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关于螺杆式空压机变频节能改造研究

2020-11-25王振波宁德新能源科技有限公司

数码世界 2020年4期
关键词:螺杆式空压机运转

王振波 宁德新能源科技有限公司

空压机是一种通过将气体进行压缩获得压力的设备,利用电能实现运转,主要应用在纺织、电力、冶金、机械制造、医药、矿山等领域。空压机在工业发展中属于基础设备,承担着为工厂气动元件提供能源的任务。然而在空压机实际应用过程中,能量消耗比较大,有研究表明,在所有大型工业设备中,空压机的耗电量能够达到15%左右。为了节约能源,提升经济效益,必须针对空压机进行节能改造。本文以螺杆式空压机为例,针对其利用变频技术改进实现节能改造的原理和方法进行分析,希望能够为相关的工作者提供一定的参考借鉴。

一、螺杆式空压机的工作原理

现如今,空压机通常是通过上下限控制或启停式控制方式进行控制,当压力逐渐下降到设定好的下限以后,空压机就会打开设备的进气阀,令空气进入。空压机保持正常工作状态的时候,储气罐会对空气进行压缩,主控制板对各个部分和整体进行控制。若是出口压力超过上限设定值,那么进气阀会受到控制而关闭,内循环系统打开实行内循环,用气的部分能够正常用气。传统的控制方式对于机器本身和电网都比较容易产生冲击,若是用气量波动比较明显,那么冲击就更加严重。

二、螺杆式空压机的能耗分析

螺杆式空压机作为机械设备应用,为生产提供具有一定压力的气体,现如今该设备应用非常广泛,而且需要常年坚持工作。作为大功率设备的一种,空压机需要耗费大量的能源,通过研究能够发现,虽然空压机消耗了大量的能源,但是实际应用效率却只能达到50%-70%左右,分析其原因,是因为:用气单位是变化的,而且是间断性的,不会一直用气,所以螺杆式空压机运转的时候会长时间处于低负荷状态,效率自然会下降;螺杆式空压机保持恒速运转,但是实际上气量需求不是恒定的,所以压缩机组处于空转的状态比较频繁,这就导致了较大的能源浪费;螺杆式空压机本身设计方面也有缺陷,电动机传动方面的设计就不是非常合理,进而压缩机内部的各个零部件受到的力是不均衡的,电动机传动的时候会产生不必要的摩擦阻力,进而增加能耗。

所以,螺杆式空压机想要进行节能改造,需要从两个方面开展,第一就是机械系统改造,例如优化管道系统,减少摩擦力,进而降低能耗,再如冷却系统改造,因为螺杆空压机大多数时间需要在额定功率下运转,整个过程中气量始终低于额定气量,产生的热负荷也不会超过额定负荷,如果采用定速风扇进行冷却,那么就会导致过度冷却的情况,进而会因为冷却过度造成凝水,诱发油乳化现象,所以空压机改造需要对冷却系统进行节能改造,据调查研究改造冷却系统以后能够至少减低30%的能耗;第二就是控制调节系统改造,通过更为科学合理的方式对流量进行调节,也就是利用变频调速技术控制空压机组的负载变化,进而控制电机的转速,达成控制电机输出功率和空压机输入功率的目标。最终目的是令空压机的制风量和实际需求相匹配,提升空压机的工作效率,降低能源消耗。

三、螺杆式空压机的变频节能改造

(一)设定变频机工作频率

螺杆式空压机在工作之前,需要对工作领域的频率设定最高值和最低值,通过研究发现,若是频率在额定功率的20%以下,那么整个系统的工作效率会大幅度下降。电机长时间维持在额定功率20%的状态,空压机会因为恒转矩特征,工作电流始终保持额定电流。所以,螺杆式空压机设定工作频率的时候,需要将其设定在额定频率的20%-100%之间,若是空压机的功率超过75kW,那么频率范围需要控制在额定频率的30%-100%之间。

(二)变频节能改造

变频调速的最终控制目标是压缩机中被压缩空气的输出压力,整个闭环恒压控制体系的组成包括电动机、PLC、压力传感器、变压器,操作面板上可以直接设定工作压力值,实际压力则通过压力传感器感知,感知到的压力会变成电流信号传递给变频器,变频器内部的PID 会进行比较计算,进而对输出频率进行调整,同时调整电机的转速,最终完成对电机输出功率的调整。所以,只要能够调整电机的转速,就能够调整电机的功率,进而也能调整空压机的输入功率,保证制风量和需风量一致,实现恒压供气,达成节能的目标。实际运行过程中,就是利用需风量调整电机的转速,进而实现节能降耗的目标。

(三)空压机改造后的特性

螺杆式空压机进行变频改造以后,能够达成节能降耗的目的,同时也为整个生产带来了诸多有益之处,具体包括下列几点:

第一,改造以后的空压机能够通过特殊设计设定参数,保证以往出现的常见故障例如突发喷油、轴承温度过高、机组共振、谐波干扰等不再出现,进而空压机能够在实际应用中安全稳定的运行。

第二,改造以后的控制系统能够实时跟踪系统的压力,利用设计好的算法进行电机转速调节,保证输出压力稳定。机组的整个运行状态都能够得到优化,进而提升机组的加载率,保证大多数时间机组能够在加载状态下运行,延长进气系统和主机的使用时间。

第三,空压机输出的气压会更加稳定,机组压力值会因此减低,即使设置的压力过高,也不会造成不必要的能源消耗。

第四,电动机启动能够真正实现软启动,启动电流能够控制在额定电流之内,不会超过额定电流值,避免机械元件和电气元件找到强大的冲击,降低机组的维护成本。

第五,空压机的散热系统能够参考油温的状态和曲线控制,避免因为润滑油中水量的变化导致压缩机冷却效率受到不良影响,同时也能保证机组的使用年限。

第六,对比全速运转的机组,能够调节转速的电机能够降低空压机使用中产生的噪音,同时卸载时间能够缩短,卸载产生的放空噪音也能够因此得到减低。

第七,改造以后的空压机耐高温性能更好,即便空气温度达到50℃也能够正常运转。

第八,机组本身能够进行自我诊断和安全防护,保证机组的供气安全。

四、螺杆式空压机变频节能改造的注意事项

螺杆式空压机在进行节能变频改造过程中,需要对下述几项内容进行特别关注:空压机本身启动的时候具有大转动惯量负载的特征,容易造成启动时跳过流保护,所以为了保证空压机能够恒压供气,设备稳定运行,需要选择高启动转矩的无速度矢量变频器,避免启动的时候出现频繁跳闸情况,变频器功率需要选择大于空压机一级的型号;空压机运行不能够长时间保持低频状态,所以下限频率需要设定在28Hz 以上,避免因为转速过低造成螺杆损坏;为了过滤变频器输出电流中产生的高次谐波,可以选用电抗器和电容滤波器,减少电磁干扰,降低电机产生的噪音;为了保证正常生产,需要设置两套控制回路,变频回路出现问题,工频回路能够正常运转;润滑油的温度如果过低会导致油汽分离出现异常,所以润滑油的温度需要保持在70-95℃之间,避免润滑油进入过多水汽造成气罐底积水。

五、结语

综上所述,工业生产中,螺杆式空压机的应用非常广泛,实际运行过程中存在着较大的浪费情况,为了节能降耗,可以针对空压机进行变频节能改造,实现自动恒压供气,提升生产效率,降低能源消耗,保证经济效益。

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