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    變頻器在空壓機供氣控制系統中的應用

       【壓縮機網空壓機在工業生產中有著廣泛地應用;比如在我們金屬包裝類行業中,它擔負著為廠內生產線所有氣動元件(包括各種氣動門),提供氣源的職責;因此它運行的好壞直接影響生產線能否高效運轉。空壓機的種類有很多,但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載控制方式。例如我廠使用的南京三達活塞式空壓機、美國壽力ls-10型螺桿壓縮機和atlascopcoga-110型螺桿式空壓機都采用了這種控制方式。根據我們多年的運行經驗,該供氣控制方式雖然原理簡單、操作簡便,但存在能耗高,進氣易損壞、供氣壓力不穩定等諸多問題。隨著社會的發展和進步,高效低耗的技術已愈來愈受到人們的關注。在空壓機供氣領域能否應用變頻調速技術,節省電能同時改善空壓機性能、提高供氣品質就成為我們關心的一個話題。結合生產實際,我們選擇了一臺atlascopcoga-110型固定式螺桿式空壓機進行了研究。
     
      空壓機加、卸載供氣控制方式簡介
     
      本人以atlascopcoga-110型固定式螺桿空壓機電氣控制原理圖,對加、卸載供氣控制方式進行簡單介紹。按下起動按鈕sb2,kt1線圈得電,其瞬時閉合延時斷開的動合觸點閉合,km4和km6線圈得電動作壓縮機電機開始y形起動;此時進氣控制閥yv2得電動作,控制氣體從小儲氣罐中放出進入進氣閥活塞腔,關閉進氣閥,使壓縮機從輕載開始啟動。當kt2到達設定時間(一般為5秒后)其延時斷開的動斷觸點斷開,延時閉合的動合觸點閉合,km6線圈斷電釋放,km5線圈得電動作,空壓機電機從y形自動改接成△形運行。此時yv2斷電關閉,從儲氣罐放出的控制氣體被切斷,進氣閥全開,機組滿載運行。(注:進氣控制閥yv2只在起動過程起作用,而卸載控制閥yv1卻在起動完畢后起作用)。
     
      若所需氣量低于額定排氣量,排氣壓力上升,當超過設定的z*小壓力值pmin(也稱為加載壓力)時,壓力調節器動作,將控制氣輸送到進氣閥,通過進氣閥內的活塞,部分關閉進氣閥,減少進氣量,使供氣與用氣趨于平衡。當管線壓力繼續上升超過壓力調節開關(sp2)設定的z*大壓力值pmax(也稱為卸載壓力)時,壓力調節開關跳開,電磁閥yv1掉電。這樣,控制氣直接進入進氣閥,將進氣口完全關閉;同時,放空閥在控制氣的作用下打開,將分離罐內壓縮空氣放掉。當管線壓力下降低于pmin時,壓力調節開關sp2復位(閉合),yv1接通電源,這時通往進氣閥和放空閥的控制氣都被切斷。這樣進氣閥重新全部打開,放空閥關閉,機組全負荷運行。
     
      加、卸載供氣控制方式存在的問題
     
      1能耗分析
     
      我們知道,加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在pmin~pmax之間來回變化。pmin是z*低壓力值,即能夠保證用戶正常工作的z*低壓力。一般情況下,pmax、pmin之間關系可以用下式來表示:
     
      pmax=(1+δ)pmin
     
      δ是一個百分數,其數值大致在10%~25%之間。
     
      而若采用變頻調速技術可連續調節供氣量的話,則可將管網壓力始終維持在能滿足供氣的工作壓力上,即pmin附近。
     
      由此可知,在加、卸載供氣控制方式下的空壓機較之變頻系統控制下的空壓機,所浪費的能量主要在2個部分:
     
      (1)壓縮空氣壓力超過pmin所消耗的能量
     
      在壓力達到pmin后,原控制方式決定其壓力會繼續上升(直到pmax)。這一過程中必將會向外界釋放更多的熱量,從而導致能量損失。另一方面,高于pmin的氣體在進入氣動元件前,其壓力需要經過減壓閥減壓至接近pmin。這一過程同樣是一個耗能過程。
     
      (2)卸載時調節方法不合理所消耗的能量
     
      通常情況下,當壓力達到pmax時,空壓機通過如下方法來降壓卸載:關閉進氣閥使電機處于空轉狀態,同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種調節方法要造成很大的能量浪費。關閉進氣閥使電機空轉雖然可以使空壓機不需要再壓縮氣體作功,但空壓機在空轉中還是要帶動螺桿做回轉運動,據我們測算,空壓機卸載時的能耗約占空壓機滿載運行時的10%~15%(這還是在卸載時間所占比例不大的情況下)。換言之,該空壓機10%的時間處于空載狀態,在作無用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下,空壓機電機存在很大的節能空間。
     
      2其它不足之處
     
      (1)靠機械方式調節進氣閥,使供氣量無法連續調節,當用氣量不斷變化時,供氣壓力不可避免地產生較大幅度的波動。用氣精度達不到工藝要求。再加上頻繁調節進氣閥,會加速進氣閥的磨損,增加維修量和維修成本。
     
      (2)頻繁采用打開和關閉放氣閥,放氣閥的耐用性得不到保障。
     
      恒壓供氣控制方案的設計
     
      針對原有供氣控制方式存在的諸多問題,經過上述對比分析,本人認為可應用變頻調速技術進行恒壓供氣控制。采用這一方案時,我們可以把管網壓力作為控制對象,壓力變送器yb將儲氣罐的壓力p轉變為標準電信號送給pid調節器,與壓力設定值p0作比較,并根據差值的大小按既定的pid控制模式進行運算,產生控制信號送到變頻調速器vvvf,通過變頻器控制電機的工作頻率與轉速,從而使實際壓力p始終接近設定壓力p0。同時,該方案可以增加工頻與變頻切換功能,并保留原有的控制和保護系統,另外,采用該方案后,空壓機電機從靜止到旋轉工作可由變頻器來啟動,實現了軟啟動,避免了啟動沖擊電流和啟動給空壓機帶來的機械沖擊。

    標簽: 壓縮機空壓機  

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