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螺桿壓縮機經(jīng)過半個多世紀的開發(fā)應用，在技術(shù)上得到了很大的開展。其中又以噴油螺桿空氣壓縮機的應用開展最快、最普遍。在空氣動力用的壓縮機范疇，作為同是容積式壓縮機的螺桿空壓機，其綜合運轉(zhuǎn)經(jīng)濟性已被事實證明，比習氣運用的往復式空壓機來得更優(yōu)越。雖然如此，作為越來越普遍運用的螺桿空壓機，依然耗費著大量的能源，仍是許多企業(yè)中的用電大戶。因而，如何進一步改善螺桿機械的性能，特別是降低螺桿空壓機的運轉(zhuǎn)能耗，仍是當前研發(fā)的嚴重課題。
螺桿空氣壓縮機的節(jié)能途徑
自從螺桿機械降生，螺桿轉(zhuǎn)子的型線，閱歷了屢次的變革。隨著計算機技術(shù)的開展，人們已能開發(fā)目前所認識的多種高效率的型線。世界上制造螺桿空壓機的廠商，也都能運用所謂的第三代高效率的型線。同樣，對整個螺桿空壓機系統(tǒng)的研討和應用，也已大致類同。要在短期內(nèi)，從螺桿機械上獲取可觀的節(jié)能則顯得更為艱巨。同時，從能耗角度上講，用戶更關(guān)懷的不是空壓機軸功率的能耗比，而是輸入功率的能耗比。為此，人們把節(jié)能的潛力關(guān)注在空壓機的運轉(zhuǎn)上。
另一方面，依據(jù)美國能源部2002年的調(diào)研報告，各國空壓機運用的負載率簡直不可能超越90%（圖1）。因而，空壓機要運轉(zhuǎn)節(jié)能，除了滿載時，輸入的能耗比要低，而且在局部負載和無負載時也要節(jié)能。就此而言，對螺桿空壓機的氣量調(diào)理提出了更高的請求。
通常調(diào)理螺桿空壓機氣量有三種辦法：
（1）進時令流調(diào)理。
（2）改動轉(zhuǎn)子有效長度調(diào)理。
（3）改動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)理。
從節(jié)能角度講，改動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)理是最有效的。為此，人們想到了變頻電機，當然它比固定轉(zhuǎn)速的其他調(diào)理辦法要節(jié)能。但是，由于通常的變頻電機在轉(zhuǎn)速降落時，會惹起電機功率要素和效率的降落，依據(jù)測試它比傳統(tǒng)空壓機在相同的功率下產(chǎn)氣量會降落10%~15%。因而，它還不是最理想的驅(qū)動機。而且，通常的電機還不能頻繁地啟、停。在此，螺桿空壓機要耗費25%~30%的空載功率。于是人們等待著一種新的驅(qū)動電機的呈現(xiàn)。
一種新的螺桿空壓機變速驅(qū)動電機
為了滿足螺桿空壓機運轉(zhuǎn)中的節(jié)能，必需有一種高效率變轉(zhuǎn)速的驅(qū)動電機。當空壓機滿負荷運轉(zhuǎn)時，電機能高效運轉(zhuǎn)；當空壓機處于局部負載時，電機能隨氣量改動轉(zhuǎn)速，并仍堅持高的效率；當空壓機不需求負載時，電機能無限制地啟、停，將能耗降為零。這就是美國英格索蘭公司同世界著名電氣制造商，共同開發(fā)的一種HPM混合永磁電機。
HPM混合永磁電機同普通三相異步電機相比，在構(gòu)造上有如下不同：1）電機定子的繞阻非整體式繞制，而是分為8~12組鑲裝在電機的定子座里。2）電機轉(zhuǎn)子的矽鋼片上分別鑲裝著幾條永磁鐵（見圖2）。由于永磁鐵的存在，使電機定子上的電磁線圈在定子和一排排永磁鐵之間產(chǎn)生了強大的電磁力，磁通量被增加三倍，從而使同功率下電機的長度可縮短至1/3。因而，電機的轉(zhuǎn)子可省去支承，懸掛在任何被驅(qū)動的轉(zhuǎn)子軸上。
混合永磁電機同普通的三相變頻電機相比，在性能上有如下的特性：
（1）變速范圍大。在整個變速范圍，電機的效率及功率要素簡直不變。
（2）電機可無限制地起、停。不會形成電機溫升增高，電流增大。
（3）電機冷卻效果和運轉(zhuǎn)牢靠性好。
這是由于磁力強度的增大，使電機定子與轉(zhuǎn)子之間的間隙增大了一倍，大大改善了冷卻效果。
英格索蘭NIRVANA螺桿空氣壓縮機
美國英格索蘭公司應用HPM混合永磁電機來驅(qū)動噴油和無油螺桿空壓機，開發(fā)了NIRVANA系列新一代節(jié)能型螺桿空壓機。由于篇幅的限制，本文僅引見NIRVANA噴油螺桿空壓機的特性。
NIRVANA噴油螺桿空壓機同普通噴油螺桿空壓機相比，驅(qū)動局部的構(gòu)造被大大簡化。
運用HPM混合永磁電機的NIRVANA噴油螺桿空壓機，其電機的定子是用法蘭同螺桿主機的機殼面聯(lián)接，而電機的轉(zhuǎn)子是懸掛在螺桿主動轉(zhuǎn)子的軸上。因而，它省去了電機的軸承、密封。從整個傳動安裝上看，又省去了傳統(tǒng)齒輪箱、齒輪以及聯(lián)接的同心度請求。所以，除了機組傳動效率高，還令用戶快樂的是省去了日常費事的定期改換電機軸承光滑油脂的維護。
運用HPM混合永磁電機要在運轉(zhuǎn)中節(jié)能，還要借助于一套完好的控制系統(tǒng)。NIRVANA空壓機也停止了優(yōu)化設(shè)計。它將電機的變速控制、軟啟動控制以及空壓機的常規(guī)運轉(zhuǎn)和維護控制，全部整合在一同，用模塊化集成于機箱內(nèi)一個低壓控制柜內(nèi)。不但操作維護便當，而且運轉(zhuǎn)牢靠。每臺空壓機相當于有80套電子齒輪，可按用戶實踐用氣的氣量和壓力，自動完成優(yōu)化控制。當空壓機負載率低于25%時，空壓機不需求空載運轉(zhuǎn)耗費電能，而可直接停機，將能耗降為零。一旦系統(tǒng)壓力低于設(shè)定壓力，空壓機又會自動軟啟動。
另外，NIRVANA噴油螺桿空壓機同普通變頻空壓機還有一點不同，當轉(zhuǎn)速降低，氣量減少時，它能完成噴油量的調(diào)理，使活動損失更小，更節(jié)能。
NIRVANA噴油螺桿同普通噴油螺桿測試性能比擬如下（圖4），假如按空壓機通常狀況下，均勻負載率為70%計算，NIRVANA空壓機可降低22%～30%能耗。所以，NIRVANA能夠說是目前唯一真正意義上具有調(diào)速變頻驅(qū)動的螺桿空壓機。
多臺螺桿空壓機的節(jié)能運轉(zhuǎn)
對大多數(shù)用戶來講，出于對用氣的思索，在緊縮站房內(nèi)，常常會運用多臺空壓機。從運轉(zhuǎn)節(jié)能思索，除了應用多臺空壓機來調(diào)理用氣負荷外，最理想的辦法是選其中一臺為節(jié)能型調(diào)速螺桿空壓機，來用作局部負載時的調(diào)理，這樣不但初次投資增加不多，而且日后的運轉(zhuǎn)更節(jié)能。下面是一個實踐用氣的配置。
IRN-75是NIRVANA調(diào)速節(jié)能型螺桿空壓機，氣量是3.7～13m3/min。
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作者:德耐爾@德耐爾空壓機 空壓機修訂日期：2014-02-12
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