压螺杆主机上方；所述两级压缩常压螺杆主机通过润滑油管路与组合式油气分离器连接，组合式油气分离器上设有压缩空气管路用于输出压缩空气，所述压缩空气管路上设有一个最小压力阀和温控阀，所述最小压力阀是一个单向阀；所述冷却装置包括散热器和风箱，所述组合式油气分离器延伸管路经散热器与风箱连接，所述组合式油气分离器与风箱之间的连接管路上安装有油滤座；所述散热器与风箱正面连接，所述散热器的热出风口设置于风箱背面；所述压力变送器用于测量储气罐出口的管网压力，所述压力变送器的输出端与所述PID调节器的输入端连接，所述PID调节器的输出端与所述双变频器的输入端连接，所述双变频器的输出端与所述稀土永磁同步电机连接，所述储气罐出口通过油气混合管路连接组合式油气分离器。

优选的，所述组合式油气分离器包括储有油液的油罐和出口，所述油罐内设有机械分离用筒体，所述筒体的内壁上设有下螺旋状导流板，所述导流板的中部开设有导气口，所述机械分离用筒体的下端置于油液中，所述机械分离用筒体的上部设有封盖，所述封盖上开设有机械分离用出气口，位于机械分离用出气口的油罐内壁上设有半球体状反射体。

优选的，还包括一压力传感器，所述压力传感器连接一微型处理器系统，所述微型处理器系统内嵌在空压机外壳中，所述微型处理器系统连接一上位机。

优选的，还包括热能转换装置、循环水箱和储水装置，所述机体与热能转换装置、循环水箱、储水装置依次相连。

相较于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型所提供设置了双变频装置，可根据电网电压的变化、空气压缩机输出压力的变化和空气压缩机附近的温度，自动控制能量转换装置进行变频，使变频工作更加精确，可使空气压缩机的工作输出保持可连续性的变化，节省电能，提高空气压缩机的输出质量，进一步提高空气压缩机的工作效率。

2、本实用新型采用稀土永磁同步电机，永磁同步电机取消了励磁系统损耗，功率因数高，力矩惯量大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好。电机直接驱动，无转速滑差，无需轴承和连接传动，效率提高。无论轻载、重载，始终保持高效。本实用新型减少了能源消耗，节约电能，结构简单，使用方便，经济实用，安全性高。

3、传统空压机是频繁的加载压力和卸载压力，导致卸载过程产生的能源完全浪费，本实用新型取消了卸载过程，只有加载过程，节省了卸载的能源浪费，使用方便，高效节能，安全稳定。

4、本实用新型采用两级压缩常压螺杆主机替换原有的单级压缩机头并结合特殊的结构设计，提高了压缩效率、更节能；

5、本实用新型通过热能转换机将原来排到空气中的废热加以利用，提高空压机的产气效率，而且可使企业获得生产和生活所需的热水，也改善了空压机运行的工况，提高了空压机的使用寿命和产能，节省了排出废热的能源浪费，使用方便，高效节能，安全稳定。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

其中：

1、两级压缩常压螺杆主机；2、进气阀；3、稀土永磁同步电机；4、进气过滤器；5、冷却装置；6、组合式油气分离器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

参照图1所示，本实用新型提供的一体化节能空压机系统，包括机体，所述机体内设有两级压缩常压螺杆主机1、稀土永磁同步电机3、液晶显示屏、热能回收装置、气体流量计、空气检测仪、联网监控模块、逆变器、双变频器、压缩腔、储气罐、压力变送器、PID调节器，进气阀2、进气过滤器4、冷却装置5和组合式油气分离器6；所述两级压缩常压螺杆主机1与稀土永磁同步电机3相互连接；所述稀土永磁同步电机3与逆变器连接并由逆变器供电；所述进气阀2安装在两级压缩常压螺杆主机1上方；所述两级压缩常压螺杆主机1通过润滑油管路与组合式油气分离器6连接，组合式油气分离器6上设有压缩空气管路用于输出压缩空气，所述压缩空气管路上设有一个最小压力阀和温控阀，所述最小压力阀是一个单向阀；所述冷却装置5包括散热器和风箱，所述组合式油气分离器6延伸管路经散热器与风箱连接，所述组合式油气分离器6与风箱之间的连接管路上安装有油滤座；所述散热器与风箱正面连接，所述散热器的热出风口设置于风箱背面；所述压力变送器用于测量储气罐出口的管网压力，所述压力变送器的输出端与所述PID调节器的输入端连接，所述PID调节器的输出端与所述变频器的输入端连接，所述变频器的输出端与所述稀土永磁同步电机3连接，所述储气罐出口通过油气混合管路连接组合式油气分离器6。

气体流量计具有计量功能，目前空压机节能的唯一判断标准就是测试空压机“比功率”，通过双变频器功率计量与气体流量计数据分析即可得出实时“比功率”，时刻检测空压机能效情况。

空气检测仪实时采集分析压缩空气水份、残余油份及过滤精度，保证末端压缩空气品质。

联网监控模块具有全球联网监控功能，通过手机、电脑实时在线监测、控制以下数据：空压机运行、热能回收运行、冷干机运行、空气品质监测、远程开关机、保养提醒、故障报警等。

采用两级压缩常压螺杆主机1替换原有的单级压缩机头并结合特殊的结构设计，提高了压缩效率、更节能。采用稀土永磁同步电机3，稀土永磁同步电机3取消了励磁系统损耗，功率因数高，力矩惯量大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好。电机直接驱动，无转速滑差，无需轴承和连接传动，效率提高。无论轻载、重载，始终保持高效。本实用新型减少了能源消耗，节约电能，结构简单，使用方便，经济实用，安全性高。

工作过程中，两级压缩常压螺杆主机1利用压力变送器测量储气罐出口的管网压力值并输送给调节控制器，调节控制器将其与设定压力值相比较，并根据比较结果控制变频器调节稀土永磁同步电机3的转速，使两级压缩常压螺杆主机1输出相应的压缩空气至储气罐，使之压力变化，最终达到储气罐出口的管网压力与设定压力相同。其中，变频器输出的相应频率和幅值的交流电能够使稀土永磁同步电机3以相应的转速运行。因此当储气罐出口的管网压力高时，卸压阀打开，变频器可调节稀土永磁同步电机3的转速降低，避免其空载运行，进而避免了严重的能源浪费。另外，稀土永磁同步电机3在启动时，变频器可以设置稀土永磁同步电机3爬坡时间，实现稀土永磁同步电机3启动过程中的降压启动方式，以达到减少稀土永磁同步电机3启动过程中对电网的冲击。

双变频器通过改变稀土永磁同步电机3的转速进而改变两级压缩常压螺杆主机1储气罐出口的管网压力，使之维持一个稳定的压力。当储气罐出口的管网压力大于所需时，双变频器控制使稀土永磁同步电机3的转速降低，输送到储气罐出口的输出降低；当储气罐出口的管网压力小于所需时，双变频器控制使稀土永磁同步电机3的转速升高，输送到储气罐出口的输出升高。

作为更好的实施方式，所述组合式油气分离器6包括储有油液的油罐和出口，所述油罐内设有机械分离用筒体，所述筒体的内壁上设有下螺旋状导流板，所述导流板的中部开设有导气口，所述机械分离用筒体的下端置于油液中，所述机械分离用筒体的上部设有封盖，所述封盖上开设有机械分离用出气口，位于机械分离用出气口的油罐内壁上设有半球体状反射体。

作为更好的实施方式，还包括一压力传感器，所述压力传感器连接一微型处理器系统，所述微型处理器系统内嵌在空压机外壳中，所述微型处理器系统连接一上位机。

作为更好的实施方式，还包括热能转换装置、循环水箱和储水装置，所述机体与热能转换装置、循环水箱、储水装置依次相连。

节能效果：

节能改造前后数据对比：

压缩机	工频空压机	稀土永磁变频空压机
			电动机总功率	55kw	55kw
工作压力	7bar	6-10bar
			总产气量	10m3/min	11.46m3/min
每天平均耗电量	1668kwh	924kwh
			预测总输入功率	69.5kw	38.5kw
预测入网总气量	8m3/min	11m3/min

节能收益分析：

从上述对比可以看出，采用本实用新型后，节省电能，节约大量能源损耗，绿色环保。

我国稀土资源丰富，蕴藏量占全世界80％以上，近些年由于钕铁硼类永磁体的磁性能不改善和成熟，并且价格不断下降，使得稀土永磁同步电机32的推广和应用走向民用产品成为可能。稀土永磁材料用以制造电动机可缩小体积、减轻重量，降低损耗，简化结构，提高可靠性。稀土永磁同步电机32的运转效率和功率因数大幅度提高，具有调速精度高、调速比大，输出特性硬、运转平稳，特别是稀土永磁同步电机32具有恒转矩输出和转速不随负载波动的特性。通过有效方法控制，可使稀土永磁同步电机32输出转速和转矩在很大范围内得到精确控制，在某些机械传动中可以去掉减速器，使得整个系统简单可靠、高效节能，这无疑给整个机械制造行业带来一场新的革命。推广应用稀土永磁同步电机32具有重要的战略意义和社会经济效益，可以说是传统电机更新换代产品。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一体化节能空压机系统，包括机体，所述机体内设有两级压缩常压螺杆主机、稀土永磁同步电机、液晶显示屏、热能回收装置、气体流量计、空气检测仪、联网监控模块、逆变器、双变频器、压缩腔、储气罐、压力变送器、PID调节器，进气阀、进气过滤器、冷却装置和组合式油气分离器；其特征在于：所述两级压缩常压螺杆主机与稀土永磁同步电机相互连接；所述稀土永磁同步电机与逆变器连接并由逆变器供电；所述进气阀安装在两级压缩常压螺杆主机上方；所述两级压缩常压螺杆主机通过润滑油管路与组合式油气分离器连接，组合式油气分离器上设有压缩空气管路用于输出压缩空气，所述压缩空气管路上设有一个最小压力阀和温控阀，所述最小压力阀是一个单向阀；所述冷却装置包括散热器和风箱，所述组合式油气分离器延伸管路经散热器与风箱连接，所述组合式油气分离器与风箱之间的连接管路上安装有油滤座；所述散热器与风箱正面连接，所述散热器的热出风口设置于风箱背面；所述压力变送器用于测量储气罐出口的管网压力，所述压力变送器的输出端与所述PID调节器的输入端连接，所述PID调节器的输出端与所述双变频器的输入端连接，所述双变频器的输出端与所述稀土永磁同步电机连接，所述储气罐出口通过油气混合管路连接组合式油气分离器。

2.根据权利要求1所述的一体化节能空压机系统，其特征在于：所述组合式油气分离器包括储有油液的油罐和出口，所述油罐内设有机械分离用筒体，所述筒体的内壁上设有下螺旋状导流板，所述导流板的中部开设有导气口，所述机械分离用筒体的下端置于油液中，所述机械分离用筒体的上部设有封盖，所述封盖上开设有机械分离用出气口，位于机械分离用出气口的油罐内壁上设有半球体状反射体。

3.根据权利要求1所述的一体化节能空压机系统，其特征在于：还包括一压力传感器，所述压力传感器连接一微型处理器系统，所述微型处理器系统内嵌在空压机外壳中，所述微型处理器系统连接一上位机。

4.根据权利要求1所述的一体化节能空压机系统，其特征在于：还包括热能转换装置、循环水箱和储水装置，所述机体与热能转换装置、循环水箱、储水装置依次相连。