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三科足迹,书写新篇章

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在供气控制系统中变频技术能够起到哪些作用

一、导言


随着科学技术的飞速发展,与工业生产相关的技术也在飞速发展。一旦出现新的技术和设备,它们将迅速广泛应用于工业生产中。情况就是这样。如今,空气压缩机广泛应用于工业生产中。例如,在金属包装行业,负责为生产线上的所有气动元件(包括各种气动阀)提供气源;因此,其运行直接影响生产线的高效运行。空气压缩机有很多种,但几乎都是加载和卸载控制。

比如某厂活塞式空压机、螺杆式空压机、螺杆式空压机都采用这种控制方式。根据我们多年的运行经验,这种送风控制方式虽然原理简单,易于操作,但存在能耗高、进气阀易损坏、送风压力不稳定等诸多问题。随着社会的发展和进步,高效低耗的技术越来越受到人们的关注。能否将变频调速技术应用于空压机供气领域,以节约电能,提高空压机性能和供气质量,已成为我们关注的话题。结合生产实际,我们选择了固定螺杆式空气压缩机进行研究。


二、空压机装卸气供气控制方式介绍


在这里,我们将根据固定螺杆式空气压缩机的电气控制原理图,简单介绍一下装卸气源的控制方式。


当我们运行设备时,当按下启动按钮时,sb2和kt1线圈通电,它们的瞬时闭合和延迟断开动触点闭合。当km4和km6线圈通电时,压缩机电机开始Y形启动。此时进气控制阀yv2电动操作,控制气体从小储气罐释放到进气门活塞腔内,关闭进气门,轻载启动压缩机。当kt2到达设定时间(一般5秒后)时,其延时动断触点断开,延时动闭合触点闭合,断电后km6线圈释放,km5线圈通电,空压机电机自动由Y形变为三角形。此时yv2断电,储气罐释放的控制气体被切断,进气阀全开,机组满负荷运行。(注意:进气控制阀yv2仅在启动时工作,而卸载控制阀yv1在启动后工作)。


如果所需气体量低于额定排气量,排气压力将上升。当它超过设定的最小压力值pmin(也称为加载压力)时,压力调节器将动作以将控制气体输送到进气阀。进气阀中的活塞会部分关闭进气阀,减少进气量,使气体供应和消耗达到平衡。当管道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断电。这样控制气体直接进入进气阀,完全关闭进气口;同时,排气阀在控制气体的作用下打开,释放分离罐内的压缩空气。当管道压力降至pmin以下时,压力调节开关sp2复位(闭合),yv1通电。此时,通向入口阀和排气阀的控制气体被切断。这样,所有入口阀再次打开,排气阀关闭,机组满负荷运行。


三、装卸气供气控制方式存在的问题


1.能耗分析


我们知道,加卸载的控制方式使得压缩气体的压力在PMIN和PMAX之间来回变化。Pmin是最低压力值,即能保证用户正常工作的最低压力。通常,pmax和pmin之间关系可以由下面的公式表示:


pmax=(1+δ)pmin


δ是一个百分比,其值大致在10%-25%之间。


如果变频调速技术能连续调节送风量,管网压力就能一直维持在能满足送风量的工作压力,即pmin附近。


因此,与变频系统控制的空压机相比,装卸气控制方式下的空压机浪费能量主要体现在两个方面:


(1)压缩空气压力超过pmin消耗的能量。


压力达到pmin后,原控制方式决定压力继续上升(直到pmax)。在这个过程中,会有更多的热量释放到外界,造成能量损失。另一方面,高于pmin的气体压力需要在进入气动部件之前通过减压阀降低到接近pmin。这个过程也是一个能量消耗的过程。


(2)卸载过程中不合理的调整方法所消耗的能量。


通常情况下,当压力达到pmax时,空气压缩机可以通过以下方法减压卸载:关闭进气阀使电机空转,通过排空阀排空分离罐内多余的压缩空气。这种调节方法会造成能源的极大浪费。虽然关闭进气阀,让电机空转可以使空压机不需要再压缩气体做功,但空压机在空转时仍然需要驱动螺杆做旋转运动。根据我们的计算,空压机卸载时的能耗约占空压机满负荷运行的10% ~ 15%(这还是在卸载时间占较小比例的情况下)。换句话说,空气压缩机有10%的时间是空闲的,什么都不做。显然,在装卸送风的控制模式下,空压机的电机有很大的节能空间。


2.其他缺点


(1)用机械方法调节进气阀,使供气不能连续调节。当耗风量不断变化时,送风压力必然会有较大波动。用气量的准确度不能满足工艺要求。再加上频繁调整进气门,会加速进气门的磨损,增加维修量和费用。


(2)频繁开关排气阀,排气阀的耐久性无法保证。


四、恒压供气控制方案的设计


由于原有的送风控制方式存在诸多问题,经过对以上内容的对比分析,我们认为应采用变频调速技术进行恒压送风控制。该方案实施后,我们可以把管网的压力作为控制对象。压力变送器将储气罐的压力转换成标准电信号,送至调节器,与设定压力值进行比较。然后根据差值,按照建立的控制方式进行计算,产生控制信号并发送给变频调速器。电机的工作频率和转速由VFD控制,使实际压力始终接近设定压力。

同时,该方案还可以增加工频和变频切换的功能,并且还可以保持原有的控制和保护系统。此外,方案实施后,可以通过变频器启动空压机电机从静止到旋转的控制,不仅可以实现设备的软启动,还可以有效避免启动冲击电流和启动时给空压机带来的机械冲击。

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