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節能控製設備

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空壓機節能設備

空(kōng)壓機節能設備

產品簡介:

將(jiāng)變頻調速技術引入空氣壓縮機領域,是各空壓機廠家研究的重要(yào)課(kè)題。

產品詳細


  空壓機節能改造

  

  空壓機概況

  

  空壓機,全名為空氣壓縮機,是一種工礦企業中最常(cháng)用的(de)空氣(qì)動力提供設備。通常,空壓機分為螺杆式空壓機、活塞式空壓機等。

  

  ● 螺杆式空壓機(jī)工作原理

  

  螺杆(gǎn)式空壓機是由一對相互平(píng)行齧合的陰陽轉子(或稱螺(luó)杆)在氣缸內轉動,使轉子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的容(róng)積變化,空氣則沿著轉子軸(zhóu)線由吸入側輸送至輸出側,實現螺杆式空壓(yā)機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。空壓機的(de)進氣口和出氣口分別位於殼體的兩端,陰(yīn)轉子的槽(cáo)和陽轉子的齒被主電機驅(qū)動而(ér)旋轉。

  

  ● 活塞式空壓機(jī)工作原理

  

  活塞式空壓(yā)機是由電動機帶動皮帶輪通過聯(lián)軸器直接驅動曲軸,帶動(dòng)連杆與活塞(sāi)杆,使活塞在壓縮(suō)機氣缸內作往複運動(dòng),完成吸入、壓縮(suō)、排出等過程,將無(wú)壓或低(dī)壓氣體升壓,並輸出到儲壓罐內。其中(zhōng),活塞組件,活塞與汽缸(gāng)內壁及(jí)汽缸蓋構成容積可變的工作腔,在曲柄連杆帶動下,在汽缸內作往複運動以(yǐ)實現(xiàn)汽缸內氣體的壓縮。

  

  空壓機(jī)係統控製

  

  空壓機主電機運行方式為(wéi)星-角降壓起動後全(quán)壓運行,供氣係統具體工作流(liú)程為:當按下啟動按鈕,控製係統接通啟(qǐ)動器線圈並(bìng)打開斷油閥,空壓機在卸載模式下啟動,這時進氣閥處於關閉位置,而放氣閥打開以排放(fàng)油氣分離器內的壓力。等降壓n秒(由(yóu)時(shí)間繼電器控(kòng)製)後空壓機開始加(jiā)載運行,係(xì)統壓力開始上(shàng)升。如果係統壓力上升到壓力開關上限值,即起跳(tiào)壓力,控製器使進氣閥關閉,油氣分離器放氣(qì),壓縮(suō)機空載運行,直到係統壓力(lì)降到(dào)壓力開關下限值後,即(jí)回跳(tiào)壓力下,控製器使進氣閥打(dǎ)開,油氣分離器放氣閥關閉,壓縮機打開,油氣(qì)分離器(qì)放氣閥關閉,壓縮機滿載運行。

  

  空壓機係統節能分析

  

  在管道供氣係統中,最基(jī)本的(de)控製對象是流量,供氣係統的基本任務就是要滿足用(yòng)戶對流量的需求。目前,常見的氣體流量控製方式有加、卸載供氣控(kòng)製方式和轉速控製方式兩種。

  

  ● 加、卸載供氣控製

  

  加、卸載供氣控製方式即(jí)為進氣閥開關控製方式(shì),即壓力達到上限時關閥,壓縮機進人輕載運行;壓力抵達下限時開閥,壓縮機進入滿載運行。

  

  由於空壓機不能排(pái)除在滿負荷狀態下長時間運行的可能性,所以隻能按最大需要來決定電動機(jī)的容量,設計餘量一般偏大。工頻起動設備時的衝擊大,電機軸承的磨損大,所(suǒ)以設備維護量大。雖然都是降壓啟動,但起動時的電流仍然很大,會影(yǐng)響電網的穩定及(jí)其它用電設備的運行安全,而且大多數是連續運行,由於一般空(kōng)氣壓縮機的(de)拖動電機(jī)本身(shēn)不能(néng)調(diào)速,因此就不能直接使用壓力或流量的變動來實現降速調節(jiē)輸出(chū)功率的匹配,電機不(bú)允許頻繁啟動,導致在用氣量少的時候電機仍然要空載(zǎi)運行,電能(néng)浪費巨大。

  

  經常卸載和加載(zǎi)導致整個氣網壓力經常變化,不能保持恒定的工作壓力延長壓縮機的使用壽(shòu)命(mìng)。空壓機的有些調節方式(如調節閥門或調節卸載等方式)即使在需要流量(liàng)較小的情況下,由於電機轉速不變,電機功率下降幅度比較小。

  

  ● 轉速控製(zhì)

  

  即通過改變空壓機(jī)的轉速來調節流量,而閥門的開度保持不變(一般保持最大開度)。當空壓機轉速改變時,供氣(qì)係統(tǒng)的揚程特性隨之(zhī)改變,而管阻(zǔ)特性不(bú)變。

  

  在這種控製方式下,通過變頻(pín)調速技術改變空(kōng)壓機電機的轉速(sù),空壓機(jī)的供(gòng)氣流(liú)量可隨(suí)著用氣流量的改變而改變,達到真正的(de)供需(xū)平(píng)衡,在節能的同(tóng)時,也可使整個(gè)係統達到最佳工作效率。變頻器基於交一直一交電源變換原理,可根據控製對象的需要輸出頻(pín)率連續可調的交(jiāo)流電壓。電動機轉速與電源頻率成正(zhèng)比,因此(cǐ),用變頻器輸出頻率可調的(de)交流電壓作為空壓機電動機的電源電壓,可方便地改(gǎi)變空壓機的轉速。

  

  空壓機係統節能原理

  

  采用(yòng)變(biàn)頻(pín)器控製空壓機的轉速以(yǐ)達到節能是一種較為科學的控(kòng)製方法。根據(jù)空壓機運(yùn)行特性知:

  

  Q1 / Q2 = n1 / n2

  

  H1 / H2 =( n1 / n2)2

  

  P1 / P2 =( n1 / n2)3

  

  式中 Q———空壓(yā)機供給管網風量;

  

  H———管網壓力;

  

  P———電(diàn)機消耗功率(lǜ);

  

  n———空壓機轉速。

  

  由(yóu)上式(shì)可(kě)知,當電機(jī)轉速降至額定轉速的80%,則空壓機供給(gěi)管網風量降為80%,管(guǎn)網壓力降為(80%)2,電機消耗功(gōng)率則降為(80%)3,即51.2%,去(qù)除電機機(jī)械損(sǔn)耗和電機銅、鐵損耗等(děng)影響,節(jiē)能效率也接近40%,這就是調(diào)速節能的原理所在。

  

  長期實(shí)踐證明,在供氣係(xì)統中接入變頻節能係統,利用變(biàn)頻(pín)技術改變空壓機轉(zhuǎn)速來調節管道(dào)中的流量,以取代閥門調節方式,能(néng)取得明顯的節能效果(guǒ),一般(bān)節(jiē)電率都在(zài)30%以上。另外,變頻器的(de)軟啟(qǐ)動功能及平滑調速的特點可實現對流量的平穩(wěn)調節,同時(shí)減少啟動衝擊並延長機組及管組的使用壽命。

  

  空壓機變頻改造方(fāng)案

  

  ● 空壓機變頻改造注(zhù)意事項

  

  1)空壓機是大轉動(dòng)慣量負載,這種啟(qǐ)動特點就很容易引起V/F控製方式的變頻器在啟動時出現跳過流保護的情況,建議選用具有高啟動轉矩的無速度傳(chuán)感器矢量變頻器,保證即能(néng)實現(xiàn)恒壓供氣連(lián)續性,又保證設備可靠穩定的運行;

  

  2)空壓(yā)機不允許長時間在低頻(pín)下運行,當空(kōng)壓機的轉速過(guò)低,一方麵將使空(kōng)壓機的工作穩定性變差,另(lìng)一方麵也使缸體的潤滑變差(chà),會加快磨(mó)損。所以工作的下限頻率應不低於20Hz;

  

  3)為了有效濾(lǜ)除變頻器輸出電流中的高次諧波分(fèn)量,減小因高次諧波引(yǐn)起的電磁幹(gàn)擾,建議選用輸出交流(liú)電抗器,還可以減小電機運(yùn)行噪音和溫升,提(tí)高(gāo)電動機的穩定(dìng)性。

  

  ● 恒壓供氣節能原理

  

  如上所述,流量是供氣係(xì)統的(de)基本控(kòng)製對象,供氣流量需要隨時滿足用(yòng)氣流量。在供氣係統中,儲氣管中(zhōng)的氣壓能夠充分反映供氣能力與(yǔ)用氣需求之間的關係:

  

  若 供氣流量(liàng) > 用氣(qì)流量 → 儲氣管氣壓上升

  

  若 供氣流量 < 用氣流量 → 儲氣管氣壓下降

  

  若 供氣流量 = 用氣流量 → 儲氣管氣壓(yā)不變

  

  所以,保持管(guǎn)道中的氣壓恒定,就可保證該處供氣能力恰好滿足用氣(qì)需求,這就是恒壓供氣係(xì)統所要(yào)達到的(de)目的。

  

  空氣壓(yā)縮機采用變頻調速技術進行恒(héng)壓供氣控製時,係統原理框圖如圖1所示。

  

  變頻調速係統將管網壓力作為控製對象,裝(zhuāng)在儲(chǔ)氣管出(chū)氣口的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉變為電信(xìn)號送給變頻器內(nèi)部的PID調節器,與壓(yā)力給定值進行(háng)比較,並(bìng)根據差值的大小(xiǎo)按既定的PID控製模式進(jìn)行運算,產生控製信號(hào)去控製(zhì)變頻器的輸出電壓和逆變頻率,調整電(diàn)動機的轉速,從而使實際壓力始終維持在給定壓力。另外,采用該方案後,空氣壓縮機電動機從靜(jìng)止到穩定轉速可由(yóu)變頻器實現軟啟動,避免(miǎn)了(le)啟動時的大(dà)電流和啟動給空氣壓縮機帶來的機械衝擊(jī)。正常情況下,空氣壓縮機在變頻器調速控製方式下工作。變頻器一旦出現故障,生產工藝不(bú)允(yǔn)許空氣壓縮機停機,因此,係統設置了工(gōng)頻(pín)與變頻切換功能,這(zhè)樣(yàng)當變頻器出現故障時,可由工頻電源(yuán)通(tōng)過接觸器直接供電,使空氣壓縮機(jī)照常工作。

  

  整個控製過程如下:

  

  用氣需求↑ —— 管(guǎn)路氣壓↓—— 壓力設定值與返饋值的差值↑ —— PID輸出↑ —— 變頻器輸出(chū)頻率↑ —— 空壓機電機轉速↑ —— 供氣(qì)流量↑—— 管路氣壓趨於穩定

  

  特別注意,在壓力容差範圍內,變頻器的PID不調節,即保持輸出頻率不變。

  

  圖3 空壓機變頻電氣控製圖

  

  如圖(tú)3,空壓機電(diàn)機的電路上安裝了“市電”、“節電”接觸器(qì),這(zhè)樣可以(yǐ)有“市電運行(háng)”與“節電運行”兩種工(gōng)作模式選擇:市電運行模式下,變頻器不工作,整套係統按原有方式手(shǒu)動起停、工頻運行;節電運行模式下,空(kōng)壓機由變頻器直接拖動(dòng),係統(tǒng)根據用氣量的變化,自動調節空壓機的(de)電機(jī)轉速,使得儲(chǔ)氣罐(guàn)始終保(bǎo)持恒定壓力的氣壓輸出。

  

  總結

  

  將變頻調速技(jì)術引入空氣壓縮機領域,是近(jìn)幾年來各空壓機廠家研究的重要課題。各大牌專業空壓機供應商都推出了自己變頻空壓機產品,並迅速在(zài)其高端市場具有很不錯的表現。但目前,大量的工(gōng)頻(pín)空壓機的應用非(fēi)常普(pǔ)遍,因(yīn)此,空壓(yā)機的改造市場非常巨大。衷心希(xī)望此空壓(yā)機變頻(pín)改造方案能給廣大係統集成商、空壓機(jī)最終用戶、電氣自動化愛好者以幫助,或者是為其提供一種新的思路。


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