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【摘 要】 本文主要分析了压缩空气站的恒压节能运行问题，从恒压变量调控的方向着手，进一步论述了压缩空气站在恒压节能设计方面需要重点考虑的几个要素，以期可以为压缩空气站的节能运行提供参考。
【关键词】 压缩空气站;恒压;节能
一、前言
随着压缩空气站使用范围的不断扩大，探讨其恒压的节能运行方式成为了当下的重点工作之一。压缩空气站的恒压节能运行必须要进行科学的构思和设计，进而再进行各方面的改造。
二、恒压变量调控方案的构思
由活塞式空气压缩机参数公式知：
由于P吸为大气压，认为P吸基本不变，则由2式知。P排取下限值时，最小，致使值减小，轴功率N减小。实测得出，在P吸不变情况下，排气压力P排每降低0.1MPa，主轴输入功率减少约4%。因此，应将管网压力（与P排一致）调节在下限整定值，并维持其恒定。若高于下限整定压力，必然会造成轴功率的浪费。当管网压力恒定无静差时，用气量Q’与排气量Q相等，用气量Q’与吸气量Q吸也一致起来。由于，导致用气量与主轴电机转速成比例连续变化。随用气的不断变化，轴功率N也随之作最经济的连续调节。以上即为恒压变量构思的理论根据。为使之成为实用方案，可采用串级调速双闭环自动控制系统。
三、触发电路的组成
1、逆变桥晶闸管触发电路可采用IC器件组成，例如KJZ6三相全控桥触发控移电路;也可采用新颖的其他移相控制器。但该触发控移电路的脉冲封锁端应与GTO的通断信号取得配合，确保在GTO关断时，使该封锁端解除封锁。这样，可使逆变角Bmin=10°保持不变成为可能。
2、GTO斩波控制器：由四部分组成，见图1所示。
图1 GTO斩波控制器框图
压控占空比调制器可由IC1-NE555时基电路与外围电路组成，见图2所示。在Uk控制下，晶体管V1、V2的集射电阻rce1、rce2作为压控可变电阻对应于各自的阻值。Uk增大，rce1减小、rce2增大。Uk值减小，rce1增大、rce2减小。适当调RP2分压比，可使得Uk控制下IC1脚3端输出电压U3方波电压的占空比在较大范围内调节;恰当选配V1、V2晶体管，可作到使u3振荡周期T保持不变。图4中，A1是反相器，…u3是压控占空比调制器的实际控制信号。
图2 压控占空比调制器电路
四、确定合理的压缩空气露点
一定压力下湿空气冷却至饱和时的温度称为露点。空气温度达到露点就有水滴析出。空气中的水滴可能会影响产品质量或设备正常运行。现代工业对所使用的压缩空气露点都有要求。为降低压缩空气露点就要消耗已经干燥的压缩空气或电能，从而消耗能量并导致企业生产成本的提高。无热再生工艺制取干燥压缩空气时再生干燥剂消耗的干燥压缩空气量大约是空气量的13%～15%，冷冻工艺制取干燥压缩空气电能消耗随露点的降低而增加，露点越低，能耗越大，所需设备的价格越贵。为降低工程造价和节约能耗，应分别不同情况确定压缩空气露点。
1、根据工艺要求确定
某些行业，如医药、电子、高纯度材料等用于搅拌及产品吹扫，出于对产品质量的控制，需要低露点的压缩空气，要求的露点可达-40～-70e（常压）。这时的压缩空气露点应满足工艺要求。
2、根据使用用途确定
（一）风动工具、汽缸动力、设备吹扫等所需的压缩空气使用过程中有少量水分析出不会造成危害和损失，常压露点可确定为3～10e左右。
（二）在某些场合下，如对电子仪器吹扫、有色金属加工产品吹扫时就要求不能有水滴析出，因为电子仪器吹扫时，若有水滴析出有可能引起短路和电子元件性能改变;有色金属加工产品（如铜带、铜箔、铝带、铝箔）吹扫时若有水滴析出，细小的水珠将会随着高速成卷的产品卷入其间形成水晕，使产品质量变坏。对于这种用途，应保证压缩空气在使用环境温度下没有水滴析出。为此，就要保证所使用的压缩空气压力露点低于输送和使用过程中的压缩空气的温度。要做到这一点，就要区别不同情况采取不同的措施。
例如，在东北及西北地区，气温较低，若压缩空气管道在输送过程中有可能使压缩空气温度降到大气温度以下，就要保证压缩空气站输出的压缩空气的压力露点低于室外大气温度。在南方地区，由于压缩空气站输出的压缩空气温度大致为30～40e左右，经管道输送的压缩空气温度也不会降到10e以下，而室内环境温度常高于5e，保证压缩空气站输出压缩空气的压力露点低于5e即可，而不必将压缩空气站输出压缩空气的压力露点定为-20e或-10e（有些设备制造厂家常常不加区分地将所需压缩空气露点定在较低水平）。
（三）对于局部要求低露点压缩空气的用户，可在用户附近设低露点压缩空气干燥装置，压缩空气站输出的压缩空气为普通压缩空气或较高露点压缩空气，这样可以节约因干燥压缩空气所消耗的能量。
五、选择合适的压缩空气干燥设备
用于干燥压缩空气的设备有多种：无热再生干燥装置、微加热干燥装置、外加热干燥装置、冷冻干燥装置、复合干燥装置等。复合干燥装置又分为无热再生复合干燥装置、微加热复合干燥装置、外加热复合干燥装置等。这些干燥装置各有特点，用得最多的是无热再生干燥裝置、冷冻干燥装置和无热再生复合干燥装置等三种。无热再生干燥装置又称自热干燥装置，是利用吸附质和吸附剂之间的物理化学作用获得干燥压缩空气的，其过程消耗的是经干燥的压缩空气;冷冻干燥装置是利用冷冻设备将压缩空气冷冻至所需露点;无热再生复合干燥装置是利用冷冻设备和无热再生干燥装置共同完成对压缩空气的干燥，它首先利用冷冻设备将压缩空气冷冻，除去空气中所含的大量水分，然后进行无热再生干燥，再除去压缩空气中所需露点以外的水分。
使用时应依据用户对压缩空气的要求进行技术经济比较后选择。无热再生干燥装置构造简单、使用方便、价格便宜，可获得较低露点的压缩空气，在过去相当长的一段时间内，多数用户都使用无热再生干燥装置。无热再生干燥装置的缺点是露点不稳定，运行成本较高。运行实践表明，无热再生干燥装置新设备，制取的压缩空气露点能保证，经运行一段时间后，空气质量下降;同一周期内，开始时出口空气质量较好，临近末期空气质量较差。如果管理不善，运行两年以后的无热再生干燥装置几乎很难达到所要求的压缩空气露点。无热再生干燥装置再生气消耗量为压缩空气负荷的13%～15%，意即空气压缩动力的13%～15%用于气体干燥。以制取40m3Pmin露点为-40e干燥气体为例，电机动力为250kW，用于气体干燥的功率约为32～38kW。 在我国，冷冻干燥装置大约是在20世纪90年代以后逐渐用于压缩空气干燥的。冷冻干燥装置技术成熟，运行可靠，管理方便。冷冻干燥装置的缺点是难以获得较低露点的压缩空气，常用冷冻干燥装置可获得压缩空气的最低露点为1～3e，相对消耗的功率也较小。
无热再生复合干燥装置工艺成熟，管理方便，可获得低露点高质量的压缩空气，制取的压缩空气露点可达-70e以下，干燥过程的动力消耗相对较低。但由于其价格是同规格无热再生复合干燥装置的2～215倍而使其用户较少。实际上，使用无热再生复合干燥装置是节能的。以制取40m3Pmin、露点为-40e干燥气体为例，制冷机消耗的功率为715～8kW左右（各家产品有差别），冷却水所需动力约合2kW，同时需消耗约2%～3%的干燥气体，折合418～716kW的动力，总动力消耗约为16～18kW。和无热再生干燥装置相比，每小时节约电能16～20kWh，按年工作7000h计，年节约电能大约为1112～14万kWh，电价按0138元PkWh计，年节约运行费用达412～513万元，3～4年即可收回设备投资（目前，40m3Pmin無热再生复合干燥装置，售价在15～20万元之间），电价越高，回收期越短。
六、气路系统
气路系统是站房的主体，也是主要的耗电系统。从加强维修保养，提高经济运行着眼，大多采用以下措施：
1、为了安置进、排气阀以及避免活塞与气缸端盖间的碰撞，在气缸端盖与活塞行程终点间留有一定空隙，称为余隙容积。空压机经过长时间的运行，因磨损等原因，往往造成余隙容积过大，在保证空压机安全生产（不发生撞缸事故）的基础上适当减小这部分容积，则可提高机组产气量。
2、尽量减少由于气阀、活塞环、填料以及管路不严密而造成的气体泄漏。及时发现，及时修理。气阀应定期清洗，活塞环有缺陷时应及时更换，阀座、阀片有积炭和缺陷时，应消除积炭并利用研磨或车削后研磨的方法修理，无法修理时就更换。活塞杆和填料函之间的泄漏，可用研磨的方法消除。
3、调整吸气阀的弹簧力，空压机中进气阀弹簧力过大会导致进、排气阀提前关闭，使一级缸吸人空气量减少，造成产气量降低。适当调整弹簧力，使其正常启闭，可提高产气量。
4、为提高金属滤清器的吸尘能力，可在金属表面涂上一层N2机械油，或在滤清器下部盛有适度的机械油，吸附空气中的尘埃，这样可提高气压力，达到最高排气量的目的。
七、结束语
综上所述，压缩空气站的恒压节能运行必须要把握合理的设计原则，在此基础上，通过分析节能运行的几个关键性要点，进一步论述了恒压节能运行的建设方法。
参考文献：
[1]段西兵.汽车工厂压缩空气系统节能减排设计[J].武汉勘察设计，2011，03.
[2]王其营，张燕，穆峰.空气压缩机节能技术在轮胎企业的应用[J].橡塑技术与装备，2012，07：63-67.
[3]蔡茂林.压缩空气系统的节能技术[J].流体传动与控制，2012，06：1-5.
[4]符督朝.压缩空气站节能浅析[J].节能，2012，02：37-39.
【关键词】 压缩空气站;恒压;节能
一、前言
随着压缩空气站使用范围的不断扩大，探讨其恒压的节能运行方式成为了当下的重点工作之一。压缩空气站的恒压节能运行必须要进行科学的构思和设计，进而再进行各方面的改造。
二、恒压变量调控方案的构思
由活塞式空气压缩机参数公式知：
由于P吸为大气压，认为P吸基本不变，则由2式知。P排取下限值时，最小，致使值减小，轴功率N减小。实测得出，在P吸不变情况下，排气压力P排每降低0.1MPa，主轴输入功率减少约4%。因此，应将管网压力（与P排一致）调节在下限整定值，并维持其恒定。若高于下限整定压力，必然会造成轴功率的浪费。当管网压力恒定无静差时，用气量Q’与排气量Q相等，用气量Q’与吸气量Q吸也一致起来。由于，导致用气量与主轴电机转速成比例连续变化。随用气的不断变化，轴功率N也随之作最经济的连续调节。以上即为恒压变量构思的理论根据。为使之成为实用方案，可采用串级调速双闭环自动控制系统。
三、触发电路的组成
1、逆变桥晶闸管触发电路可采用IC器件组成，例如KJZ6三相全控桥触发控移电路;也可采用新颖的其他移相控制器。但该触发控移电路的脉冲封锁端应与GTO的通断信号取得配合，确保在GTO关断时，使该封锁端解除封锁。这样，可使逆变角Bmin=10°保持不变成为可能。
2、GTO斩波控制器：由四部分组成，见图1所示。
图1 GTO斩波控制器框图
压控占空比调制器可由IC1-NE555时基电路与外围电路组成，见图2所示。在Uk控制下，晶体管V1、V2的集射电阻rce1、rce2作为压控可变电阻对应于各自的阻值。Uk增大，rce1减小、rce2增大。Uk值减小，rce1增大、rce2减小。适当调RP2分压比，可使得Uk控制下IC1脚3端输出电压U3方波电压的占空比在较大范围内调节;恰当选配V1、V2晶体管，可作到使u3振荡周期T保持不变。图4中，A1是反相器，…u3是压控占空比调制器的实际控制信号。
图2 压控占空比调制器电路
四、确定合理的压缩空气露点
一定压力下湿空气冷却至饱和时的温度称为露点。空气温度达到露点就有水滴析出。空气中的水滴可能会影响产品质量或设备正常运行。现代工业对所使用的压缩空气露点都有要求。为降低压缩空气露点就要消耗已经干燥的压缩空气或电能，从而消耗能量并导致企业生产成本的提高。无热再生工艺制取干燥压缩空气时再生干燥剂消耗的干燥压缩空气量大约是空气量的13%～15%，冷冻工艺制取干燥压缩空气电能消耗随露点的降低而增加，露点越低，能耗越大，所需设备的价格越贵。为降低工程造价和节约能耗，应分别不同情况确定压缩空气露点。
1、根据工艺要求确定
某些行业，如医药、电子、高纯度材料等用于搅拌及产品吹扫，出于对产品质量的控制，需要低露点的压缩空气，要求的露点可达-40～-70e（常压）。这时的压缩空气露点应满足工艺要求。
2、根据使用用途确定
（一）风动工具、汽缸动力、设备吹扫等所需的压缩空气使用过程中有少量水分析出不会造成危害和损失，常压露点可确定为3～10e左右。
（二）在某些场合下，如对电子仪器吹扫、有色金属加工产品吹扫时就要求不能有水滴析出，因为电子仪器吹扫时，若有水滴析出有可能引起短路和电子元件性能改变;有色金属加工产品（如铜带、铜箔、铝带、铝箔）吹扫时若有水滴析出，细小的水珠将会随着高速成卷的产品卷入其间形成水晕，使产品质量变坏。对于这种用途，应保证压缩空气在使用环境温度下没有水滴析出。为此，就要保证所使用的压缩空气压力露点低于输送和使用过程中的压缩空气的温度。要做到这一点，就要区别不同情况采取不同的措施。
例如，在东北及西北地区，气温较低，若压缩空气管道在输送过程中有可能使压缩空气温度降到大气温度以下，就要保证压缩空气站输出的压缩空气的压力露点低于室外大气温度。在南方地区，由于压缩空气站输出的压缩空气温度大致为30～40e左右，经管道输送的压缩空气温度也不会降到10e以下，而室内环境温度常高于5e，保证压缩空气站输出压缩空气的压力露点低于5e即可，而不必将压缩空气站输出压缩空气的压力露点定为-20e或-10e（有些设备制造厂家常常不加区分地将所需压缩空气露点定在较低水平）。
（三）对于局部要求低露点压缩空气的用户，可在用户附近设低露点压缩空气干燥装置，压缩空气站输出的压缩空气为普通压缩空气或较高露点压缩空气，这样可以节约因干燥压缩空气所消耗的能量。
五、选择合适的压缩空气干燥设备
用于干燥压缩空气的设备有多种：无热再生干燥装置、微加热干燥装置、外加热干燥装置、冷冻干燥装置、复合干燥装置等。复合干燥装置又分为无热再生复合干燥装置、微加热复合干燥装置、外加热复合干燥装置等。这些干燥装置各有特点，用得最多的是无热再生干燥裝置、冷冻干燥装置和无热再生复合干燥装置等三种。无热再生干燥装置又称自热干燥装置，是利用吸附质和吸附剂之间的物理化学作用获得干燥压缩空气的，其过程消耗的是经干燥的压缩空气;冷冻干燥装置是利用冷冻设备将压缩空气冷冻至所需露点;无热再生复合干燥装置是利用冷冻设备和无热再生干燥装置共同完成对压缩空气的干燥，它首先利用冷冻设备将压缩空气冷冻，除去空气中所含的大量水分，然后进行无热再生干燥，再除去压缩空气中所需露点以外的水分。
使用时应依据用户对压缩空气的要求进行技术经济比较后选择。无热再生干燥装置构造简单、使用方便、价格便宜，可获得较低露点的压缩空气，在过去相当长的一段时间内，多数用户都使用无热再生干燥装置。无热再生干燥装置的缺点是露点不稳定，运行成本较高。运行实践表明，无热再生干燥装置新设备，制取的压缩空气露点能保证，经运行一段时间后，空气质量下降;同一周期内，开始时出口空气质量较好，临近末期空气质量较差。如果管理不善，运行两年以后的无热再生干燥装置几乎很难达到所要求的压缩空气露点。无热再生干燥装置再生气消耗量为压缩空气负荷的13%～15%，意即空气压缩动力的13%～15%用于气体干燥。以制取40m3Pmin露点为-40e干燥气体为例，电机动力为250kW，用于气体干燥的功率约为32～38kW。 在我国，冷冻干燥装置大约是在20世纪90年代以后逐渐用于压缩空气干燥的。冷冻干燥装置技术成熟，运行可靠，管理方便。冷冻干燥装置的缺点是难以获得较低露点的压缩空气，常用冷冻干燥装置可获得压缩空气的最低露点为1～3e，相对消耗的功率也较小。
无热再生复合干燥装置工艺成熟，管理方便，可获得低露点高质量的压缩空气，制取的压缩空气露点可达-70e以下，干燥过程的动力消耗相对较低。但由于其价格是同规格无热再生复合干燥装置的2～215倍而使其用户较少。实际上，使用无热再生复合干燥装置是节能的。以制取40m3Pmin、露点为-40e干燥气体为例，制冷机消耗的功率为715～8kW左右（各家产品有差别），冷却水所需动力约合2kW，同时需消耗约2%～3%的干燥气体，折合418～716kW的动力，总动力消耗约为16～18kW。和无热再生干燥装置相比，每小时节约电能16～20kWh，按年工作7000h计，年节约电能大约为1112～14万kWh，电价按0138元PkWh计，年节约运行费用达412～513万元，3～4年即可收回设备投资（目前，40m3Pmin無热再生复合干燥装置，售价在15～20万元之间），电价越高，回收期越短。
六、气路系统
气路系统是站房的主体，也是主要的耗电系统。从加强维修保养，提高经济运行着眼，大多采用以下措施：
1、为了安置进、排气阀以及避免活塞与气缸端盖间的碰撞，在气缸端盖与活塞行程终点间留有一定空隙，称为余隙容积。空压机经过长时间的运行，因磨损等原因，往往造成余隙容积过大，在保证空压机安全生产（不发生撞缸事故）的基础上适当减小这部分容积，则可提高机组产气量。
2、尽量减少由于气阀、活塞环、填料以及管路不严密而造成的气体泄漏。及时发现，及时修理。气阀应定期清洗，活塞环有缺陷时应及时更换，阀座、阀片有积炭和缺陷时，应消除积炭并利用研磨或车削后研磨的方法修理，无法修理时就更换。活塞杆和填料函之间的泄漏，可用研磨的方法消除。
3、调整吸气阀的弹簧力，空压机中进气阀弹簧力过大会导致进、排气阀提前关闭，使一级缸吸人空气量减少，造成产气量降低。适当调整弹簧力，使其正常启闭，可提高产气量。
4、为提高金属滤清器的吸尘能力，可在金属表面涂上一层N2机械油，或在滤清器下部盛有适度的机械油，吸附空气中的尘埃，这样可提高气压力，达到最高排气量的目的。
七、结束语
综上所述，压缩空气站的恒压节能运行必须要把握合理的设计原则，在此基础上，通过分析节能运行的几个关键性要点，进一步论述了恒压节能运行的建设方法。
参考文献：
[1]段西兵.汽车工厂压缩空气系统节能减排设计[J].武汉勘察设计，2011，03.
[2]王其营，张燕，穆峰.空气压缩机节能技术在轮胎企业的应用[J].橡塑技术与装备，2012，07：63-67.
[3]蔡茂林.压缩空气系统的节能技术[J].流体传动与控制，2012，06：1-5.
[4]符督朝.压缩空气站节能浅析[J].节能，2012，02：37-39.