【壓縮機網(wǎng)】空壓機的種類(lèi)有很多，但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載控制方式。該供氣方式雖然原理簡(jiǎn)單、操作方便，但存在耗電量高、進(jìn)氣閥易損壞、供氣壓力不穩定等問(wèn)題。

　　傳統空壓機供氣系統電能浪費分析

 

　　1、傳統空壓機的工作狀態(tài)主要有兩種：一種是加載狀態(tài)，另一種是空載狀態(tài)。

 

　　(1)加載時(shí)的電能消耗

 

　　加載狀態(tài)時(shí)，在壓力達到最小值后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì )繼續上升直到最大壓力值。在加壓過(guò)程中,一定要向外界釋放更多的熱量，從而導致電能損失。另一方面，高于壓力最大值的氣體在進(jìn)入氣動(dòng)元件前，其壓力需要經(jīng)過(guò)減壓閥減壓,這一過(guò)程同樣是一個(gè)耗能過(guò)程。

 

　　(2)卸載時(shí)電能的消耗

 

　　空載狀態(tài)時(shí)，當壓力達到壓力最大值時(shí)，空壓機通過(guò)如下方法來(lái)降壓卸載: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)放空閥放空。這種調節方法要造成很大的能量浪費。據測算，空壓機卸載時(shí)的能耗約占空壓機滿(mǎn)載運行時(shí)的10%～25%,這還是在卸載時(shí)間所占比例不大的情況下。換言之，該空壓機20%左右的時(shí)間處于空載狀態(tài)，在作無(wú)用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下，空壓機電機存在很大的節能空間。

 

　　2、傳統空壓機壓力控制是上下限控制，首先根據生產(chǎn)設備的最低壓力要求，設定空壓機輸出壓力的下限，也就是空壓機開(kāi)始加載的壓力；再在最低壓力上加1帕左右，作為空壓機輸出壓力的上限，即開(kāi)始卸載的壓力?？諌簷C的輸出工作壓力將在上下限之間波動(dòng)?？諌簷C的功率消耗和輸出壓力成正比，輸出的壓力越高消耗的功率也越大。從輸出壓力的下限到上限的1帕的壓差將多消耗總功率的7-10%。

 

　　3、傳統供氣空壓機系統中，如果有多臺空壓機同時(shí)運行，每臺空壓機的輸出壓力都將隨著(zhù)管網(wǎng)的壓力波動(dòng)在上下限間波動(dòng)，所以每臺機都多消耗7-10%的額定功率。

 

　　4、傳統空壓機供氣系統中運行參數的設定不同也會(huì )造成空壓機用電量的不同，必須根據用氣工況進(jìn)行設定，才能達到最經(jīng)濟的運行效果。

 

　　5、傳統空壓機供氣系統由于電機不允許頻繁啟動(dòng)，導致在用氣量少的時(shí)候電機仍然要空載運行，浪費電能。經(jīng)常卸載和加載導致整個(gè)氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化，不能保持恒定的工作壓力。
 

 

　　空壓機恒壓供氣系統改造案例分析

 

　　1、原供氣系統介紹

 

　　以我們10月改造過(guò)某廠(chǎng)壽力的二臺空壓機為例，原空壓機供氣系統采用兩臺空壓機工頻供電運行。下限壓力為0.5MPa，上限壓力為0.7MPa。跟據生產(chǎn)情況白天兩臺同時(shí)運行，晚上一臺運行。一般工作情況為工作20分鐘后壓力達到上限0.7MPa，停機5-7分鐘后壓力下降到下限0.5MPa。然后又重新啟動(dòng)，如此循環(huán)工作。存在問(wèn)題是由于工作空壓機是用工頻供電運行，電機的頻繁起停，對電機損害特別大，容易加速電機的老化。

 

　　另外，長(cháng)期大氣壓供給很容易造成氣管爆裂，后來(lái)客戶(hù)為了不讓電機經(jīng)常啟動(dòng)停止直接把卸壓排空閥壓力調至0.5MPa，這樣電機始終處于滿(mǎn)負荷運行，同時(shí)也浪費了很大一部分電能，降低了設備使用壽命。根據實(shí)地觀(guān)察，空壓機上限設定壓力為0.7MPa，下限為0.5MPa，而我們實(shí)際滿(mǎn)足工作用氣壓力為0.5MPa，因而必須實(shí)行恒壓供氣，均衡空壓機工作運行，以達到節能目的。

 

　　2、變頻恒壓供氣系統框圖

 

　　變頻空壓機工作流程如圖所示：
 

 

　　針對空壓機系統供氣控制方式存在的諸多問(wèn)題，我們對二臺空壓機同時(shí)增加兩臺變頻調速器進(jìn)行恒壓供氣控制。使用一臺160kW通用型變頻器和一臺110kW通用型變頻器，增加一臺PLC、一個(gè)觸摸屏，一個(gè)A/D轉換模塊，對該供氣系統進(jìn)行節能改造。

 

　　根據要求，我們設計了一套實(shí)用性很強的方案，我們把空壓機供氣系統的儲氣罐壓力作為控制對象，用壓力變送器SP采集儲氣罐的壓力P轉變?yōu)殡娦盘査徒oPLC自整定控制儀，與觸摸屏的壓力設定值SV作比較，并根據差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運算，產(chǎn)生控制信號送變頻器，通過(guò)變頻裝置來(lái)控制電機的工作頻率與轉速，從而使實(shí)際壓力P始終接近設定壓力值SV。通過(guò)變頻器、壓力傳感器與PID自整定控制儀的有機結合，構成供氣閉環(huán)自動(dòng)控制系統，自動(dòng)調節空壓機的輸出壓力。使每臺空壓機的利用率均等，增加系統、管道壓力的穩定性和可靠性，方便技術(shù)員控制和維護設備。

 

　　該恒壓供氣控制系統增加了手動(dòng)自動(dòng)功能，白天和夜間運行模式自動(dòng)切換，并保留原有的控制和保護系統。另外，采用該方案后，空壓機電機從靜止到旋轉工作可由變頻裝置來(lái)啟動(dòng)，實(shí)現了軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給空壓機帶來(lái)的機械沖擊。

 

　　3、系統配置

 

　?。?）硬件采用國內頂尖品牌英威騰公司產(chǎn)品：

 

　　1）觸摸屏：VT070-N0CX-N          1臺

 

　　2）PLC：IVC1-1410                 1臺

 

　　3）A/D模塊：IVC1-2AD             1臺

 

　　4）變頻器：CHF100A-160G/185P-4  1臺

 

　　5）變頻器：CHF100A-110G/132P-4  1臺

 

　?。?）變頻器參數

 

　　P0-01=1：設定為1，運行指令由外部端子控制

 

　　P0-03=50：最大輸出頻率
 

　　P0-04=50：運行頻率上限

 

　　P0-05=25：下限頻率設定為25Hz

 

　　P0-07=7：頻率指令來(lái)源

 

　　P0-11=30：加速時(shí)間設定為30S，具體數值根據工況及生產(chǎn)要求

 

　　P0-12=30：減速時(shí)間設定為30S，具體數值根據工況及生產(chǎn)要求

 

　　注：請按實(shí)際工況設置參數,以上參數只能供參考。

 

　　空壓機系統節能分析

 

　　1、節電率分析

 

　　1）空壓機屬于恒轉矩負載，即轉矩在不同速度下是相同的，但所需功率和速度成正比關(guān)系，所以當轉速降低時(shí)所需功率也隨之下降，從而達到節能的目的。

 

　　2）變頻空壓機的壓力設定可以是一點(diǎn)，即可以將滿(mǎn)足生產(chǎn)設備要求的最低壓力作為設定壓力，變頻空壓機將根據管網(wǎng)壓力上下波動(dòng)的趨勢，調節空壓機轉速的快慢，甚至消除了空壓機的卸載運行，節約了電能。

 

　　3）由于變頻空壓機使得管網(wǎng)上下壓力穩定，可以降低甚至消除壓力的波動(dòng)，從而使系統中所有運行的空壓機都在一個(gè)滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的較低的壓力下運行，減少了壓力向上波動(dòng)造成的功率損失。

 

　　4）由于壓縮機不能排除在滿(mǎn)負載狀態(tài)下長(cháng)時(shí)間運行的可能性，所以，只能按最大需求來(lái)決定電動(dòng)機的容量，故設計容量一般偏大。在實(shí)際運行中，輕載運行的時(shí)間所占的比例是非常高的。如采用變頻調速，可大大提高運行時(shí)的工作效率。因此，節能潛力很大。

 

　　5）調節方式（如調節閥門(mén)開(kāi)度和改變葉片的角度等），即使在需求量較小的情況下，也不能減小電動(dòng)機的運行功率。采用了變頻調速后，當需求量較小的情況下，可降低電動(dòng)機的轉速，減小電動(dòng)機的運行功率，從而進(jìn)一步實(shí)現節能。

 

　　6）單電動(dòng)機拖動(dòng)系統大多不能根據負載的輕重連續地調節。而采用了變頻調速后，則可以十分方便地進(jìn)行連續調節，能保持壓力、流量、溫度等參數的穩定，從而大大提高壓縮機的工作性能。

 

　　根據統計分析所掌握的一手數據，初步預算節電率為20%左右。

 

　　2、改造后其它各方面優(yōu)越性

 

　　1）可以大量節約電能；

 

　　2）采用獨特的空間矢量（SVPWM）調制方式；

 

　　3）操作簡(jiǎn)單，具有鍵盤(pán)鎖定功能，防止誤操作；

 

　　4）電機運行噪聲大大降低；

 

　　5）供氣壓力平穩，提高了壓力控制精度；

 

　　6）空壓機的加卸載次數大大減少，降低進(jìn)氣閥運行部件的磨損；

 

　　7）具有過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、電源缺相等自動(dòng)保護功能；

 

　　8）在保證潤滑的前提下，對機械方面也是大有益處，由于轉動(dòng)速度。

 

　　大部分時(shí)間在低于原設計轉速的情況下運行，各轉動(dòng)部件的磨損大降低，空壓機的使用壽命得以延長(cháng)。

 

　　綜上所述，采用PID自整定控制儀與變頻器為核心部件構成的變頻恒壓供氣系統，具有很強的實(shí)用性，為供氣領(lǐng)域的技術(shù)革新，為企業(yè)節省開(kāi)支、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率、減少設備維護維修，提高企業(yè)形象等各方面開(kāi)辟了切實(shí)有效的途徑。

 

　　1）節電：

 

　　160kW電機，運行時(shí)間按每天運行20小時(shí)，一個(gè)月30天，電機工作效率按80%計算，電費為0.6元/度，節電率按分析所得為30%。

 

　　每月節省電費=電機功率×運行時(shí)間×電機工作效率×電費×節電率=160×20×30×80%×0.6×20%=9216元

 

　　2）回收期：投資÷月節電=63000÷9216 =6.83個(gè)月（約7個(gè)月），故按上述工況計算分析，成本投資回收期約為7個(gè)月，投資周期短，回報高。如果每天使用更長(cháng)的時(shí)間回收周期會(huì )縮短。

 

　　3）間接經(jīng)濟效益

 

　　減輕了主送電變壓器的負擔、增大了變壓器的寬裕度，因而增加了用戶(hù)的負荷使用容量；延長(cháng)設備的使用壽命20%—30%；提高使用的安全保障，可減少設備維護支出25%—50%；可節約工時(shí)25%—50%。