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变频调速技术在供气控制系统中能够起到哪些作用?

一、引言


随着如今科技快速发展,与工业生产相关的技术也快速的发展,各种新技术与设备一旦出现就会在工业生产中得到快速广泛的应用。空压机就是这样的,如今空压机在工业生产中有着广泛的应用;例如在金属包装类行业中,它就肩负着为生产线所有气动元件(包括各种气动阀门),提供气源的职责;因此它运行的好坏直接影响生产线能否高效运转。空压机的种类有很多,但其供气控制方式几乎都是采用加、卸载控制方式。


例如在某地工厂中就在活塞式空压机、螺杆压缩机和螺杆式空压机上都采用了这种控制方式。根据我们多年的运行经验,该供气控制方式虽然原理简单、操作简便,但存在能耗高,进气阀易损坏、供气压力不稳定等诸多问题。随着社会的发展和进步,高效低耗的技术已愈来愈受到人们的关注。在空压机供气领域能否应用变频调速技术,节省电能同时改善空压机性能、提高供气品质就成为我们关心的一个话题。结合生产实际,我们选择了一台固定式螺杆式空压机进行了研究。

“三科变频器”

二、空压机加、卸载供气控制方式简介


以下我们就以固定式螺杆空压机电气控制原理图,对加、卸载供气控制方式进行简单介绍。


当我们在运行设备时,在按下起动按钮后sb2,kt1线圈通电,其瞬时闭合延时断开的动合触点闭合,km4和km6线圈得电动作压缩机电机开始y形起动;此时进气控制阀yv2得电动作,控制气体从小储气罐中放出进入进气阀活塞腔,关闭进气阀,使压缩机从轻载开始启动。当kt2到达设定时间(一般为5秒后)其延时断开的动断触点断开,延时闭合的动合触点闭合,km6线圈断电释放,km5线圈得电动作,空压机电机从y形自动改接成△形运行。此时yv2断电关闭,从储气罐放出的控制气体被切断,进气阀全开,机组满载运行。(注:进气控制阀yv2只在起动过程起作用,而卸载控制阀yv1却在起动完毕后起作用)。


若所需气量低于额定排气量,排气压力上升,当超过设定的最小压力值pmin(也称为加载压力)时,压力调节器动作,将控制气输送到进气阀,通过进气阀内的活塞,部分关闭进气阀,减少进气量,使供气与用气趋于平衡。当管线压力继续上升超过压力调节开关(sp2)设定的最大压力值pmax(也称为卸载压力)时,压力调节开关跳开,电磁阀yv1掉电。这样,控制气直接进入进气阀,将进气口完全关闭;同时,放空阀在控制气的作用下打开,将分离罐内压缩空气放掉。当管线压力下降低于pmin时,压力调节开关sp2复位(闭合),yv1接通电源,这时通往进气阀和放空阀的控制气都被切断。这样进气阀重新全部打开,放空阀关闭,机组全负荷运行。


三、加、卸载供气控制方式存在的问题


1、能耗分析


我们知道,加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在pmin~pmax之间来回变化。pmin是最低压力值,即能够保证用户正常工作的最低压力。一般情况下,pmax、pmin之间关系可以用下式来表示:


pmax=(1+δ)pmin


δ是一个百分数,其数值大致在10%~25%之间。


而若采用变频调速技术可连续调节供气量的话,则可将管网压力始终维持在能满足供气的工作压力上,即pmin附近。


由此可知,在加、卸载供气控制方式下的空压机较之变频系统控制下的空压机,所浪费的能量主要在2个部分:


(1)压缩空气压力超过pmin所消耗的能量


在压力达到pmin后,原控制方式决定其压力会继续上升(直到pmax)。这一过程中必将会向外界释放更多的热量,从而导致能量损失。另一方面,高于pmin的气体在进入气动元件前,其压力需要经过减压阀减压至接近pmin。这一过程同样是一个耗能过程。


(2)卸载时调节方法不合理所消耗的能量


通常情况下,当压力达到pmax时,空压机通过如下方法来降压卸载:关闭进气阀使电机处于空转状态,同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。关闭进气阀使电机空转虽然可以使空压机不需要再压缩气体作功,但空压机在空转中还是要带动螺杆做回转运动,据我们测算,空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的10%~15%(这还是在卸载时间所占比例不大的情况下)。换言之,该空压机10%的时间处于空载状态,在作无用功。很明显在加卸载供气控制方式下,空压机电机存在很大的节能空间。


2、其它不足之处


(1)靠机械方式调节进气阀,使供气量无法连续调节,当用气量不断变化时,供气压力不可避免地产生较大幅度的波动。用气精度达不到工艺要求。再加上频繁调节进气阀,会加速进气阀的磨损,增加维修量和维修成本。


(2)频繁采用打开和关闭放气阀,放气阀的耐用性得不到保障。


四、恒压供气控制方案的设计


因为原有供气控制方式存在着多种问题,通过针对上述内容对比分析后,我们认为通过变频调速技术来进行恒压供气控制。该方案实施后,我们能够将管网压力来作为一个控制对象,压力变送器将储气罐的压力转变为标准电信号送给调节器,与压力设定值作比较,并根据差值的大小按既定的控制模式进行运算,产生控制信号送到变频调速器,通过变频器控制电机的工作频率与转速,从而使实际压力始终接近设定压力。


同时,该方案还能够增加一个在工频与变频之间自主切换的功能的状态下,还能够保留原有的控制和保护系统,此外,该方案实施后,空压机电机从静止到旋转工作的控制可以通过变频器来完成启动,这既能实现设备的软启动,也能有效的避免启动冲击电流与启动给空压机时带来的机械冲击。

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