一種動力用空氣壓縮的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種動力用空氣壓縮機，包括壓縮機主機(1)，電機(2)，供電裝置(3)，壓力傳感器(4)，控制器(5)，與電機(2)連接的第一接觸器(7)和第二接觸器(8)，其中，第一接觸器(7)通過啟動器(6)與供電裝置(3)連接，第二接觸器(8)直接與供電裝置(3)連接，且所述啟動器(6)的啟動/停止、第一接觸器(7)和第二接觸器(8)的吸合/斷開均由控制器(5)連接控制；具有結構簡單，設計合理，制作成本低，故障率低，可靠性高等優點。
【專利說明】—種動力用空氣壓縮機
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及空氣壓縮機，特別提供了一種動力用空氣壓縮機。
【背景技術】
[0002]空氣壓縮機是氣源裝置中的主體，它是將電能轉換為原動機(通常是電動機)的機械能，再將原動機(通常是電動機)的機械能轉換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發生裝置；電能轉換為機械能會產生消耗，機械能轉換為氣體壓力能的消耗更大，因此氣體壓力能成為一種昂貴的能源，空氣壓縮機也就成為企業的耗能大戶。但是，氣體壓力能在各個行業都得到了廣泛的應用，由于其應用的廣泛性和能源消耗的巨大性，動力用空氣壓縮機節能有著巨大的社會效益和社會價值。
[0003]用戶在使用壓縮機的過程中一般存在三種情況:一是幾乎所有的用戶在用氣過程中，其使用的氣量都是波動的；二是用戶在空氣壓縮機站配置過程中都要安裝儲氣罐?’三是用戶用氣量的變化是通過儲氣罐的壓力的變化反映出來的。即當用戶的用氣量增大的時候，儲氣罐的壓力就降低，當用戶的用氣量降低的時候，儲氣罐的壓力就升高。為了適應用戶用氣量的變化，空氣壓縮機往往會采用空重車轉換的控制方法，或者調整主機運行速度的控制方法，來適應用戶用氣量的變化。采用空重車轉換控制方法的壓縮機，我們稱為工頻壓縮機，采用調整主機轉速控制方法的壓縮機，我們稱為變頻空氣壓縮機。
[0004]工頻空氣壓縮機是指壓縮機的主電機在標準的電源頻率50赫茲的工況下運行的，其電機在運行的過程中，電機主軸的旋轉速度是固定不變的。工頻空氣壓縮機排氣量的調整方式為進氣閥控制，工頻空氣壓縮機的控制方法是電機星-三角啟動，當系統壓力達到設定的壓力上限的時候，進氣閥關閉，壓縮機空載運行；當系統壓力降低到設定的壓力下限時候，進氣閥打開，壓縮機加載運行。基于這種控制方法的工頻空氣壓縮機雖然沒有增加額外的成本。但工頻空氣壓縮機運行的缺點是當空氣壓縮機空載運行的時候，電機仍在運轉，會浪費大量的能源。在中國，工頻空氣壓縮機的使用量大約有上百萬臺，通常一臺空氣壓縮機有至少30 %是空載運行的，僅空載運行這一項就造成了大量的能源浪費。
[0005]變頻空氣壓縮機的控制方法是通過變頻器改變供給主電機電源的頻率，使空氣壓縮機能夠根據用戶系統壓力的變化，而使空氣壓縮機的主電機旋轉速度發生變化。即當系統壓力升高時，主電機轉速降低，系統壓力降低時，主電機轉速升高。這樣，通過主電機轉速的變化來適應用戶用氣量的變化，使用戶的系統壓力能夠保持基本穩定。變頻空氣壓縮機控制方法最大的優點就是它基本消除了空氣壓縮機空載運行時間，使空載運行的能源消耗得到了最大程度的節省。但是基于變頻器控制方法的變頻空氣壓縮機也存在如下缺點:第一是用戶的購買成本大幅度增加。變頻電機、變頻器、變頻控制系統對于用戶來說都是不小的花費，也因為這些成本的增加，變頻空氣壓縮機到目前為止的應用范圍還比較小，變頻空氣壓縮機的節能優勢沒有真正體現出來；第二是變頻空氣壓縮機本身的電能消耗，變頻器的主要元器件比如整流二極管、電容、IGBT等都會發熱損耗能源，變頻器能源浪費最明顯的例證就是變頻器需要加散熱器，以便將元器件損耗能源所產生的熱量散發出去，并且由于變頻器是將交流電轉變為直流電來調節電機的轉速，在交直流轉變的過程中大約會消耗3?5%的電能。3?5%的能源浪費依然是一個巨大的數字，以55千瓦電機為例，如果用變頻器控制，僅變頻器本身一年的耗電就至少需要I萬多元的費用。可見，變頻器本身耗電也是不能忽略的；第三是變頻器使電機的效率下降，電機效率下降，空氣壓縮機耗能自然也就相應增加，通常而言工頻電機的效率要比變頻電機的效率好很多；第四是空氣壓縮機的可靠性降低，由于增加了相應的電器元件，空氣壓縮機的故障率會相應的有所增加。
[0006]因此，如何降低成本及能源浪費，提高空氣壓縮機的工作效率及可靠性，已成為本領域人員亟待解決的問題。
實用新型內容
[0007]鑒于此，本實用新型的目的在于以至少解決以往工頻壓縮機存在的空載運行，浪費能源以及變頻壓縮機存在的工作效率低，制作成本高，故障率高等問題。
[0008]本實用新型提供的技術方案為:一種動力用空氣壓縮機，其包括壓縮機主機1，與壓縮機主機I連接的電機2，供電裝置3，用于與外界儲氣罐連接的壓力傳感器4以及與壓力傳感器4連接的控制器5，且所述控制器5分別控制壓縮機主機I上的卸載閥1-1和排氣閥1-3的開啟/關閉，同時卸載閥1-1相應控制壓縮機主機I上的吸氣閥1-2的關閉/開啟，其特征在于，所述空氣壓縮機還包括:
[0009]分別與電機2連接的第一接觸器7和第二接觸器8，其中，第一接觸器7通過啟動器6與供電裝置3連接，第二接觸器8直接與供電裝置3連接，且所述啟動器6的啟動/停止、所述第一接觸器7和第二接觸器8的吸合/斷開均由控制器5連接控制。
[0010]優選，所述啟動器6為能夠實現無級變速的線性啟動器。
[0011]進一步優選，所述啟動器6為變頻器。
[0012]進一步優選，所述空氣壓縮機還包括消音器9，所述消音器9與壓縮機主機I上的排氣閥1-3連接。
[0013]進一步優選，所述空氣壓縮機還包括空氣冷卻器10，所述空氣冷卻器10與壓力傳感器4連接。
[0014]本實用新型提供的動力用空氣壓縮機，通過控制器控制第一接觸器的吸合/關閉來控制電機的得電啟動和斷電，通過控制器控制第二接觸器的吸合/關閉來控制電機的運行和停止，進而實現空氣壓縮機的運行和停止，能夠解決空氣壓縮機的空載能源浪費問題，節約能源。
[0015]本實用新型提供的動力用空氣壓縮機中，通過啟動器的設置，實現了電機的隨時給電啟動和斷電，能夠保證空氣壓縮機始終間隔處于加載運行或停機待命兩種狀態，具有節約能源，工作效率，結構簡單，設計合理，制作成本低，故障率低，可靠性高等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1為動力用空氣壓縮機結構示意圖-1 ；
[0018]圖2為動力用空氣壓縮機結構示意圖-2 ;
[0019]圖3為動力用空氣壓縮機結構示意圖-3 ;
[0020]圖4為動力用空氣壓縮機的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0022]請參見圖1、圖2、圖3為一種動力用空氣壓縮機,具體包括用于空氣壓縮的壓縮機主機I，在壓縮機主機上設置有卸載閥1-1、吸氣閥1-2和排氣閥1-3，同時壓縮機主機I上還連接有為其提供動力的電機2，電機2上分別連第一接觸器7和第二接觸器8，其中，啟動器6通過第一接觸器7與電機2連接，啟動器6與供電裝置3連接，第二接觸器8直接與供電裝置3連接，啟動器6的啟動/停止、第一接觸器7和第二接觸器8的吸合/斷開均由空氣壓縮機中的控制器5進行控制，從而控制電機2的給電與否，同時控制器5還可以分別控制壓縮機主機I上的卸載閥1-1和排氣閥1-3的開啟/關閉，而卸載閥1-1則可以控制吸氣閥1-2的開啟/關閉，控制器5上連接有壓力傳感器4，該壓力傳感器4與外界儲氣罐連接，控制器5根據壓力傳感器4傳輸的壓力值與其內預設的壓力值進行比較，進而控制啟動器6、第一接觸器7、第二接觸器8、卸載閥1-1和排氣閥1-3進行相應的動作，實現空氣壓縮機進行加載運行或停機待命。
[0023]其中，啟動器6優選為能夠實現無級變速的線性啟動器，從而減少對電機啟動的沖擊，延長電機的使用壽命，更為優選為變頻器。
[0024]與上述技術方案不同，還可以在壓縮機主機I上的排氣閥1-3上連接消音器9，用于壓縮機主機內的壓力釋放時降低釋放壓力時產生的噪音。
[0025]與上述技術方案不同，在壓力傳感器4上連接有空氣冷卻器10，用于降低排出壓縮空氣的溫度。
[0026]下面具體以上述的空氣壓縮機結構為例進行解釋說明該空氣壓縮機的整個控制過程。
[0027]其中，該動力用空氣壓縮機中:1、電機可以是任意級數的，下面以4級電機為例進行說明。2、啟動器優選為能夠控制電機在啟動時轉速的提高是線性的(即無級調速)，下面是以變頻器做為啟動器為例說明。
[0028]為了確保空氣壓縮機能夠正常運轉，進行壓縮機的標準檢測，首先檢測壓力傳感器是否正常，若壓力傳感器正常則檢測各種閥是否正常，若各種閥正常則檢測溫度開關是否正常，若溫度開關正常則檢測壓縮機主機溫度是否正常，若壓縮機主機溫度正常則檢測電機溫度是否正常，若電機溫度正常則檢測電源是否正常，若電源正常則檢測變頻器是否正常，若變頻器正常則檢測壓縮機的控制器(即工控機)是否正常，若壓縮機的控制器正常則啟動空氣壓縮機，具體的運行控制過程為:
[0029]I)按下控制器5上面的啟動按鍵，動力用空氣壓縮機的第一接觸器7吸合，控制器5控制壓縮機主機I上的卸載閥1-1打開并延時2?5秒，同時吸氣閥1-2關閉、同時變頻器啟動，變頻器啟動電機，經過3?4秒的加速時間，電機的運行轉速由Orpm升至2000rpm左右，加速時間結束后，第一接觸器7斷開，電機斷電，此時變頻器停止工作；
[0030]2)經過約0.5?I秒的延時，電機轉速降低到1500rpm左右(本例是以4級電機為例，4級電機的額定運行轉速為1500rpm)，此時控制器5控制第二接觸器8吸合，卸載閥1-1打開并延時I秒，同時吸氣閥1-2關閉，電機2得電運行，延時結束后，卸載閥1-1關閉，吸氣閥1-2打開，壓縮機加載運行；
[0031]3)壓力傳感器4檢測儲氣罐的壓力，然后傳輸到控制器5，當壓力達到控制器5設定的壓力上限值時，控制器5控制卸載閥1-1、排氣閥1-3打開并延時3?5秒，同時吸氣閥1-2關閉，排氣閥1-3通過與其連接的消音器9釋放壓縮機主機I內的壓力，卸載閥1-1及排氣閥1-3延時結束后，第二接觸器8斷開，電機2斷電停止，壓縮機待機，停止運行；
[0032]4)壓力傳感器4檢測儲氣罐的壓力，然后傳輸到控制器5，當壓力達到控制器5設定的壓力下限值時，控制器5控制第一接觸器7吸合，卸載閥1-1打開并延時2?5秒，同時吸氣閥1-2關閉，變頻器得電，變頻器啟動電機，經過3?4秒的加速時間，電機的運行轉速由Orpm升至2000rpm左右；
[0033]5)重復步驟2)?步驟4)的控制過程，直至工作結束。
[0034]其中，控制器5的具體控制電路圖見圖4。
[0035]本實施例中的動力用空氣壓縮機，當壓力傳感器檢測到系統壓力發生變化時，控制器通過控制變頻器的啟動和停止、控制第一接觸器的吸合和斷開來控制電機的得電啟動和斷電，通過控制第二接觸器的吸合或斷開來控制電機的運行和停止，進而實現空氣壓縮機的加載運行和停機待命。
[0036]其中，當壓力達到控制器設定的壓力值上限，壓力傳感器向空氣壓縮機的控制器發送信號，控制器控制接第二接觸器斷開，壓縮機直接停機。如果壓力降低到控制器設置的壓力值下限，壓力傳感器向空氣壓縮機的控制器發送信號，控制器控制變頻器的啟動和停止、控制第一接觸器的吸合和斷開來控制電機的得電啟動和斷電、通過控制第二接觸器的吸合來控制電機的運行進而實現空氣壓縮機的運行；不必像普通工頻空氣壓縮機那樣通過開啟或者關閉進氣閥來改變壓縮機的工作狀態了，進氣閥關閉時，若電機仍在運行，不會產生壓縮空氣，此時電機運行就是在做無用功，會造成大量的能源浪費，因此本實用新型所述的動力用空氣壓縮機既克服了工頻空氣壓縮機空載運行所帶來的巨大能源浪費，同時也避免了變頻空氣壓縮機的高成本、能源二次浪費、電機效率低以及整機可靠性下降等缺陷。
[0037]本實用新型中動力用空氣壓縮機采用控制器控制第一、第二接觸器的吸合和斷開、控制變頻器的啟動和停止，來控制電機的啟動和停止進而實現壓縮機的加載運行和停機待命。使空氣壓縮機的運行狀態只有加載運行和停機待命兩種狀態。但是，電機反復啟動會嚴重損傷電機的使用壽命(因為工頻壓縮機電機使用星-三角啟動方式，啟動電流是電機額定電流的4?6倍，所以頻繁的啟停，會導致電機溫升高，耗電量高，輕者影響電機壽命，重者燒毀電機，普通電機反復啟動的次數是< 6次/小時)。因此，對于電機的反復啟動，本實用新型中的動力用空氣壓縮機，不是使用常用的星-三角啟動，而是使用變頻器來控制電機的啟動，先將第一接觸器吸合，變頻器啟動，同時變頻器控制電機啟動加速，當電機轉速從Orpm達到2000rpm左右時,第一接觸器斷開,變頻器停止運行，電機斷電延時0.5-1秒，這時電機軸靠本身的慣性仍在旋轉，當斷電延時結束后電機的轉速剛好在1500rpm(本例是以及4級電機為例，4級電機的運行轉速為1500rpm)左右，這時壓縮機的控制器控制第二接觸器吸合，電機在1500rpm的轉速下得電運行，這樣電機會很順暢的運行而沒有任何沖擊，同時因為電機是通過變頻器啟動加速，啟動過程是線性(無級調速)的，啟動電流低，對電機沒有任何沖擊損傷，反復啟動無多余的能量消耗，同時啟動時間非常短電機也不會發熱，這樣就能保證電機的反復啟動而不影響電機的使用壽命。這時變頻器只參與電機的啟動過程而不參與電機的運行，就不存在變頻壓縮機的變頻器始終要參與運行而帶來的變頻器的二次能耗。
[0038]此外，本實用新型中動力用空氣壓縮機，能夠保證空氣壓縮機的使用狀態只有兩種:
[0039]一種是加載狀態即壓縮機全力工作，壓縮機的使用效率最高；
[0040]另一種是待機狀態即壓縮機停止運行，電機停止運轉不存在任何的能源損耗。
[0041]同時因為電機是使用變頻器(無級調速)線性啟動的，啟動電流低，對電機無任何沖擊，對電網無任何沖擊，電機可以反復頻繁啟動而不會影響電機的使用壽命。同時變頻器只參與電機的啟動，電機啟動后變頻器停止運行，不存在變頻器的二次能耗。因為變頻器只參與電機的啟動，電機啟動時空氣壓縮機的吸氣閥是關閉的，這樣電機的啟動過程就是基本無負載的啟動過程，啟動電流低，因此對于變頻的功率選用上可以使用小于電機功率的變頻器(變頻空氣壓縮機的變頻器選用功率范圍要大于電機功率一個功率檔)，這樣大大降低了變頻器的購入成本，而且變頻器不參與壓縮機的運行，根本不影響變頻器的使用壽命O
[0042]這樣空氣壓縮機只有加載運行，沒有空載運行，也就是說用氣量不足時壓縮機加載運行，用氣量充足時壓縮機停機待命，壓縮機只做有用功，不做無用功。
[0043]將本實用新型中動力用空氣壓縮機、變頻空氣壓縮機、工頻空氣壓縮機的實際應用情況進行對比，具體件表I。
[0044]表I
[0045]
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[0046]因此，本實用新型中動力用空氣壓縮機，適用于多種工況，而且具有明顯的優勢。
[0047]下面以具體數據實例進行說明
[0048]例如:以一臺電機功率:55KW，排氣壓力:0.8Mpa，排氣量為10.1m3/min的空氣壓縮機為例，壓縮機每天運行8小時，因為壓縮機選型時排氣量會留有20% -30%的余量，所以決大部分的壓縮機工作時都不會全天滿負荷工作。
[0049]如果每天加載運行時間為5小時，空載時間為3小時。那么:
[0050]1、普通工頻空氣壓縮機每天會有3小時的空載時間，全年的空載時間為3X30X12=1080小時，全年浪費電量共1080X55 = 59400度電，以每度電I元計，全年共浪費電費:59400X1 = 59400 元。
[0051]2、如果為變頻空氣壓縮機，雖然壓縮機基本無空載時間，但變頻器本身運行中會產生3 %?5 %的電量消耗，這樣，全年僅變頻器本身浪費的電量為8X30X12X55X (3 %?5% ) = 4750?7920，以每度電I元計，全年浪費的電費:4750元?7920元。這里還沒有計入變頻壓縮機在低速運行時壓縮機的效率下降部分和變頻電機本身效率低的部分的影響，如果全部計入，那么浪費的電費將達到I萬元以上。
[0052]3、本實用新型動力用空氣壓縮機，因為沒有空載運行所以不管運行多長時間，壓縮機浪費的電量為O。
[0053]以上舉例是以壓縮機每天工作8小時為例的，但是壓縮機每天運行時間達到16小時、24小時的工況是非常多的，這樣計算下來產生的能源浪費是個天文數字。
[0054]以下是在壓縮機用戶處收集的實際資料:
[0055]1、壓縮機電機功率為15KW，壓縮機的總運行時間為1567小時，負載運行時間為282小時，這樣總空載運行時間:1567-282 = 1285小時，總浪費電量約；15X1285 = 19275度。
[0056]2、壓縮機電機功率為22KW，壓縮機總運行時間:2675小時，總負載運行時間:758小時，這樣總空載運行時間:2675-758 = 1917小時，總浪費電量約；22X1917 = 42174度。
[0057]3、壓縮機電機功率為45KW，壓縮機總運行時間:9283小時，總負載運行時間:2769小時，這樣總空載運行時間:9283-2769 = 6514小時，總浪費電量約；45X6514 = 293130度。
[0058]從以上實例可以看出壓縮機空載這部分的能源浪費是非常是巨大的，而本實用新型中動力用空氣壓縮機能夠有效解決該問題。
【權利要求】
1.一種動力用空氣壓縮機，其包括壓縮機主機(1)，與壓縮機主機(I)連接的電機(2)，供電裝置(3)，用于與外界儲氣罐連接的壓力傳感器(4)以及與壓力傳感器(4)連接的控制器(5)，且所述控制器(5)分別控制壓縮機主機(I)上的卸載閥(1-1)和排氣閥(1-3)的開啟/關閉，同時卸載閥(1-1)相應控制壓縮機主機(I)上的吸氣閥(1-2)的關閉/開啟，其特征在于，所述空氣壓縮機還包括: 分別與電機⑵連接的第一接觸器(7)和第二接觸器(8)，其中，第一接觸器(7)通過啟動器(6)與供電裝置(3)連接，第二接觸器(8)直接與供電裝置(3)連接，且所述啟動器(6)的啟動/停止、第一接觸器(7)和第二接觸器(8)的吸合/斷開均由控制器(5)連接控制。
2.按照權利要求1所述動力用空氣壓縮機，其特征在于:所述啟動器(6)為能夠實現無級變速的線性啟動器。
3.按照權利要求2所述動力用空氣壓縮機，其特征在于:所述啟動器(6)為變頻器。
4.按照權利要求1所述動力用空氣壓縮機，其特征在于:所述空氣壓縮機還包括消音器(9)，所述消音器(9)與壓縮機主機(I)上的排氣閥(1-3)連接。
5.按照權利要求1所述動力用空氣壓縮機，其特征在于:所述空氣壓縮機還包括空氣冷卻器(10)，所述空氣冷卻器(10)與壓力傳感器⑷連接。
【文檔編號】F04B49/06GK203962358SQ201420253545
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2014年5月16日
【發明者】魏國林 申請人:沈陽天朗艾爾壓縮機有限公司