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深圳科陸高壓變頻器在空壓機的應用
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摘 要: 本文介紹了空壓機的工作情況,運用科陸CL2700高壓變頻器對空壓機的改造,節(jié)能效果明顯.
 
一、 引言
 
   空壓機在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛地應用。它擔負著為所有氣動元件,包括各種氣動閥門,提供氣源的職責。因此它運行的好壞直接影響生產(chǎn)工藝?諌簷C的種類主要有活塞式、螺桿式、離心式,但其供氣控制方式幾乎都是采用進氣口調(diào)節(jié)與加、卸載控制方式的控制模式。
 
首先來了解一下空壓機的基本工作原理?諌簷C結構復雜,運轉時間長,配備的功率大。以活塞式空壓機為例,在空壓機工作過程中,活塞在氣缸內(nèi)作往復運動,周期性地改變缸內(nèi)的容積,從而使氣缸內(nèi)氣體容積發(fā)生變化,并與氣缸內(nèi)氣閥相應的開啟和閉合動作相配合,通過吸氣、壓縮、排氣等動作,將自然氣體或較低壓力的氣體(一級缸氣體)升壓,最終輸出到儲氣罐內(nèi)。為了滿足設備的用氣需求,儲氣罐內(nèi)氣體必須保持一定的壓力,以作緩沖作用,加上設備自身的原因,空氣壓力變化幅度必然很大,通常采用切斷進氣的調(diào)節(jié)方式來改變排氣量。理想狀態(tài)是供氣壓力剛好滿足需求,保持壓力不變,實際上通過進氣門控制起來不太理想,通常是空壓機排氣量大于實際用氣量,空壓機保持恒速運轉,此時儲氣罐內(nèi)氣體越積越多,直到壓力上升到設定的最高壓力。通常采取以下兩種方法解決高壓問題:一是使空壓機卸荷運行,保持運轉但不產(chǎn)生氣體,此時空壓機消耗的功率一般在額定功率的30%左右,全是無用功;二是停止空壓機的運行,這樣看起來是節(jié)約了電能消耗,但是大功率電動機的啟動會帶來諸多問題,而且空氣儲存的容積有限,當氣壓低于下限壓力值時,空壓機再次以額定轉速給儲氣罐加壓,直到壓力達到上限壓力而停止運行,如此循環(huán),如圖1所示

圖1   空壓機的循環(huán)運行圖
 
二、空壓機加、卸載供氣控制方式存在的電能浪費
2(1)交流異步電動機的轉速公式為:
           n=60f(1-s)/p
        其中 n—電機轉速       f—運行頻率;
             p—電機極對數(shù)     s—轉差率;
  2(2) 空壓機加、卸載供氣控制方式存在的問題
     2.1 能耗分析
    加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在Pmin~Pmax之間來回變化。Pmin是最低壓力值,即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下,Pmax、Pmin之間關系可以用下式來表示:
         Pmax=(1+δ)Pmin                        
        δ是一個百分數(shù),其數(shù)值大致在15%~30%之間。
   
    在加、卸載供氣控制方式下的空壓機,所浪費的能量主要在2個部分:
(1) 加載時的電能消耗
     在壓力達到最小值后,原控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升直到最大壓力值。在加壓過程中,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入氣動元件前,其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓,這一過程同樣是一個耗能過程。另外,空壓機本身通過檢測壓力,自動調(diào)節(jié)進氣門,一部分能量消耗在進氣門上。
(2) 卸載時電能的消耗
    當壓力達到壓力最大值時,空壓機通過如下方法來降壓卸載:關閉進氣閥使電機處于空轉狀態(tài),同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費。據(jù)我們測算,空壓機卸載時的能耗約占空壓機滿載運行時的10%~25%(這還是在卸載時間所占比例不大的情況下)。換言之,該空壓機20%的時間處于空載狀態(tài),在作無用功。很明顯在自動調(diào)節(jié)進氣門與加卸載供氣控制方式下,空壓機電機存在很大的節(jié)能空間。
 2.2 其它不足之處
     (1)靠機械方式調(diào)節(jié)進氣閥,使供氣量無法連續(xù)調(diào)節(jié),當用氣量不斷變化時,供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動。用氣精度達不到工藝要求。再加上頻繁調(diào)節(jié)進氣閥,會加速進氣閥的磨損,增加維修量和維修成本。
     (2) 頻繁采用打開和關閉放氣閥,放氣閥的耐用性得不到保障。
三、 恒壓供氣控制方案的設計
電機型號:Y450-2
功率因數(shù):0.87
額定電壓:10KV
額定電流:35.1A
額定功率:500KW
額定轉速:2975rpm
 
空氣壓縮機
額定流量:120 m3/min
額定壓力:0.3MPa
變頻器: 深圳市科陸變頻器有限公司CL2700-10-0630-9QY高壓變頻器
控制模式:PID恒壓控制 
   針對原有供氣控制方式存在的諸多問題,采用深圳科陸變頻器有限公司CL2700系列高壓變頻調(diào)速器對上述空壓機進行恒壓供氣控制。采用這一方案時,我們可以把管網(wǎng)壓力作為控制對象,壓力變送器將儲氣罐的壓力P轉變?yōu)殡娦盘査徒oPID智能調(diào)節(jié)器,與壓力設定值P0作比較,并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進行運算,產(chǎn)生控制信號送變頻調(diào)速器VVVF,通過變頻器控制電機的工作頻率與轉速,從而使實際壓力P始終接近設定壓力P0。同時,該方案可增加工頻與變頻切換功能,并保留原有的控制和保護系統(tǒng),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器來啟動,實現(xiàn)了軟啟動,避免了啟動沖擊電流和啟動給空壓機帶來的機械沖擊。

在以上PID恒壓控制模式下,我們根據(jù)用戶現(xiàn)場的需要,把壓力設定值P0設定為0.25 Mpa,當用戶生產(chǎn)用氣量加大,管網(wǎng)壓力低于0.25 Mpa時,變頻器輸出頻率增加,電機轉速加快,空氣壓縮量增大,壓力隨之上升;當生產(chǎn)用氣量減少,管網(wǎng)壓力高于0.25 Mpa時,變頻器輸出頻率減小,電機轉速減慢,空氣壓縮量減小,壓力隨之下降,始終使壓力保持在0.25Mpa左右。
 
四、 改造效益
4.1 工頻運行參數(shù)測量
電機運行參數(shù):電壓:10KV, 有功功率385KW,年運行時間約7200小時,電費0.8元/度;
空壓機運行參數(shù):進口閥門開度40%,出口閥門開度100%,出氣口壓力:0.25MPa。
 
4.2 變頻運行參數(shù)測量
電機運行參數(shù):運行頻率46HZ, ,有功功率330KW,年運行時間約7200小時,電費0.8元/度;
空壓機運行參數(shù): 進口閥門開度80%,出口閥門開度100%,出氣口壓力0.25 Mpa。
 
4.3 經(jīng)濟效益
節(jié)約電功率:385-330=55(kW)
節(jié)電率:(385-330)÷385=14.28%
每年節(jié)約電能:55×7200÷10000=39.6(萬度)
每年節(jié)約電費:39.6×0.8=31.68(萬元)
 
4.4 附加經(jīng)濟效益
1)       解決壓力波動幅度大,提高精度。
2)       解決閥門磨損成本和降低維修量。

 

狀 態(tài): 離線

公司簡介
產(chǎn)品目錄
供應信息

公司名稱: 廣東省深圳市科陸變頻器有限公司
聯(lián) 系 人: 趙小芳
電  話: 0755-13410397851
傳  真: 0755-86114913
地  址: 深圳市南山西麗官龍鎮(zhèn)第一工業(yè)區(qū)D棟
郵  編: 518103
主  頁:
 
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