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空壓機變頻改造案例 |
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| 產(chǎn)品名：空壓機變頻改造案例 |
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主要數(shù)據(jù)：
空壓機，全名為空氣壓約定宿機，是一種工礦業(yè)中最常用的空氣動力提供設(shè)備。通�？諌簷C分為螺桿式空壓、活賽式空壓機等。
螺桿式空壓機工作原理
螺桿式空壓機是由一對相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子（或稱桿）在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，實現(xiàn)螺桿式空壓機的氣、壓縮和排氣的全過程�？諌簷C的進氣口和出氣口分別位于殼體的兩端，陰轉(zhuǎn)子的槽和陽轉(zhuǎn)子的齒被主電機驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。
活賽式空壓機工作原理
活賽式空壓機是由電動機帶動皮帶輪通過聯(lián)軸呂直接驅(qū)動曲軸，帶動邊桿與活塞桿，使活塞 在壓縮機氣缸內(nèi)作往復(fù)運動，完成入、壓縮、排出等過程，將無壓或低壓氣體升壓，并輸?shù)絻汗迌?nèi)。其中，活塞組件，活塞組件，活塞與汽缸內(nèi)壁及汽缸蓋構(gòu)成容積可變的工作腔，在曲柄連桿帶動下，在汽缸內(nèi)作往復(fù)運動以實現(xiàn)汽缸內(nèi)氣體的壓縮。
空壓機系統(tǒng)控制
空壓機主電機運行方式為星三角降壓起動后全壓運行，供氣系統(tǒng)具體工作流具體工作流程為：當(dāng)按下啟動按鈕，控制系統(tǒng)掃通啟動器線圈并打開斷油閥，空壓機在卸載模式下啟動，這時進氣閥處于關(guān)閉位置，而放氣閥打開以排放油氣分離器內(nèi)的壓力。等 降壓N秒（由時間繼電器控制）后空壓機開始加載運行，系統(tǒng)壓力開始上。如果系統(tǒng)壓力上升到壓力開關(guān)上限值，即起跳壓力，控制器使 進氣閥關(guān)閉，油氣分離器放氣，壓縮機空載運行，直到系統(tǒng)壓力降到壓力開關(guān)下限值后，即回跳壓力下，控制呂使進氣閥打開，油氣分離呂放氣閥關(guān)閉，壓縮機打開，壓縮機打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，壓縮機滿載運行。
空壓機系統(tǒng)節(jié)能分析
在管道供氣系統(tǒng)中，最基本的制對象是流量，供氣充的基本任務(wù)就是要滿足用戶對流量的需求。目前，常見的氣體流理控制方式有加、卸載供氣控制方式和轉(zhuǎn)速控制方式兩種。
加、卸載供氣控制
加、卸載供氣控制方式即為進氣閥開關(guān)控制方式，即壓力達到上限時關(guān)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。
由于空壓機不能排除在滿負荷狀態(tài)下長時間運行的可能性，所以只能按最大需要來決定電動機的容量，設(shè)計余量一般偏大。工頻起動設(shè)備時的沖擊大，電機軸承的磨損大，所以設(shè)備維護量大。雖然都是降壓啟動，但起動時的電流仍然很大，會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的運行安全，而且大多數(shù)是連續(xù)運行，由于一般空氣壓縮機的拖動電機本身不能調(diào)速，因此就不能直接使用壓力或流量的變動來實現(xiàn)降速調(diào)節(jié)輸出功率的匹配，電機不允許頻繁啟動，導(dǎo)致在用氣量少的時候電機仍然要空載運行，電能浪費巨大。
經(jīng)常卸載和加載導(dǎo)致整個氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化，不能保持恒定的工作壓力延長壓縮機的使 用壽命。空壓機的有些調(diào)節(jié)方式（如調(diào)節(jié)閥門或調(diào)節(jié)卸載等方式）即使在需要流量較小的情況下，由于電機轉(zhuǎn)速不變，電機功率下降幅度比較小。
轉(zhuǎn)速控制
即通過改空壓機的圍 速 來市井 節(jié)流量，而閥門的開度保持不變（一般保持最大開度）。當(dāng)空壓機轉(zhuǎn)速 改時，供氣系統(tǒng)的揚程 特性隨之改變，而管阻特性不變。
在這種控制方式下，能過變頻調(diào)速技術(shù)改空壓機電機的轉(zhuǎn)速 ，空壓供氣理可隨著用氣流量的改變而改變，達到真正的供需平衡，在節(jié)能的同進，也可使整個系統(tǒng)確確實實 到最佳 工作效率。變頻器基于交－直－交電源變換原理，可根據(jù)控制對象的要輸出率連續(xù)可調(diào) 的交電壓。電動機轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，因此，用變頻器輸出頻率可調(diào)的交流電壓作為空壓機電動機的電源電壓，可方便地改變空壓機的轉(zhuǎn)速。
空壓機系統(tǒng)節(jié)能原理
采用變頻器控制空壓機的轉(zhuǎn)速 以大到節(jié)能是一種較為科學(xué)的賓方法。根據(jù)空壓機運行特性知：Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=(n1/n2)2
P1/P2=(N1/N2)3
式中：Q----------空壓機供給管網(wǎng)風(fēng)量;
H----------管網(wǎng)壓力;
P-----------電機消耗功率;
n------------空壓機轉(zhuǎn)速。
由上式可知，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速 降至額定轉(zhuǎn)速 的80％，則空壓機供給管網(wǎng)風(fēng)量降為80％，管網(wǎng)壓力降為（80％），電消耗功率則降為（80％），即51.2％，去除電機機械損耗和電機銅、鐵損耗等影響，節(jié)能效率也接近40％，這就是調(diào)速節(jié)能的原理所在。
長期實踐證明，在供氣系統(tǒng)中接入變頻節(jié)能系統(tǒng)，利用變頻技術(shù)改變空壓機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)管道 中的流量，以取代閥門調(diào) 節(jié)方式，能取得明顯的節(jié)能效果，一般節(jié)電率都在30％以上。另外，變頻的軟啟動功能及平滑調(diào)速的特點可實現(xiàn)對流量的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，同進減少啟動沖擊并延長機組及管組的使用壽命。
空壓機變頻改造方案
1) 空壓機是大轉(zhuǎn)動慣量負載，這種啟 動特點就很容易引起V/F控制方式的變頻器 在啟動時出現(xiàn)蹼過流保護的情況，建議選用具有高啟 動轉(zhuǎn)矩的無速度傳感器矢量變頻呂，保證即能實現(xiàn)恒壓供氣連續(xù)性，又保證設(shè)備可靠穩(wěn)定的運行;
2) 空壓機不允許長時間在低頻下運行，當(dāng)空壓機的轉(zhuǎn)速 過低，一方面將使 空壓機的工作穩(wěn)定性變差，另一方面也使缸體的潤滑變差，會加快磨損，所以工作的下限步率應(yīng)不低于20HZ;
3) 為了有效濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分理，減小因高次諧波引起的電磁干擾，建議選用輸出交流電抗器，還可以減小電機運行噪音和溫升，提高電動機的穩(wěn)定性。
恒壓供氣節(jié)能原理
如上所述，流量是供氣系統(tǒng)的基本控制對象，供氣流量需要隨時滿足用氣流量，在供氣系中，儲氣管中的氣壓能夠充分反映供氣能力與用氣求之間的關(guān)系：
若 供氣流量＞用氣流量→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→儲氣管氣壓不變
所以，保持管道中的氣壓恒定，就可保證該供氣能力恰 好滿足用氣需求，這就是恒壓供氣系統(tǒng)所要達到的目的。
空氣壓縮機采用變頻調(diào)速 技術(shù)進行恒壓供氣控制時，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。
 變頻調(diào)速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓為和作為控制對象，裝在儲氣管出氣口的壓力變送器儲氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒o變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器，與壓力給定值進行比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進行運算，產(chǎn)生控制信號支控制變頻器的輸出電壓和逆就頻率，調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速，從而使實際壓力始終維持在給定壓力。另外，采用該方案后，空氣壓縮機電動機從靜止到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可由變頻器實現(xiàn)軟啟動，避免了啟動時的大電流和啟動給空壓氣縮機帶來的機械沖擊。正常情況下，空氣壓縮機在詼頻器調(diào)速 控件帽方式下工作。變頻器一旦出現(xiàn)故障，生產(chǎn)是工藝不允許空氣壓縮機停機，因此，系統(tǒng)高置了工頻與變頻切換功能，這樣當(dāng)變頻器出現(xiàn)障時，可由工頻電源通過接觸器直接供電，使空氣壓縮機照常工作。
整個控制過程如下：
用氣需求↑——管路氣壓↓——壓力設(shè)定值與返饋值的差值↑——PID輸出↑——變頻器輸出頻率↑——空壓機電機轉(zhuǎn)速↑——供氣泫量↑——管路氣壓趨于穩(wěn)定
特別注意，在壓力容差范圍內(nèi)，變頻器的PID不調(diào)節(jié)，即保持輸出頻率不變，如圖2
圖3變頻控制圖
空壓機電機的電路上安裝了“市電、”“節(jié)電”接觸器，這樣呆以有“市電運行”與“節(jié)電運行”兩種工作模式選擇：市電運行模式下，變頻器不工作，整套系統(tǒng)按原有方式手動起停、工頻運行：節(jié)電運行模式下，空壓機由變頻器直接拖動，系統(tǒng)根據(jù)用氣量的變化，自動調(diào)節(jié)空壓機的電機轉(zhuǎn)速，使得儲氣罐始終保持恒定壓力的氣壓輸出。從而達到節(jié)電目的。
■空壓機變頻改造后的效益
●節(jié)約能源
變頻器控制壓縮機與傳統(tǒng)制的壓縮機比較，能源節(jié)約是最有實際意義的，根據(jù)空氣量需求來供給的壓縮機工況是經(jīng)濟的運持狀。
●運行成本的降低
傳統(tǒng)壓縮機的運行成本由三項組成：初始采購成本，維護成本和能源成本。其中能源成本大約占壓縮機成本的70%。通過能源成本降低30%以上，再加上變頻起動后對設(shè)備的沖擊減少，維護和維修量也跟隨降低，所以運行成本將大大降低。
由流體力學(xué)三定律可知，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速立方成正比，因此，從理論上得出轉(zhuǎn)速降10％的時候，會帶來30％的功率下降，由于功率的大幅度下降，可獲得顯著的節(jié)電效果，下表為調(diào)速前后功率理論對比表
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Q1/Q2 |
100％ |
90％ |
85％ |
80％ |
70％ |
60％ |
50％ |
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n2/n1 |
100％ |
90％ |
85％ |
80％ |
70％ |
60％ |
50％ |
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HZ |
50 |
45 |
40 |
35 |
30 |
25 |
20 |
|
P2/p1 |
100％ |
73％ |
61．4% |
51% |
34% |
21.6% |
13% |
|
節(jié)電率 |
0 |
27% |
38.6% |
49% |
66% |
78.4% |
87% |
●提高壓力控制精度
變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力。使壓縮機的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配。變頻控制壓縮機的輸出氣量隨著電機轉(zhuǎn)速的改變而改變。由于變頻控制機電速度的精度提高，所以它可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力變化保持在要求范圍內(nèi)，有效地提高了工況的質(zhì)量。
●延長壓縮機的使用壽命
變頻器從OHZ起動壓縮機(軟起動)，它的起動加速時間可以調(diào)整，從而減少超導(dǎo)勸時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊，增強系統(tǒng)的可靠性，使壓縮機的使用壽命延長。此外，變頻控制能夠減少機組起動時電流波動，這一波動電流會影響電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電，變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到最低程度。
●低了空壓機的噪音
根據(jù)壓縮機的工況要求，變頻控制改造后，電機運轉(zhuǎn)速度明顯減慢，因此有效地降了空壓機運行時的噪音，據(jù)以往現(xiàn)場經(jīng)驗測定表明，噪音與原系統(tǒng)比較下降約６至１１分貝。
■設(shè)備投資
1.空壓機變頻改造設(shè)備投入見下表
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序號 |
名 稱 |
型號規(guī)格 |
單 位 |
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備 注 |
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1 |
變頻器 |
160KW 380V |
1 |
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2 |
遠傳壓力表 |
1．6Mpa |
1 |
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3 |
PG卡 |
恒壓控制 |
1 |
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4 |
屏蔽電纜 |
3×0.5 |
1 |
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2.通過改造空壓機的控制系統(tǒng)，是其節(jié)能效果可達20-50%。
■投資回收期
1. 改造后空壓機節(jié)省電費
132KW的電機以運行頻率40Hz~45Hz為例，其工作轉(zhuǎn)速的80%~90%，電機消耗的軸功率為P%==0.512Pn~0.729Pn每年生產(chǎn)按11月計，每月按30天計，每天按24小時計，考慮各種損耗后以節(jié)電27%~37%。
3.投資回報周期
變頻器的使用壽命可達10年以上，僅算電機節(jié)電部分，10個月左右可收回全部投資，一次投入，長期受益。變頻調(diào)速技術(shù)是一項新的技術(shù)，在電機拖動方面有非常好的節(jié)能效果，采用變頻調(diào)速技術(shù)，可以大力推動企業(yè)的技術(shù)進步，全方位地提高企業(yè)的綜合效益。
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