【壓縮機網(wǎng)】某公司在生產(chǎn)中需要大量的壓縮空氣來(lái)供給噴氣織機使用，而這些壓縮空氣都需要空氣壓縮機(以下簡(jiǎn)稱(chēng)空壓機)來(lái)供應。生產(chǎn)中要求壓縮空氣的供應連續穩定，但生產(chǎn)車(chē)間效率忽高忽低，用氣量不穩定，因此5臺250kW的空壓機必須連續運轉。4臺空壓機長(cháng)期加載運行，1臺空壓機加卸載運行。針對現有空壓機系統在實(shí)際生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，某公司對該系統進(jìn)行了變頻改造，具體方案如下。
空壓機的工作原理及存在的問(wèn)題
空壓機是由一對相互平行嚙合的陰陽(yáng)轉子在氣缸內轉動(dòng)，使轉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(zhù)轉子軸線(xiàn)由吸入側輸送至輸出側，實(shí)現吸氣、壓縮和排氣的過(guò)程?？諌簷C的主電機為250kW，運行方式為星-角形減壓起動(dòng)，即按下啟動(dòng)按鈕，電機開(kāi)始星形減壓起動(dòng)，這時(shí)進(jìn)氣閥門(mén)關(guān)閉，而放氣閥門(mén)打開(kāi)以排放油氣分離器內的壓力；延時(shí)10s后，空壓機從星形自動(dòng)改接成角形運行，此時(shí)進(jìn)氣閥門(mén)打開(kāi)，機組滿(mǎn)載運行，若所需氣量低于額定排氣量，排氣壓力上升；超過(guò)設定的壓力z*大值時(shí)，進(jìn)氣閥門(mén)關(guān)閉，油氣分離器放氣，則空壓機卸載運行；當壓力下降到z*小壓力值時(shí)，則進(jìn)氣閥門(mén)打開(kāi)，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，空壓機加載運行。
以上系統在運行中存在著(zhù)以下問(wèn)題：
(1) 能耗大?？諌簷C的加卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在z*小值和z*大值之間來(lái)回變化，當壓力達到z*大值時(shí)，空壓機通過(guò)關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機處于空轉狀態(tài)，同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過(guò)放氣閥放出，造成能量浪費；另外，空壓機在空載時(shí)還是要帶動(dòng)螺桿做回轉運動(dòng)，空壓機卸載時(shí)的能耗約為滿(mǎn)載運行時(shí)的40%，就是說(shuō)空壓機在卸載運行時(shí)消耗了一定的能量卻在做無(wú)用功。
(2) 當噴氣織機開(kāi)車(chē)效率低時(shí)，用氣量減少，空壓機卸載時(shí)間長(cháng)，造成能源浪費。這段時(shí)間若改為休眠控制，其節能收益可觀(guān)。
(3) 靠周期性地開(kāi)關(guān)進(jìn)氣閥，使系統無(wú)法連續供氣，當用氣量不斷變化時(shí)，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)，用氣精度難以滿(mǎn)足工藝要求。再加上系統在運行中頻繁調節進(jìn)氣閥和放氣閥，會(huì )加速進(jìn)氣閥和放氣閥的磨損，增加維修成本。
(4) 主電機在工頻啟動(dòng)時(shí)，對啟動(dòng)設備的沖擊大，電機軸承的磨損大，設備維修量大。
(5) 主電機雖然星-角形減壓?jiǎn)?dòng)，但啟動(dòng)時(shí)的電流仍然很大，會(huì )影響電網(wǎng)的穩定及其他用電設備的運行安全。周期性的加卸載同樣會(huì )使電流波動(dòng)大，影響電網(wǎng)的穩定性。
噴氣織機用壓縮空氣節能控制原理
1、系統組成
隨著(zhù)變頻調速技術(shù)的發(fā)展和成熟，變頻調速器逐漸得到推廣和應用，為此，我們成功的將EV2000型變頻器和PLC、人機界面連接在一起，對空壓機進(jìn)行休眠和PD控制。由壓力傳感器、PLC、變頻器、人機界面、變頻器輸入輸出電抗器等組成壓力閉環(huán)和休眠控制系統，對電機轉速進(jìn)行調節。
PLC:接收壓力傳感器的信號，進(jìn)行內部比較，如果壓力信號大于z*高壓力設定，則輸出信號給變頻器，使變頻器帶動(dòng)空壓機休眠停車(chē)；如果壓力信號小于z*低壓力設定，則變頻器由休眠轉為PD閉環(huán)運行。
EV2000型變頻器：接收PLC的信號進(jìn)行PD閉環(huán)控制或休眠停機，設定z*低運行頻率為20Hz。EV2000型變頻器實(shí)現了高轉矩、高精度、寬調速驅動(dòng)，符合通用變頻器高性能化的趨勢，具有優(yōu)秀的防跳閘性能和適應惡劣電網(wǎng)、溫度和粉塵的能力。再加上輸入、輸出電抗器的抗干擾設備，減少了變頻器對電網(wǎng)的干擾。
人機界面：可設定系統z*高壓力值、z*低壓力值，并顯示實(shí)際管道的實(shí)際壓力值。
電鈴：當系統出現故障停車(chē)，管道壓力低于0.6MPa時(shí)，電鈴報警。
系統組成示意圖見(jiàn)圖1。
2、變頻器的PD運行
在空壓機出氣管道處安裝壓力傳感器，用來(lái)獲得所需要的電流信號，賦予PLC。經(jīng)過(guò)PLC比較，若處于0.6MPa～0.7MPa，當系統用氣量小時(shí)，空壓機出口的壓力升高，傳感器的電流值增加，變頻器與設定值比較后得到偏差ε，ε經(jīng)過(guò)PD調節器進(jìn)行調節后使輸出的頻率逐漸變小，電動(dòng)機轉速下降，排氣量減少；當系統用氣量大時(shí)，系統壓力逐漸降低，變頻器輸出頻率升高，電動(dòng)機轉速增加，排氣量增大，滿(mǎn)足系統用氣量要求；當供氣量與用氣量基本持平時(shí)，變頻器就會(huì )以該點(diǎn)的頻率運行，空壓機一直運行于z*經(jīng)濟的狀態(tài)。改造前后系統運行對比見(jiàn)圖2。
3、PLC控制變頻器休眠階段
若噴氣織機開(kāi)車(chē)效率低，用氣量小時(shí)，變頻器運行頻率逐步下降，當降到20Hz時(shí)(設定變頻器z*低運行頻率為20Hz)頻率不再下降，這時(shí)車(chē)間用氣量仍然沒(méi)有提高，則空壓機側的壓力會(huì )逐步升高。當升高到設定值0.7MPa，則傳感器采取管道的壓力信號賦予PLC，PLC把傳感器的信號進(jìn)行比較。若壓力信號高于0.7MPa，則PLC的Y0輸出信號給變頻器的多功能端子X(jué)1使變頻器休眠；若壓力信號低于0.6MPa時(shí)，PLC的Y0端子停止輸出，變頻器由休眠狀態(tài)進(jìn)入PD閉環(huán)運行階段。改造前后系統運行對比見(jiàn)圖3。
系統調試
根據工藝要求、電機參數、負載特性設置變頻器的參數，進(jìn)行工頻試運行。觀(guān)察變頻器頻率上升時(shí)的情況、設備運行聲音是否正常、空壓機的壓力上升是否正常，如一切正常則改換恒壓PD閉環(huán)控制。觀(guān)察變頻器的頻率上升與下降速度，使其與空壓機壓力的升降相匹配，變頻器PD運行時(shí)，壓力振蕩控制在0.02MPa。注意機器共振點(diǎn)，將共振點(diǎn)附近的頻率跳過(guò)去。在人機界面設定z*低壓力值和z*高壓力值。若系統達到z*高壓力值時(shí)，變頻器休眠運行；達到z*低壓力值時(shí)，變頻器啟動(dòng)空壓機進(jìn)行PD閉環(huán)運行。
在調試變頻器時(shí)應注意以下問(wèn)題：
(1) 變頻器的啟動(dòng)時(shí)間。
(2) PD閉環(huán)控制時(shí)，調節比例增益和積分增益使其變化平穩，減小壓力波動(dòng)，使壓力平穩。
(3) 如果變頻器對其他設備的干擾很大，則可將其載波頻率調低，但這樣會(huì )使電機的噪聲增大。
(4) 因變頻器帶動(dòng)的是普通異步電動(dòng)機，所以變頻器在低頻運行時(shí)要注意電動(dòng)機的溫度。
空壓機變頻改造后的效益
1、節約能源
變頻器控制空壓機是根據生產(chǎn)中空氣量的需求來(lái)給定的，減少了空載時(shí)的無(wú)用功，節約了電能。
從上述數據可知，系統通過(guò)改造，其節電效果十分明顯。如果空壓機工作時(shí)間每年按350天來(lái)計算，則每年可節電8.4X105kW·h。
2、提高壓力控制精度
變頻控制具有精確的壓力控制能力，使空壓機的空氣壓力輸出與用氣設備所需的氣量相匹配，變頻控制空壓機的輸出氣量隨電機轉速的改變而改變。變頻器控制電機速度的精度提高，可以使儲氣罐中的壓力保持在0.7MPa左右，減少了壓力波動(dòng)。若噴氣織機開(kāi)車(chē)效率低用氣量小時(shí)，還可使空氣壓縮機自動(dòng)停車(chē)，待壓力低時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。
3、延長(cháng)機器使用壽命
變頻器的軟啟動(dòng)可以減少啟動(dòng)時(shí)對空壓機電器部件和機器部件的沖擊,增強系統可靠性,延長(cháng)使用壽命。
4、保證電網(wǎng)平穩運行
由于頻繁的加卸載運行，電流波動(dòng)較大，這一波動(dòng)電流影響電網(wǎng)的用電質(zhì)量，而變頻器PD閉環(huán)控制則避免了這項缺陷。
結論
噴氣織機用壓縮空氣的節能改造不僅保證了生產(chǎn)，而且節約了大量的電力資源。當前的能源緊缺已成為我們不得不面對的現實(shí)，生產(chǎn)型企業(yè)通過(guò)有效提高生產(chǎn)效率、改進(jìn)工藝、節能降耗從而降低生產(chǎn)成本，已經(jīng)成為企業(yè)生存發(fā)展的重要因素。
空壓機的工作原理及存在的問(wèn)題
空壓機是由一對相互平行嚙合的陰陽(yáng)轉子在氣缸內轉動(dòng)，使轉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(zhù)轉子軸線(xiàn)由吸入側輸送至輸出側，實(shí)現吸氣、壓縮和排氣的過(guò)程?？諌簷C的主電機為250kW，運行方式為星-角形減壓起動(dòng)，即按下啟動(dòng)按鈕，電機開(kāi)始星形減壓起動(dòng)，這時(shí)進(jìn)氣閥門(mén)關(guān)閉，而放氣閥門(mén)打開(kāi)以排放油氣分離器內的壓力；延時(shí)10s后，空壓機從星形自動(dòng)改接成角形運行，此時(shí)進(jìn)氣閥門(mén)打開(kāi)，機組滿(mǎn)載運行，若所需氣量低于額定排氣量，排氣壓力上升；超過(guò)設定的壓力z*大值時(shí)，進(jìn)氣閥門(mén)關(guān)閉，油氣分離器放氣，則空壓機卸載運行；當壓力下降到z*小壓力值時(shí)，則進(jìn)氣閥門(mén)打開(kāi)，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，空壓機加載運行。
以上系統在運行中存在著(zhù)以下問(wèn)題：
(1) 能耗大?？諌簷C的加卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在z*小值和z*大值之間來(lái)回變化，當壓力達到z*大值時(shí)，空壓機通過(guò)關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機處于空轉狀態(tài)，同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過(guò)放氣閥放出，造成能量浪費；另外，空壓機在空載時(shí)還是要帶動(dòng)螺桿做回轉運動(dòng)，空壓機卸載時(shí)的能耗約為滿(mǎn)載運行時(shí)的40%，就是說(shuō)空壓機在卸載運行時(shí)消耗了一定的能量卻在做無(wú)用功。
(2) 當噴氣織機開(kāi)車(chē)效率低時(shí)，用氣量減少，空壓機卸載時(shí)間長(cháng)，造成能源浪費。這段時(shí)間若改為休眠控制，其節能收益可觀(guān)。
(3) 靠周期性地開(kāi)關(guān)進(jìn)氣閥，使系統無(wú)法連續供氣，當用氣量不斷變化時(shí)，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)，用氣精度難以滿(mǎn)足工藝要求。再加上系統在運行中頻繁調節進(jìn)氣閥和放氣閥，會(huì )加速進(jìn)氣閥和放氣閥的磨損，增加維修成本。
(4) 主電機在工頻啟動(dòng)時(shí)，對啟動(dòng)設備的沖擊大，電機軸承的磨損大，設備維修量大。
(5) 主電機雖然星-角形減壓?jiǎn)?dòng)，但啟動(dòng)時(shí)的電流仍然很大，會(huì )影響電網(wǎng)的穩定及其他用電設備的運行安全。周期性的加卸載同樣會(huì )使電流波動(dòng)大，影響電網(wǎng)的穩定性。
噴氣織機用壓縮空氣節能控制原理
1、系統組成
隨著(zhù)變頻調速技術(shù)的發(fā)展和成熟，變頻調速器逐漸得到推廣和應用，為此，我們成功的將EV2000型變頻器和PLC、人機界面連接在一起，對空壓機進(jìn)行休眠和PD控制。由壓力傳感器、PLC、變頻器、人機界面、變頻器輸入輸出電抗器等組成壓力閉環(huán)和休眠控制系統，對電機轉速進(jìn)行調節。
PLC:接收壓力傳感器的信號，進(jìn)行內部比較，如果壓力信號大于z*高壓力設定，則輸出信號給變頻器，使變頻器帶動(dòng)空壓機休眠停車(chē)；如果壓力信號小于z*低壓力設定，則變頻器由休眠轉為PD閉環(huán)運行。
EV2000型變頻器：接收PLC的信號進(jìn)行PD閉環(huán)控制或休眠停機，設定z*低運行頻率為20Hz。EV2000型變頻器實(shí)現了高轉矩、高精度、寬調速驅動(dòng)，符合通用變頻器高性能化的趨勢，具有優(yōu)秀的防跳閘性能和適應惡劣電網(wǎng)、溫度和粉塵的能力。再加上輸入、輸出電抗器的抗干擾設備，減少了變頻器對電網(wǎng)的干擾。
人機界面：可設定系統z*高壓力值、z*低壓力值，并顯示實(shí)際管道的實(shí)際壓力值。
電鈴：當系統出現故障停車(chē)，管道壓力低于0.6MPa時(shí)，電鈴報警。
系統組成示意圖見(jiàn)圖1。
2、變頻器的PD運行
在空壓機出氣管道處安裝壓力傳感器，用來(lái)獲得所需要的電流信號，賦予PLC。經(jīng)過(guò)PLC比較，若處于0.6MPa～0.7MPa，當系統用氣量小時(shí)，空壓機出口的壓力升高，傳感器的電流值增加，變頻器與設定值比較后得到偏差ε，ε經(jīng)過(guò)PD調節器進(jìn)行調節后使輸出的頻率逐漸變小，電動(dòng)機轉速下降，排氣量減少；當系統用氣量大時(shí)，系統壓力逐漸降低，變頻器輸出頻率升高，電動(dòng)機轉速增加，排氣量增大，滿(mǎn)足系統用氣量要求；當供氣量與用氣量基本持平時(shí)，變頻器就會(huì )以該點(diǎn)的頻率運行，空壓機一直運行于z*經(jīng)濟的狀態(tài)。改造前后系統運行對比見(jiàn)圖2。
3、PLC控制變頻器休眠階段
若噴氣織機開(kāi)車(chē)效率低，用氣量小時(shí)，變頻器運行頻率逐步下降，當降到20Hz時(shí)(設定變頻器z*低運行頻率為20Hz)頻率不再下降，這時(shí)車(chē)間用氣量仍然沒(méi)有提高，則空壓機側的壓力會(huì )逐步升高。當升高到設定值0.7MPa，則傳感器采取管道的壓力信號賦予PLC，PLC把傳感器的信號進(jìn)行比較。若壓力信號高于0.7MPa，則PLC的Y0輸出信號給變頻器的多功能端子X(jué)1使變頻器休眠；若壓力信號低于0.6MPa時(shí)，PLC的Y0端子停止輸出，變頻器由休眠狀態(tài)進(jìn)入PD閉環(huán)運行階段。改造前后系統運行對比見(jiàn)圖3。
系統調試
根據工藝要求、電機參數、負載特性設置變頻器的參數，進(jìn)行工頻試運行。觀(guān)察變頻器頻率上升時(shí)的情況、設備運行聲音是否正常、空壓機的壓力上升是否正常，如一切正常則改換恒壓PD閉環(huán)控制。觀(guān)察變頻器的頻率上升與下降速度，使其與空壓機壓力的升降相匹配，變頻器PD運行時(shí)，壓力振蕩控制在0.02MPa。注意機器共振點(diǎn)，將共振點(diǎn)附近的頻率跳過(guò)去。在人機界面設定z*低壓力值和z*高壓力值。若系統達到z*高壓力值時(shí)，變頻器休眠運行；達到z*低壓力值時(shí)，變頻器啟動(dòng)空壓機進(jìn)行PD閉環(huán)運行。
在調試變頻器時(shí)應注意以下問(wèn)題：
(1) 變頻器的啟動(dòng)時(shí)間。
(2) PD閉環(huán)控制時(shí)，調節比例增益和積分增益使其變化平穩，減小壓力波動(dòng)，使壓力平穩。
(3) 如果變頻器對其他設備的干擾很大，則可將其載波頻率調低，但這樣會(huì )使電機的噪聲增大。
(4) 因變頻器帶動(dòng)的是普通異步電動(dòng)機，所以變頻器在低頻運行時(shí)要注意電動(dòng)機的溫度。
空壓機變頻改造后的效益
1、節約能源
變頻器控制空壓機是根據生產(chǎn)中空氣量的需求來(lái)給定的，減少了空載時(shí)的無(wú)用功，節約了電能。
從上述數據可知，系統通過(guò)改造，其節電效果十分明顯。如果空壓機工作時(shí)間每年按350天來(lái)計算，則每年可節電8.4X105kW·h。
2、提高壓力控制精度
變頻控制具有精確的壓力控制能力，使空壓機的空氣壓力輸出與用氣設備所需的氣量相匹配，變頻控制空壓機的輸出氣量隨電機轉速的改變而改變。變頻器控制電機速度的精度提高，可以使儲氣罐中的壓力保持在0.7MPa左右，減少了壓力波動(dòng)。若噴氣織機開(kāi)車(chē)效率低用氣量小時(shí)，還可使空氣壓縮機自動(dòng)停車(chē)，待壓力低時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。
3、延長(cháng)機器使用壽命
變頻器的軟啟動(dòng)可以減少啟動(dòng)時(shí)對空壓機電器部件和機器部件的沖擊,增強系統可靠性,延長(cháng)使用壽命。
4、保證電網(wǎng)平穩運行
由于頻繁的加卸載運行，電流波動(dòng)較大，這一波動(dòng)電流影響電網(wǎng)的用電質(zhì)量，而變頻器PD閉環(huán)控制則避免了這項缺陷。
結論
噴氣織機用壓縮空氣的節能改造不僅保證了生產(chǎn)，而且節約了大量的電力資源。當前的能源緊缺已成為我們不得不面對的現實(shí)，生產(chǎn)型企業(yè)通過(guò)有效提高生產(chǎn)效率、改進(jìn)工藝、節能降耗從而降低生產(chǎn)成本，已經(jīng)成為企業(yè)生存發(fā)展的重要因素。
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