口腔科供气系统节能改造探讨

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了口腔科供气系统节能改造探讨范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

【摘要】口腔科供气系统主要使用螺杆空压机或活塞式空压机，但不管哪一种机子，其运行方式多为定频运行，空压机在反复装载和卸载之间运行，对电网的稳定性会有影响，更为重要的是这种工作方式将造成极大地能源浪费。为此，本文提出对口腔科供气系统的空压机进行变频节能改造。

【关键词】空压机；变频；节能

一、概述

随着生活水平的提高，人们保健意识的也随之逐渐加强，特别是改革开放以来，我国人民的物质生活变得愈加丰富，为此我国人口的平均寿命也有显著提升。然而，人们已经开始意识到人的寿命虽然延长，而其咀嚼器官中最为主要的牙齿的耐用程度却并没有相应地提高。近些年越来越多的人开始注重口腔健康，口腔医学技术也在日新月异的发展。近来在我国随处可见各类口腔专科医院、口腔诊所，其在数量与质量上也有了长足的进步。然而不论大到一个口腔医院，还是小到一个口腔诊所，要想正常开展口腔诊疗业务都离不开其中一个核心动力元素---压缩空气（一般为0.5MPa）。那么压缩空气是如何成为口腔诊疗业务中的动力元素呢？首先我们通过一个流程图简单介绍下其工作情况：通过一台空压机工作产生低压气体，其中另外一台为备用机，压缩后的气体经过单向止回阀输送到储气罐中，储气罐中保持压力值在0.5-0.8MPa值之间。压缩空气从空压机出来后进入气罐,空气可以在这里冷却降温,初步析出空气中的油、水等杂质。由于医疗行业的特殊性，所选用的空压机大多为医疗级的无油空压机。因为排出的压缩空气温度很高,使空气中的水分、油分与灰尘混合,形成了水汽、油气和灰尘等混合杂质，所以储气罐出来的气体需经过一个油水过滤器。压缩空气从气罐出来进入油水过滤器,油水过滤器精密的滤芯滤去大部分空气中的油、水及尘埃。经油水过滤器过滤后的气体经单向止回阀进入冷干机，冷冻干燥机可以将流过的温度低于80℃,压力小于1MPa的压缩空气的温度降至0～10℃,从而使压缩空气的油雾和水分达到饱和,绝大部分分离出并凝成水滴和油滴,经机内的排水器排出。冷冻干燥机出来的气体再次经过一个精密过滤器，除去直径>0.01μm的尘埃及浓度>0.01ppm的油滴。从二级过滤器过滤后出来的气体相对较为纯净，经院内预设的管网将气体送到各个科室的口腔综合治疗椅，即平时所说的牙椅。牙椅再通过设备内部复杂的管路将气体定量的输送到各个牙科设备终端，如高速涡轮手机、低速马达手机、三用气枪等。而高速手机或马达手机的转速又是由供气压力决定的，为此，维持管道压力的稳定性对高速涡轮手机能否正常使用至关重要。鉴于压缩空气对口腔诊疗的重要性，空压机运行的稳定性对口腔业务正常开展起着举足轻重的作用。因此，如何让空压机平稳、高效、低能耗、长时间运行成为了医疗设备维护人员的日常工作关注的重点。为此，对口腔科大多数供气系统进行节能改造具有重大的意义。

二、节能改造的方式

1、集中控制方式。多台空压机组工作时可用集中控制方式运行，空压机开启台数根据负荷波动进行调整，而不是改造前工作台数固定不变的。当气体需求量降低到一定程度，空压机会自行减少加载时间以降低产气量。若气体需求了进一步减少，自动化程度高的机型便会自动停止运行。在这种工作模式下，空压机即使在卸载情况下，也会继续消耗电能。通过集中控制改造后，便会根据负载变化停止相应数量的机子运转，运转机子数量的减少，耗电量自然也就随之降低了，进而达到节能的作用。2、空压机热能回收的方式。空压机在运转时会产生大量的热能，热能通过热交换器把热量传导到冷却水中，冷却水被加热后流到保温储油桶中，这样就达到热能的回收目的。热能回收装置的出水温度被控制在根据不同需要而设置的合适范围内，比如用于取暖、洗澡等职工生活需求。3、采用变频调速方式。变频调速方式是降低空压机的轴功率输出，改造之前，空压机出口压力达到预设值，就会自行卸载；经过变频改造，空压机没有卸载，而是通过降低电机转速减少出气量，以达到维持管网压力的目的。改造后有两个方面节能：1、电机运行至工频以下，电机轴输出功率也降低了。2、减少了空压机从卸载到加载这一突变过程产生的电能消耗。结合我院实际情况，集中控制和空压机热能回收的这两种节能方式都不是很适用。因为我院规模的限制，正常工作时，只需启动一台产气量为3m3/min空压机就可满足日常需要。出于安全考虑，采用一用一备的工作模式，两台机组轮流开机使用，所以集中控制方式不适用于我院供气系统。我院可利用空间有限，外加地处我国东南沿海地区，现有的职工宿舍区前期并未铺设供暖管网。此外，热能回收装置也需要一定的空间区域，在现有本就紧凑的机房里的确难觅空间，很难安放。为此，最终选择变频调速方式进行节能改造。

三、变频控制原理

对电机的变频控制方式有多种多样，比如V/F开环控制、PID闭环控制、无PG矢量控制、PG矢量控制、力矩控制等。由于就诊患者的随机性，造成管道的用气量不确定性，进而造成空压机的负荷不稳定，对比各自变频控制方式的优缺点，口腔科供气系统宜采用PID闭环控制算法，控制对象为管道压力，控制方式为通过调整电机运行频率，达到改变电机转速，进而达到控制输出压力。由于口腔科供气管路所需的工作压力为0.5Mpa，故可选用工作范围为0-1Mpa的压力变送器，变送器输出信号为4-20mA的电流型号。通过PLC模拟量输入端，经过PID计算，在PLC输出端输出0-5V的电压信号，进而将该型号传送给变频器。变频器随之做出变频判断，最终达到改变电机转速的目的。

四、变频改造节能效果

与传统定频空压机工作原理不同，变频空压机是以监测输出压力来时刻调整工作频率，进而达到调整转速，最终实现恒压供气目的。由于流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速的二次方成正比，所以才采用变频控制器控制转速就能到达节能的作用，由公式1-1可知：电机在80%转速下，扣除电机铜损、铁损及机械损耗外，节能效率在40%；40%转速下，电机能耗为6.4%，扣除电机自身损耗，节能效率几乎可忽略不计。所以，调速是节能的本质所在，但并非转速越低越好。同时，空压机不允许在低频状态下长时间运转，因为转速太低，电机工作的稳定性不佳，容易引起电机烧毁，正常情况下非变频电机的变频下限20-25Hz为宜。

五、结束语

在空压机运行的生命周期中，费用开支最大的一块就是电能消耗，它占到了总费用的77%，维护费用占到了18%，而设备的采购成本仅占5%。为此，口腔科供气系统在配置空压机设备时，尽可能的用带有变频功能空压机。如果供气系统较为落后，可考虑全套更换或进行节能改造，使空压机在变频的方式下进行工作。尤其是在各行各业都提倡节能减排的大环境下，如何对自己所从事的工作提出具有针对性的节能减排方案，提高能源利用率，具有极其重要和深远的意义。

作者：许华敏 单位：福建医科大学附属口腔医院