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噴氣織機(jī)用壓縮氣供給的節(jié)能措施
邯鄲圣綿紡織有限公司技術(shù)處：王淑芬
摘要：噴氣織機(jī)的使用逐年增加，作為噴氣織機(jī)的氣源——空氣壓縮機(jī)越來越被關(guān)注，合理使用空氣壓縮機(jī)將給企業(yè)帶來可觀的節(jié)能收益。以下闡述如何控制空氣壓縮機(jī)運(yùn)行，使其達(dá)到最佳的節(jié)能狀態(tài)。
關(guān)健詞：噴氣織機(jī)，空氣壓縮機(jī)，變頻器，PLC，人機(jī)界面。
邯鄲圣綿紡織生產(chǎn)中需要大量的壓縮空氣來供給噴氣織機(jī)使用,而這些壓縮氣都需要空氣壓縮機(jī)來供應(yīng)。要求壓縮空氣的供應(yīng)連續(xù)穩(wěn)定，但生產(chǎn)車間效率忽高忽低，用氣量不是穩(wěn)定的，因此五臺(tái)250KW的空氣壓縮機(jī)必須連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。四臺(tái)空氣壓縮機(jī)長(zhǎng)期加載運(yùn)行，一臺(tái)空氣壓縮機(jī)加卸載運(yùn)行。
空氣壓縮機(jī)的工作原理簡(jiǎn)述
空氣壓縮機(jī)其工作原理是由一對(duì)相互平行嚙合的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮和排氣的過程，空壓機(jī)的主電機(jī)為250KW，運(yùn)行方式為星—角形減壓起動(dòng)，即按下起動(dòng)按鈕，電機(jī)開始星形減壓起動(dòng)，這時(shí)進(jìn)氣閥門關(guān)閉，而放氣閥門打開以排放油氣分離器內(nèi)的壓力，延時(shí)10秒后，空壓機(jī)從星形自動(dòng)改接成角形運(yùn)行，此時(shí)，進(jìn)氣閥門打開，機(jī)組滿載運(yùn)行，若所需氣量低于額定排氣量，排氣壓力上升，超過設(shè)定的壓力最大值時(shí)，進(jìn)氣閥門關(guān)閉，油氣分離器放氣，則空壓機(jī)卸載運(yùn)行，當(dāng)壓力下降到最小壓力值時(shí)，則進(jìn)氣閥門打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，空壓機(jī)加載運(yùn)行。
原系統(tǒng)工況存在的問題：
1、 能耗：空壓機(jī)的加卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在最小值和最大值之間來回變化，當(dāng)壓力達(dá)到最大值時(shí)，空壓機(jī)通過關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過放氣閥放出，造成能量浪費(fèi)，另外，空壓機(jī)在空載時(shí)還是要帶動(dòng)螺桿做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，空壓機(jī)卸載時(shí)的能耗約占滿載運(yùn)行時(shí)的40%，就是說空壓機(jī)的卸載運(yùn)行在做無用功。
2、 當(dāng)噴氣織機(jī)開車效率低時(shí)，用氣量減少，空氣壓縮機(jī)卸載時(shí)間長(zhǎng)，造成能源浪費(fèi)。這段時(shí)間若改為休眠控制，節(jié)能收益可觀。
3、 靠周期性地開關(guān)進(jìn)氣閥，使系統(tǒng)無法連續(xù)供氣，當(dāng)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)，用氣精度不適合工藝要求，再加上頻繁調(diào)節(jié)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(jī)在工頻起動(dòng)時(shí)，對(duì)起動(dòng)設(shè)備的沖擊大，電機(jī)軸承的磨損大，設(shè)備維修量大。
5、 主電機(jī)雖然星—角形減壓起動(dòng)，但起動(dòng)時(shí)的電流仍然很大，會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的運(yùn)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(wěn)定性。
噴氣織機(jī)用壓縮氣節(jié)能措施的組成和控制原理
隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和成熟，變頻調(diào)速器逐漸得到推廣和應(yīng)用，將變頻器EV2000和PLC、人機(jī)界面成功連接，對(duì)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行休眠和PID控制。
由壓力傳感器、PLC、變頻器、人機(jī)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(tǒng)，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。
壓力傳感器P：采取空氣壓縮機(jī)出口管道的壓力信號(hào)，24V直流電源把壓力傳感器的阻值轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)，輸出給PLC。
中達(dá)電通的PLC：接收壓力傳感器的信號(hào)，進(jìn)行內(nèi)部比較，如果壓力信號(hào)大于最高壓力設(shè)定，則輸出信號(hào)給變頻器，使變頻器帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)休眠停車，如果壓力信號(hào)小于最低壓力設(shè)定，則變頻器由休眠轉(zhuǎn)為PID閉環(huán)運(yùn)行。
艾默生EV2000變頻器：接收PLC的信號(hào)進(jìn)行PID閉環(huán)控制或休眠停機(jī)，設(shè)定最低運(yùn)行頻率為20HZ。EV2000變頻器實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬跳速驅(qū)動(dòng)，滿足通用變頻器高性能化的趨勢(shì)，具有優(yōu)秀的防跳閘性能和適應(yīng)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(shè)備，減少了變頻器對(duì)電網(wǎng)的干擾。
人機(jī)界面：可設(shè)定系統(tǒng)最高壓力值、最低壓力值，并顯示實(shí)際管道的實(shí)際壓力值。
電鈴：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障停車，管道壓力低于0.6MPa時(shí)，電鈴報(bào)警。
變頻器的PID運(yùn)行
在空氣壓縮機(jī)出氣管道處安裝壓力傳感器，用來獲得所需要的電流信號(hào)，賦予PLC，經(jīng)過PLC比較，若處于0.6-0.7Mpa時(shí),當(dāng)系統(tǒng)用氣量小時(shí)，空壓機(jī)出口的壓力升高，傳感器的電流值增加，變頻器與設(shè)定值比較后得到偏差ε，ε經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)后使輸出的頻率逐漸變小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，排氣量減少，當(dāng)系統(tǒng)用氣量大時(shí)，系統(tǒng)壓力逐漸降低，變頻器輸出頻率升高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，排氣量增大，滿足系統(tǒng)用氣量要求，當(dāng)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(yùn)行，空氣壓縮機(jī)一直運(yùn)行于最經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)。
PLC控制變頻器休眠階段
若噴氣織機(jī)開車效率低，用氣量小時(shí)，變頻器運(yùn)行頻率逐步下降，當(dāng)降到20HZ時(shí)（設(shè)定變頻器最低運(yùn)行頻率為20HZ）頻率不再下降，這時(shí)，車間用氣量仍然沒有提高，則空氣壓縮機(jī)側(cè)的壓力會(huì)逐步升高，當(dāng)升高到設(shè)定值0.7Mpa，則傳感器采取管道的壓力信號(hào)，賦予PLC，PLC把傳感器的信號(hào)進(jìn)行比較，若壓力信號(hào)高于0.7Mpa，則PLC的Y0輸出信號(hào)給變頻器的多功能端子X1使變頻器休眠，若壓力信號(hào)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PID閉環(huán)運(yùn)行階段。
系統(tǒng)調(diào)試
根據(jù)工藝要求，電機(jī)參數(shù)，負(fù)載特性設(shè)置變頻器的參數(shù)，進(jìn)行工頻試運(yùn)行，觀察變頻器頻率上升時(shí)的情況，設(shè)備運(yùn)行聲音是否正常，空壓機(jī)的壓力上升是否正常，如一切正常則改換恒壓PID閉環(huán)控制，觀察變頻器的頻率上升與下降的速度應(yīng)和空壓機(jī)的壓力的升降相匹配，變頻器PID運(yùn)行時(shí)，壓力振蕩控制在+/-0.02 Mpa。注意機(jī)器共振點(diǎn)，將共振點(diǎn)附近的頻率跳過去。在人機(jī)界面設(shè)定最低壓力值和最高壓力值，若系統(tǒng)達(dá)到最高壓力值時(shí)，變頻器休眠運(yùn)行，達(dá)到最低壓力值時(shí)，變頻器啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行PID閉環(huán)運(yùn)行。
在調(diào)試變頻器應(yīng)注意以下問題：
i. 變頻器的起動(dòng)時(shí)間
ii. PID閉環(huán)控制時(shí)，調(diào)節(jié)比例增益和積分增益，使其變化平穩(wěn)，減小壓力波動(dòng)，使壓力平穩(wěn)
iii. 如果變頻器對(duì)其它設(shè)備的干擾很大，則把載波頻率調(diào)低，但這樣會(huì)使電機(jī)的噪音增大。
iv. 因變頻器帶動(dòng)的是普通異步電動(dòng)機(jī)，所以變頻器在低頻運(yùn)行時(shí)注意電動(dòng)機(jī)的溫度。
空壓機(jī)變頻改造后的效益
節(jié)約能源：變頻器控制空氣壓縮機(jī)是根據(jù)空氣量的需求來給定的，減少了空載時(shí)的無用功，節(jié)約電能用以下表格顯示：
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電流（A） |
電壓（V） |
頻率（hz） |
實(shí)際功率(KW) |
節(jié)電率(%) |
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改造前 |
500 |
380 |
50 |
250 |
0 |
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改造后 |
485 |
230 |
30 |
150 |
40 |
從上表可證實(shí)，節(jié)電效果十分明顯，如果空壓機(jī)每年按350天工作日計(jì)算，則每年可節(jié)約電能84萬度電。
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(jī)的空氣壓力輸出與用氣設(shè)備所需的氣量相匹配，變頻控制空壓機(jī)的輸出氣量隨電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變而改變，變頻器控制電機(jī)速度的精度提高，可以使儲(chǔ)氣罐中的壓力保持在7bar左右，減少了壓力波動(dòng)。若噴氣織機(jī)開車效率低，用氣量小時(shí)，還可使空氣壓縮機(jī)自動(dòng)停車，待壓力低時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)。
延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命，變頻器的軟啟動(dòng)可以減少起動(dòng)時(shí)對(duì)空壓機(jī)的電器部件和機(jī)器部件的沖擊，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。
由于頻繁的加卸載運(yùn)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PID閉環(huán)控制則避免了這項(xiàng)缺陷。
結(jié)論
噴氣織機(jī)用壓縮氣的節(jié)能改造不僅保證了生產(chǎn)，而且節(jié)約了大量的電力資源。當(dāng)前的能源緊缺已成為我們不得不面對(duì)的現(xiàn)實(shí)，生產(chǎn)型企業(yè)能否有效的提高生產(chǎn)效率，改進(jìn)工藝，節(jié)能降耗從而降低生產(chǎn)成本，已經(jīng)成為企業(yè)能否生存發(fā)展的重要因素。
作者簡(jiǎn)介:王淑芬,邯鄲市聯(lián)紡路20#邯鄲圣綿紡織有限公司。
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