口腔醫學系畢業論文

口腔醫學系畢業論文

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　　【摘要】

　　口腔科供氣系統主要使用螺桿空壓機或活塞式空壓機，但不管哪一種機子，其運行方式多為定頻運行，空壓機在反復裝載和卸載之間運行，對電網的穩定性會有影響，更為重要的是這種工作方式將造成極大地能源浪費。為此，本文提出對口腔科供氣系統的空壓機進行變頻節能改造。

　　【關鍵詞】

　　空壓機；變頻；節能

　　一、概述

　　隨著生活水平的提高，人們保健意識的也隨之逐漸加強，特別是改革開放以來，我國人民的物質生活變得愈加豐富，為此我國人口的平均壽命也有顯著提升。然而，人們已經開始意識到人的壽命雖然延長，而其咀嚼器官中最為主要的牙齒的耐用程度卻并沒有相應地提高。近些年越來越多的人開始注重口腔健康，口腔醫學技術也在日新月異的發展。近來在我國隨處可見各類口腔專科醫院、口腔診所，其在數量與質量上也有了長足的進步。然而不論大到一個口腔醫院，還是小到一個口腔診所，要想正常開展口腔診療業務都離不開其中一個核心動力元素---壓縮空氣（一般為0.5MPa）。那么壓縮空氣是如何成為口腔診療業務中的動力元素呢？首先我們通過一個流程圖簡單介紹下其工作情況：通過一臺空壓機工作產生低壓氣體，其中另外一臺為備用機，壓縮后的氣體經過單向止回閥輸送到儲氣罐中，儲氣罐中保持壓力值在0.5-0.8MPa值之間。

　　壓縮空氣從空壓機出來后進入氣罐,空氣可以在這里冷卻降溫,初步析出空氣中的油、水等雜質。由于醫療行業的特殊性，所選用的空壓機大多為醫療級的無油空壓機。因為排出的壓縮空氣溫度很高,使空氣中的水分、油分與灰塵混合,形成了水汽、油氣和灰塵等混合雜質，所以儲氣罐出來的氣體需經過一個油水過濾器。壓縮空氣從氣罐出來進入油水過濾器,油水過濾器精密的濾芯濾去大部分空氣中的油、水及塵埃。經油水過濾器過濾后的氣體經單向止回閥進入冷干機，冷凍干燥機可以將流過的溫度低于80℃,壓力小于1MPa的壓縮空氣的溫度降至0～10℃,從而使壓縮空氣的油霧和水分達到飽和,絕大部分分離出并凝成水滴和油滴,經機內的排水器排出。冷凍干燥機出來的氣體再次經過一個精密過濾器，除去直徑>0.01μm的塵埃及濃度>0.01ppm的油滴。

　　從二級過濾器過濾后出來的氣體相對較為純凈，經院內預設的管網將氣體送到各個科室的口腔綜合治療椅，即平時所說的牙椅。牙椅再通過設備內部復雜的管路將氣體定量的輸送到各個牙科設備終端，如高速渦輪手機、低速馬達手機、三用QiQiang等。而高速手機或馬達手機的轉速又是由供氣壓力決定的，為此，維持管道壓力的穩定性對高速渦輪手機能否正常使用至關重要。鑒于壓縮空氣對口腔診療的重要性，空壓機運行的穩定性對口腔業務正常開展起著舉足輕重的作用。因此，如何讓空壓機平穩、高效、低能耗、長時間運行成為了醫療設備維護人員的日常工作關注的重點。為此，對口腔科大多數供氣系統進行節能改造具有重大的意義。

　　二、節能改造的方式

　　1、集中控制方式。多臺空壓機組工作時可用集中控制方式運行，空壓機開啟臺數根據負荷波動進行調整，而不是改造前工作臺數固定不變的。當氣體需求量降低到一定程度，空壓機會自行減少加載時間以降低產氣量。若氣體需求了進一步減少，自動化程度高的機型便會自動停止運行。在這種工作模式下，空壓機即使在卸載情況下，也會繼續消耗電能。通過集中控制改造后，便會根據負載變化停止相應數量的機子運轉，運轉機子數量的減少，耗電量自然也就隨之降低了，進而達到節能的作用。

　　2、空壓機熱能回收的方式。空壓機在運轉時會產生大量的熱能，熱能通過熱交換器把熱量傳導到冷卻水中，冷卻水被加熱后流到保溫儲油桶中，這樣就達到熱能的回收目的。熱能回收裝置的出水溫度被控制在根據不同需要而設置的合適范圍內，比如用于取暖、洗澡等職工生活需求。

　　3、采用變頻調速方式。變頻調速方式是降低空壓機的軸功率輸出，改造之前，空壓機出口壓力達到預設值，就會自行卸載；經過變頻改造，空壓機沒有卸載，而是通過降低電機轉速減少出氣量，以達到維持管網壓力的目的。改造后有兩個方面節能：

　　1、電機運行至工頻以下，電機軸輸出功率也降低了。

　　2、減少了空壓機從卸載到加載這一突變過程產生的電能消耗。結合我院實際情況，集中控制和空壓機熱能回收的這兩種節能方式都不是很適用。因為我院規模的限制，正常工作時，只需啟動一臺產氣量為3m3/min空壓機就可滿足日常需要。出于安全考慮，采用一用一備的工作模式，兩臺機組輪流開機使用，所以集中控制方式不適用于我院供氣系統。我院可利用空間有限，外加地處我國東南沿海地區，現有的職工宿舍區前期并未鋪設供暖管網。此外，熱能回收裝置也需要一定的空間區域，在現有本就緊湊的機房里的確難覓空間，很難安放。為此，最終選擇變頻調速方式進行節能改造。

　　三、變頻控制原理

　　對電機的變頻控制方式有多種多樣，比如V/F開環控制、PID閉環控制、無PG矢量控制、PG矢量控制、力矩控制等。由于就診患者的隨機性，造成管道的用氣量不確定性，進而造成空壓機的負荷不穩定，對比各自變頻控制方式的優缺點，口腔科供氣系統宜采用PID閉環控制算法，控制對象為管道壓力，控制方式為通過調整電機運行頻率，達到改變電機轉速，進而達到控制輸出壓力。由于口腔科供氣管路所需的工作壓力為0.5Mpa，故可選用工作范圍為0-1Mpa的壓力變送器，變送器輸出信號為4-20mA的電流型號。通過PLC模擬量輸入端，經過PID計算，在PLC輸出端輸出0-5V的電壓信號，進而將該型號傳送給變頻器。變頻器隨之做出變頻判斷，最終達到改變電機轉速的目的。

　　四、變頻改造節能效果

　　與傳統定頻空壓機工作原理不同，變頻空壓機是以監測輸出壓力來時刻調整工作頻率，進而達到調整轉速，最終實現恒壓供氣目的。由于流量Q與轉速N的一次方成正比，壓力H與轉速的二次方成正比，所以才采用變頻控制器控制轉速就能到達節能的作用，由公式1-1可知：電機在80%轉速下，扣除電機銅損、鐵損及機械損耗外，節能效率在40%；40%轉速下，電機能耗為6.4%，扣除電機自身損耗，節能效率幾乎可忽略不計。所以，調速是節能的本質所在，但并非轉速越低越好。同時，空壓機不允許在低頻狀態下長時間運轉，因為轉速太低，電機工作的穩定性不佳，容易引起電機燒毀，正常情況下非變頻電機的變頻下限20-25Hz為宜。

　　五、結束語

　　在空壓機運行的生命周期中，費用開支最大的一塊就是電能消耗，它占到了總費用的77%，維護費用占到了18%，而設備的采購成本僅占5%。為此，口腔科供氣系統在配置空壓機設備時，盡可能的用帶有變頻功能空壓機。如果供氣系統較為落后，可考慮全套更換或進行節能改造，使空壓機在變頻的方式下進行工作。尤其是在各行各業都提倡節能減排的大環境下，如何對自己所從事的工作提出具有針對性的節能減排方案，提高能源利用率，具有極其重要和深遠的意義。

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