螺桿空壓機(jī)四種流量調(diào)節(jié)方式怎么結(jié)合才更節(jié)能

發(fā)布時(shí)間:2020-04-28 22:56人氣:

螺桿空壓機(jī)四種流量調(diào)節(jié)方式怎么結(jié)合才更節(jié)能分析 螺桿空壓機(jī) 比較常用的4種控制方式,每一種控制方式都有其特性及適用領(lǐng)域,選擇正確的控制方式確實(shí)可減少很多無謂的浪費(fèi)。 螺桿空壓機(jī)各種控制方式 螺桿空壓機(jī) 選型時(shí)考慮......

分析螺桿空壓機(jī)比較常用的4種控制方式,每一種控制方式都有其特性及適用領(lǐng)域,選擇正確的控制方式確實(shí)可減少很多無謂的浪費(fèi)。

 

 

螺桿空壓機(jī)各種控制方式
螺桿空壓機(jī)選型時(shí)考慮的因素很多,必須照顧到最高耗氣量并考慮一定的余量,但是日常運(yùn)行時(shí),空氣壓縮機(jī)并非總是在額定排氣工況下。

據(jù)統(tǒng)計(jì),在中國(guó)空氣壓縮機(jī)的平均負(fù)載只有額定容積流量的79%左右,可以看出壓縮機(jī)選型時(shí)需要考慮額定負(fù)載工況和部分負(fù)載工況的功耗指標(biāo)。

 

所有的螺桿空壓機(jī)均有排氣量調(diào)節(jié)功能,只是實(shí)現(xiàn)的措施有不同。常見的方式有ON/OFF加載/卸載調(diào)節(jié)、吸氣節(jié)流、電機(jī)變頻、滑閥變?nèi)?/span>等,這些調(diào)節(jié)方式也可以靈活地組合使用來優(yōu)化設(shè)計(jì)。

 

在壓縮機(jī)主機(jī)能效一定的情況下,只能從壓縮機(jī)整機(jī)上進(jìn)行優(yōu)化控制方式達(dá)到進(jìn)一步節(jié)能的目的,從而在空氣壓縮機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域中實(shí)際達(dá)到綜合節(jié)能效果。

螺桿空壓機(jī)的應(yīng)用范圍比較廣泛,很難找到適合所有場(chǎng)合并完全有效的控制方式,需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況綜合分析,以便選擇對(duì)應(yīng)合適的控制方式,以下簡(jiǎn)要介紹四種常見的控制方式包括其主要特點(diǎn)及用途。

 

1.1 ON/OFF加載/卸載控制

 

ON/OFF加載/卸載控制是比較傳統(tǒng)、比較簡(jiǎn)單的控制方式,它的功能是根據(jù)客戶用氣量的大小,自動(dòng)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)進(jìn)氣閥的開關(guān),使壓縮機(jī)加載或卸載,以減小供氣壓力的波動(dòng)。該控制中有電磁閥、進(jìn)氣閥、放空閥和控制管線。

 

當(dāng)客戶用氣量等于或大于機(jī)組的額定排氣量時(shí),啟動(dòng)/卸載電磁閥處在得電狀態(tài)控制管路不導(dǎo)通,壓縮機(jī)主機(jī)進(jìn)氣閥在吸氣真空作用下完全打開,機(jī)組保持滿負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行。

 

當(dāng)客戶用氣量小于額定排氣量時(shí),壓縮機(jī)管路的壓力會(huì)緩慢上升,當(dāng)排氣壓力達(dá)到并超過機(jī)組卸載壓力,壓縮機(jī)轉(zhuǎn)入卸載運(yùn)行。啟動(dòng)/卸載電磁閥處在失電狀態(tài)控制管路導(dǎo)通,一路氣去關(guān)閉進(jìn)氣閥;另一路氣打開放空閥讓油氣分離罐中的壓力放空,直至油氣分離器罐內(nèi)部壓力穩(wěn)定(一般是0.2~0.4MPa) ,此時(shí)機(jī)組將在較低的背壓下運(yùn)行,保持空載狀態(tài)。

空壓機(jī)

 

當(dāng)客戶用氣量增加使管路壓力下降到規(guī)定值時(shí),機(jī)組就繼續(xù)加載運(yùn)行。此時(shí)啟動(dòng)/卸載電磁閥得電,控制管路不導(dǎo)通,機(jī)頭進(jìn)氣閥在吸氣真空作用下保持最大開度。如此根據(jù)用戶端用氣量的變化機(jī)器反復(fù)加載、卸載的運(yùn)行。加載/卸載控制方式的主要特點(diǎn)是主機(jī)進(jìn)氣閥只有完全打開、完全關(guān)閉2種狀態(tài),機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)只有加載、卸載、自動(dòng)停機(jī)3種狀態(tài)。

 

對(duì)客戶來說,壓縮空氣都是允許多但不允許不足,換言之,空氣壓縮機(jī)的排氣量是允許大,不允許小。因此,當(dāng)機(jī)組排氣量大于用氣量時(shí),空壓機(jī)機(jī)組會(huì)自動(dòng)的卸載,以保持排氣量和用氣量維持平衡。

 

1.2 吸氣節(jié)流控制

 

吸氣節(jié)流控制方式根據(jù)客戶所需的用氣量來調(diào)節(jié)壓縮機(jī)進(jìn)氣量的大小,以便達(dá)到供需平衡,主要元件包括電磁閥、壓力調(diào)節(jié)器、進(jìn)氣閥等。當(dāng)用氣量等于機(jī)組的額定排氣量時(shí),進(jìn)氣閥完全打開,機(jī)組將在滿載狀態(tài)下運(yùn)行;當(dāng)用氣量小于額定排氣量時(shí),控制氣路自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥的開度,控制進(jìn)氣量的大小。現(xiàn)針對(duì)一臺(tái)工作壓力為8~8.6bar的壓縮機(jī)機(jī)組運(yùn)行過程中的4種工況,分別介紹吸氣節(jié)流控制方式的功能。

 

(1) 啟動(dòng)工況0~3.5bar
壓縮機(jī)機(jī)組啟動(dòng)后,進(jìn)氣閥關(guān)閉著,油氣分離器罐中壓力迅速建立;當(dāng)達(dá)到設(shè)定時(shí)間會(huì)自動(dòng)切換到滿載狀態(tài),進(jìn)氣閥靠真空吸氣作用微微打開。

 

(2) 常規(guī)運(yùn)行工況3.5~8bar
當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)壓力超過3.5bar后,沖開最小壓力閥使壓縮空氣進(jìn)人供氣管,電腦板實(shí)時(shí)監(jiān)控管線壓力,進(jìn)氣閥完全打開。
空壓機(jī)

 

(3) 氣量調(diào)節(jié)工況8~8.6bar
當(dāng)管線壓力超過8bar時(shí),控制氣路調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥的開度,使排氣量與用氣量相平衡,在此期間排氣量調(diào)節(jié)范圍是50%~100%。

 

(4)卸載工況-壓力超過8.6bar

當(dāng)所需用氣量減少或不需用氣時(shí),管線壓力超過設(shè)定值8.6bar時(shí),控制氣路關(guān)閉進(jìn)氣閥并打開放空閥,釋放油氣分離罐中的壓力;機(jī)組在很低的背壓下運(yùn)行,耗能減少。

當(dāng)管線壓力降至設(shè)定的最低壓力時(shí),控制氣路關(guān)閉放空閥,打開進(jìn)氣閥,機(jī)組轉(zhuǎn)換為加載工況運(yùn)行。

吸氣節(jié)流控制通過對(duì)進(jìn)氣閥的開度控制,進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)氣量,從而減小了壓縮機(jī)的功耗,并降低了頻繁加載/卸載的頻率,因此有一定的節(jié)能效果。

 

1.3 變頻調(diào)速控制
壓縮機(jī)變頻轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制是通過改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,進(jìn)而調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)排氣量。變頻壓縮機(jī)的氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功能是根據(jù)客戶用氣量的大小,通過變頻改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來配合不斷變化的空氣需求量,以便達(dá)到供需平衡。

 

每款變頻機(jī)組根據(jù)型號(hào)的不同,設(shè)定有機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)變頻器最大輸出頻率及電機(jī)最高轉(zhuǎn)速。當(dāng)客戶用氣量等于機(jī)組的額定排氣量時(shí),變頻機(jī)組調(diào)節(jié)變頻電機(jī)的頻率而提高主機(jī)轉(zhuǎn)速,機(jī)組在滿載狀態(tài)下運(yùn)行;當(dāng)用氣量小于額定排氣量時(shí),變頻機(jī)組將通過降低變頻電機(jī)的頻率從而降低主機(jī)轉(zhuǎn)速,相應(yīng)降低進(jìn)氣量;當(dāng)客戶停止用氣時(shí),變頻電機(jī)的頻率降至最低,同時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣閥不再進(jìn)氣,機(jī)組處于空載狀態(tài)在較低的背壓下運(yùn)行。

空壓機(jī)

 

壓縮機(jī)變頻機(jī)組配備的驅(qū)動(dòng)電機(jī)其額定功率是一定的,但電機(jī)的實(shí)際軸功率跟其負(fù)載、轉(zhuǎn)速直接相關(guān)。壓縮機(jī)機(jī)組采用變頻調(diào)速,在負(fù)載降低的情況下同時(shí)降低轉(zhuǎn)速,可大大提高輕載運(yùn)行時(shí)的工作效率,同時(shí)能十分方便地連續(xù)調(diào)節(jié),保持排氣量和排氣壓力的穩(wěn)定。

 

變頻壓縮機(jī)相對(duì)于工頻壓縮機(jī)來說,驅(qū)動(dòng)馬達(dá)需要為變頻電機(jī),配有變頻器及相應(yīng)的電控柜,因此成本會(huì)比較高。所以,選用變頻壓縮機(jī)初次投資成本較大,變頻器本身有功率消耗以及變頻器散熱通風(fēng)限制等原因,只是用戶耗氣量變化范圍大的空氣壓縮機(jī),經(jīng)常處在較低負(fù)載才有選擇變頻器的必要。

 

變頻壓縮機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)如下:

(1) 節(jié)能效果明顯;
(2) 啟動(dòng)電流小,對(duì)電網(wǎng)沖擊小;
(3) 排氣壓力穩(wěn)定;
(4) 機(jī)組噪聲低,電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率低,無頻繁加卸載噪聲。
 

 

1.4 滑閥變?nèi)菡{(diào)節(jié)

滑閥變?nèi)菡{(diào)節(jié)控制方式的工作原理為:通過一個(gè)機(jī)構(gòu)去改變壓縮機(jī)主機(jī)壓縮腔內(nèi)的有效壓縮容積,從而調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的排氣量。與ON/OFF控制、吸氣節(jié)流控制及變頻控制都屬于壓縮機(jī)外部控制的工作原理有所不同,滑閥變?nèi)菡{(diào)節(jié)方式需要改變壓縮機(jī)本身的結(jié)構(gòu)。

 

 

容積流量調(diào)節(jié)滑閥是螺桿壓縮機(jī)用來調(diào)節(jié)容積流量的一種結(jié)構(gòu)元件,采用這種調(diào)節(jié)方式的機(jī)如圖1的轉(zhuǎn)動(dòng)滑閥結(jié)構(gòu),氣缸壁上開有與轉(zhuǎn)子螺旋形狀相對(duì)應(yīng)的旁通孔,當(dāng)這些孔沒有被蓋住時(shí),氣體可以從這些孔中排出。所用滑閥也俗稱為“螺旋閥”,閥體是螺旋形狀的,當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)就可蓋住或打開與壓縮腔相連的旁通孔。

 

客戶用氣量減少時(shí),螺旋閥轉(zhuǎn)動(dòng)打開旁通孔,使吸人的部分空氣未經(jīng)壓縮就通過壓縮腔底部的旁通孔流回人口,不參與壓縮,相當(dāng)于降低參與有效壓縮的螺桿長(zhǎng)度即降低有效工作容積,所以有效的壓縮功大大降低,實(shí)現(xiàn)部分負(fù)載時(shí)的節(jié)能。這種設(shè)計(jì)方案可以提供連續(xù)的容積流量調(diào)節(jié),一般可以實(shí)現(xiàn)的容量調(diào)節(jié)范圍50%~100%。

 

滑閥變?nèi)菡{(diào)節(jié)的工作原理示意見圖2~4。

 

 

螺旋閥結(jié)構(gòu)可用于任何型號(hào)的壓縮機(jī),符合人們?nèi)找娉珜?dǎo)的“綠色工業(yè)”的理念。

 

螺桿空壓機(jī)節(jié)能對(duì)比分析

 

 

2.1各種控制方式綜合對(duì)比

所有的螺桿空壓機(jī)均有氣量調(diào)節(jié)功能,只是實(shí)現(xiàn)的措施有不同,常見的方式有ON/OFF加載/卸載調(diào)節(jié)、吸氣節(jié)流、電機(jī)變頻調(diào)節(jié)、變?nèi)菡{(diào)節(jié)等,這些調(diào)節(jié)方式也可以靈活地組合使用來優(yōu)化空壓機(jī)控制方式設(shè)計(jì)。

 

2.2各種控制方式綜合對(duì)比

為了更直觀的比較各種控制調(diào)節(jié)方式的特點(diǎn)及性能優(yōu)劣,這幾種氣量調(diào)節(jié)方式見表1。

 

2.3 控制方式排氣量-軸功率變化曲線對(duì)比

圖5是通過大量測(cè)試數(shù)據(jù)比較總結(jié)出來的比較功率變化曲線圖,從中可以看出變?nèi)菡{(diào)節(jié)、變頻調(diào)節(jié)的節(jié)能效果非常明顯。
 

 

2.4 變頻調(diào)節(jié)與變?nèi)菡{(diào)節(jié)對(duì)比
壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性應(yīng)至少從3個(gè)方面來考慮:
(1) 壓縮機(jī)是否節(jié)能;
(2) 零件的更換周期和零件價(jià)格;
(3) 壓縮機(jī)的價(jià)格及購買成本。
 
前兩點(diǎn)關(guān)系到用戶每年為運(yùn)行這一產(chǎn)品而付出的固定費(fèi)用的多少,相對(duì)于第3點(diǎn)來說是大項(xiàng),在考慮壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮。同時(shí)壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和適用性又是密不可分的,在A場(chǎng)合適用性好又經(jīng)濟(jì)的壓縮機(jī),不一定適用于B場(chǎng)合,也不一定經(jīng)濟(jì)。
 
考慮到運(yùn)行成本、用氣量變化很大的場(chǎng)合,選擇螺桿空氣壓縮機(jī)應(yīng)該優(yōu)選變頻驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)或變?nèi)菡{(diào)節(jié)壓縮機(jī)。變?nèi)菡{(diào)節(jié)壓縮機(jī)與變頻驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下:
(1) 在經(jīng)濟(jì)性方面:變?nèi)菡{(diào)節(jié)壓縮機(jī)成本優(yōu)勢(shì)明顯,在價(jià)格上具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì);變頻機(jī)型的成本一般是變?nèi)輽C(jī)型的1.3倍。
(2) 在節(jié)能效果方面,要看機(jī)器運(yùn)行在何種狀態(tài)下:
變頻調(diào)節(jié)適用于排氣量30%~100%的調(diào)節(jié)范圍,工頻機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí),其壓縮功耗與工頻機(jī)相近,加上變頻器本身需要消耗2%~3%的能耗,整機(jī)功耗超過了工頻機(jī)的能耗。也就是說,當(dāng)客戶用氣量為額定用氣量的90% 以上時(shí),采用變頻機(jī)反而會(huì)增加能耗。這也是為什么很多客戶幾臺(tái)空壓機(jī)一起使用時(shí),只選擇其中一臺(tái)為變頻機(jī)的原因。變?nèi)菡{(diào)節(jié)適用于排氣量50%~100%的調(diào)節(jié)范圍,而在90%~100%時(shí)節(jié)能效果優(yōu)于變頻調(diào)節(jié)。
(3) 在惡劣環(huán)境適應(yīng)能力:變?nèi)菡{(diào)節(jié)壓縮機(jī)比變頻機(jī)更出色,故障率極低,維護(hù)和修理比變頻機(jī)更方便、容易。
 
結(jié)論
 
以上分析螺桿空壓機(jī)比較常用的4種控制方式,每一種控制方式都有其特性及適用領(lǐng)域,選擇正確的控制方式確實(shí)可減少很多無謂的浪費(fèi)。但是,如何選擇正確的控制方式卻沒有一定的準(zhǔn)則或公式可資運(yùn)用,仍然得靠經(jīng)驗(yàn)、記錄及試驗(yàn)分析比較來判斷。
 
很多時(shí)候需要將幾種控制方式結(jié)合在一起運(yùn)用起來,比較常見的有吸氣節(jié)流控制和滑閥變?nèi)菡{(diào)節(jié)組合、ON/OFF加載/卸載控制和變頻調(diào)速控制組合、變?nèi)菡{(diào)速控制和變頻調(diào)速控制組合,這樣充分發(fā)揮各個(gè)控制方式的優(yōu)點(diǎn),以發(fā)揮出最大的節(jié)能效果。
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