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空壓機(jī)節(jié)能方案 
(發(fā)布日期:2010-9-9 11:10:51) 來源:http://zztkkj.com/bbs/Index.asp
 
    空壓機(jī)節(jié)能解決方案空氣壓縮機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的許多部門中應(yīng)用極廣,在工業(yè)領(lǐng)域中已成為必不可少的關(guān)鍵設(shè)備,是許多工業(yè)部門工藝流程中的核心設(shè)備。提供自動化生產(chǎn)所需的壓縮空氣足夠的供氣壓力,是生產(chǎn)流程順暢之要素,瞬間的壓降,即會影響產(chǎn)品品質(zhì)。隨著變頻技術(shù)的成熟,變頻器在電氣傳動領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。其控制方式的多樣性、完善的電機(jī)保護(hù)功能以及其特有的優(yōu)點(diǎn)是目前在工控領(lǐng)域其它無可比擬的。
一、螺桿式空壓機(jī)的工作原理。
      1、空氣壓縮機(jī)工作原理。螺桿式空氣壓縮機(jī)的工作過程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、排氣四個(gè)過程。當(dāng)螺桿在殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動 時(shí),螺桿與殼體的齒溝相互嚙合,空氣由進(jìn)氣口吸入,同時(shí)也吸入機(jī)油,由于齒溝嚙合面轉(zhuǎn)動將吸入的油氣密封并向排氣口輸送;在輸送過程中齒溝嚙合間隙逐漸變小,油氣受到壓縮;當(dāng)齒溝嚙合面旋轉(zhuǎn)至殼體排氣口時(shí),較高壓力的油氣混合氣體排出機(jī)體。
      2、壓縮氣供氣系統(tǒng)組成及空壓機(jī)控制原理。
           (1)壓縮氣供氣系統(tǒng)組成。工廠空氣壓縮氣供氣系統(tǒng)一般由空氣壓縮機(jī)、冷干機(jī)、過濾器、儲氣罐、管路、閥門和用氣設(shè)備組成。
           (2)空氣壓縮機(jī)的控制原理。在工廠的空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中,普遍采用后端管道上安裝的壓力繼電器來控制空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行。空壓機(jī)啟動時(shí),加載閥處于不工作態(tài),加載氣缸不動作,空壓機(jī)頭進(jìn)氣口關(guān)閉,電機(jī)空載啟動。當(dāng)空氣壓縮機(jī)啟動運(yùn)行后,如果后端設(shè)備用氣量較大,儲氣罐和后端管路中壓縮氣壓力未達(dá)到壓力上限值,則控制器動作加載閥,打開進(jìn)氣口,電機(jī)負(fù)載運(yùn)行,不斷地向后端管路產(chǎn)生壓縮氣。如果后端用氣設(shè)備停止用氣,后端管路和儲氣罐中壓縮氣壓力漸漸升高,當(dāng)達(dá)到壓力上限設(shè)定值時(shí),壓力控制器發(fā)出卸載信號,加載閥停止工作,進(jìn)氣口關(guān)閉,電機(jī)空載運(yùn)行。
二、螺桿式空氣壓縮機(jī)變頻改造。
      1、空壓機(jī)工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行的比較。空壓機(jī)電機(jī)功率一般較大,啟動方式多采用空載(卸載)星-三角啟動,加載和卸載方式都為瞬時(shí)。這使得空壓機(jī)在啟動時(shí)會有較大的啟動電流(4~7倍),加載和卸載時(shí)對設(shè)備機(jī)械沖擊較大;不光引起電源電壓波動,也會使壓縮氣源產(chǎn)生較大的波動;同時(shí)這種運(yùn)行方式還會加速設(shè)備的磨損,降低設(shè)備的使用年限。由于一般空氣壓縮機(jī)的拖動電機(jī)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(shí)現(xiàn)降速調(diào)節(jié)輸出功率的匹配,電機(jī)不允許頻繁啟動,導(dǎo)致在用氣量少的時(shí)候電機(jī)仍然要空載運(yùn)行,電能浪費(fèi)巨大。對空壓機(jī)進(jìn)行變頻改造,能夠使電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起軟停,減小啟動沖擊,延長設(shè)備使用年限;同時(shí)由于電機(jī)運(yùn)行頻率可變,實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)根據(jù)用氣量的大小自動調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,減少了電機(jī)頻繁的加載和卸載,從而較大幅度減小電動機(jī)的運(yùn)行功率,使得供氣系統(tǒng)氣壓維持恒定,便可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。
       2、變頻改造方案設(shè)計(jì)原則。根據(jù)原工況存在的問題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求,空壓機(jī)變頻改造后系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求:
              1、電機(jī)變頻運(yùn)行狀態(tài)保持儲氣罐出口壓力穩(wěn)定,壓力波動范圍不能超過±0.02Mpa。
             2、系統(tǒng)應(yīng)具有變頻和工頻兩套控制回路。如一套線路出現(xiàn)故障,自動切換到另一線路,不影響生產(chǎn)。
            3、根據(jù)空壓機(jī)的工況要求,系統(tǒng)應(yīng)保障電動機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行特性。
            4、為了防止非正弦波干擾空壓機(jī)控制器,變頻器輸入端應(yīng)有抑制電磁干擾的有效措施。
            5、在用電氣量小的情況下,變頻器處在低頻運(yùn)行時(shí),應(yīng)保障電機(jī)繞組溫度和電機(jī)的噪音不超過允許的范圍。
            6、生產(chǎn)工藝要求,變頻改造后,適當(dāng)降低壓縮氣供氣系統(tǒng)的供氣壓力,將原來的高壓變流量供氣改變?yōu)樽冾l恒壓變流量供氣方式。
三、變頻調(diào)速改造方案變頻改造電路 變頻改造時(shí)采用變頻+工頻控制方式。其控制柜主電路由電度表、變頻器和工頻旁路接觸器等構(gòu)成,控制電路由工頻/變頻切換開關(guān)、啟動、復(fù)位開關(guān)、指示燈等構(gòu)成。
       1、 變頻控制柜主電路圖3給出了空壓機(jī)變頻節(jié)能改造的主電路圖。圖中,QF為斷路器,KM1、KM2、KM3為接觸器。在改造空壓機(jī)時(shí)仍保留空壓機(jī)原有控制電路中的星-三角轉(zhuǎn)換電路,這樣可方便改造同時(shí)保持注塑原來的控制特性。采用工頻旁路目的是為了在變頻器出故障時(shí)可直接切換到工頻運(yùn)行,而不影響生產(chǎn)。 圖3:空壓機(jī)變頻節(jié)能改造主電路圖
      2、變頻控制柜控制電路圖4為空壓機(jī)變頻柜的控制電路框圖。圖中,SB為工頻/變頻轉(zhuǎn)換開關(guān),選用三級開關(guān);SB1為變頻器停止按鈕,SB2為變頻器啟動按鈕;L1為總電源指示燈;L2為工頻運(yùn)行指示燈;L3變頻運(yùn)行指示燈;L4為變頻器故障指示燈,其故障信號由變頻器TA、TC輸出;KM1、KM2變頻運(yùn)行接觸器;KM3為工頻運(yùn)行接觸器。 圖4:空壓機(jī)變頻柜控制電路框圖
      3、空壓機(jī)變頻柜的特點(diǎn) 對整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)功能:
             (1)變頻器自身的保護(hù)
             (2)對電機(jī)的保護(hù);如:電流限制、過載、輸出短路或輸出接地等
             (3)對因誤操作引起的機(jī)械損傷進(jìn)行保護(hù)
               (4)系統(tǒng)工作原理概述:本自動控制系統(tǒng)以輸出壓力作為控制對象,采用標(biāo)準(zhǔn)功能矢量變頻器和遠(yuǎn)傳壓力變送器SP,組成閉環(huán)恒壓控制系統(tǒng),所需壓力值可由壓力設(shè)置調(diào)整控制器直接操作,現(xiàn)場壓力由變送器來檢測,反饋到壓力設(shè)置調(diào)整控制器,壓力設(shè)置調(diào)整控制器通過PID進(jìn)行比較計(jì)算,從而調(diào) 節(jié)變頻器的輸出頻率,并由控制器自動控制系統(tǒng)來控制空壓機(jī)的工變頻切換。達(dá)到空壓機(jī)恒壓供氣的要求。使用變頻器自動控制系統(tǒng)運(yùn)行后,實(shí)現(xiàn)整個(gè)空壓站的恒壓自動控制,該系統(tǒng)可以根據(jù)儲氣罐壓力的變化,自動調(diào)節(jié)空壓機(jī)的電動機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù),電動機(jī)電流可以從0A逐漸升至所需的電流,在系統(tǒng)用氣不大的情況下電動機(jī)可以慢慢降速,保持儲氣罐0.7公斤的壓力,當(dāng)儲氣罐的壓力低于0.7公斤時(shí),通過壓力傳感器通知變頻器提高頻率,提高電動機(jī)轉(zhuǎn)速來補(bǔ)償所需的壓力。這樣電動機(jī)不需要全額作功,大大節(jié)約了電費(fèi),提高企業(yè)競爭力。
                  經(jīng)濟(jì)費(fèi)用比較如下: 1、 市電(沒節(jié)電的情況下)費(fèi)用如下:以電動機(jī)22KW,每小時(shí)耗電:22×0.95=20.9(度) 每天耗電量20.9×24=501.6(度) 每月耗電量:501.6×30=15048(度) 以電價(jià)平均0.8元計(jì)算則每月電費(fèi)是15048×0.8=12038.4元,每年以360天計(jì)算所用的費(fèi)用是18.0576萬元左右 2、變頻節(jié)能費(fèi)用如下,以節(jié)電率30%計(jì)算則:每小時(shí)節(jié)電:20.9×0.3=6.27度) 每天節(jié)電量:6.27×24=150.48(度) 每月節(jié)電量:150.48×30=4514.4(度) 以電價(jià)平均0.8元計(jì)算則每月節(jié)省電費(fèi)是4514.4×0.8=3611.68元,每年以360天計(jì)算所每年節(jié)省電費(fèi)用是5.4萬元左右,變頻器保修期12個(gè)月,使用壽命10年,終身有償服務(wù)。
        4、空壓機(jī)變頻自控系統(tǒng)改造后的益處
            4.1、節(jié)約能源  變頻器控制壓縮機(jī)與傳統(tǒng)控制的壓縮機(jī)比較,能源節(jié)約是最有實(shí)際意義的,根據(jù)空氣量需求來供給的壓縮機(jī)工況是經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。
            4.2、運(yùn)行成本降低  傳統(tǒng)壓縮機(jī)的運(yùn)行成本由三項(xiàng)組成:初始采購成本、維護(hù)成本和能源成本。其中能源成本和維護(hù)成本大約占壓縮機(jī)運(yùn)行成本的主要部分。通過能源成本降低,再加上變頻起動后對設(shè)備的沖擊減少,維護(hù)和維修量也跟隨降低,所以運(yùn)行成本將大大降低。
            4.3、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(jī)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(jī)的輸出氣量隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而改變。由于變頻控制電機(jī)速度的精度提高,所以它可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力變化保持在穩(wěn)定的變化范圍,有效地提高了工況的質(zhì)量。
             4.4、延長壓縮機(jī)的使用壽命  變頻器從0HZ起動壓縮機(jī),它的起動加速時(shí)間可以調(diào)整,從而減少起動時(shí)對壓縮機(jī)的電器部件和機(jī)械部件所造成的沖擊,增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性,使壓縮機(jī)的使用壽命延長。此外,變頻控制能夠減少機(jī)組起動時(shí)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。
            4.5、降低了空壓機(jī)的噪音  根據(jù)壓縮機(jī)的工況要求,變頻調(diào)速改造后,電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度明顯減慢,因此有效地降低了空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪音
 
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