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空压机恒压供气控制应用方式浅析

  在工业生产中有着广泛地应用;比如在我们金属包装类行业中,它担负着为厂内生产线所有气动元件(包括各种气动阀门),提供气源的职责;因此它运行的好坏直接影响生产线能否高效运转。空压机的种类有很多,但其供气控制方式几乎都是采用加、卸载控制方式。例如我厂使用的南京三达活塞式空压机、美国寿力ls-10型螺杆和atlas copco ga-110型螺杆式空压机都采用了这种控制方式。根据我们多年的运行经验,该供气控制方式虽然原理简单、操作简便,但存在能耗高,进气阀易损坏、供气压力不稳定等诸多问题。随着社会的发展和进步,高效低耗的技术已愈来愈受到人们的关注。在空压机供气领域能否应用变频调速技术,节省电能同时改善空压机性能、提高供气品质就成为我们关心的一个话题。结合生产实际,我们选择了一台atlas copco ga-110型固定式螺杆式空压机进行了研究。

  本人以atlas copco ga-110型固定式螺杆空压机电气控制原理图(如图3所示)为例,对加、卸载供气控制方式进行简单介绍。按下起动按钮sb2,kt1线圈得电,其瞬时闭合延时断开的动合触点闭合,km4和km6线圈得电动作压缩机电机开始y形起动;此时进气控制阀yv2得电动作,控制气体从小储气罐中放出进入进气阀活塞腔,关闭进气阀,使压缩机从轻载开始启动。当kt2到达设定时间(一般为5秒后)其延时断开的动断触点断开,延时闭合的动合触点闭合,km6线线圈得电动作,空压机电机从y形自动改接成△形运行。此时yv2断电关闭,从储气罐放出的控制气体被切断,进气阀全开,机组满载运行。(注:进气控制阀yv2只在起动过程起作用,而卸载控制阀yv1却在起动完毕后起作用)。

  若所需气量低于额定排气量,排气压力上升,当超过设定的最小压力值pmin(也称为加载压力)时,压力调节器动作,将控制气输送到进气阀,通过进气阀内的活塞,部分关闭进气阀,减少进气量,使供气与用气趋于平衡。当管线压力继续上升超过压力调节开关(sp2)设定的最大压力值pmax(也称为卸载压力)时,压力调节开关跳开,电磁阀yv1掉电。这样,控制气直接进入进气阀,将进气口完全关闭;同时,放空阀在控制气的作用下打开,将分离罐内压缩空气放掉。当管线压力下降低于pmin时,压力调节开关sp2复位(闭合),yv1接通电源,这时通往进气阀和放空阀的控制气都被切断。这样进气阀重新全部打开,放空阀关闭,机组全负荷运行。

  我们知道,加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在pmin~pmax之间来回变化。pmin是最低压力值,即能够保证用户正常工作的最低压力。一般情况下,pmax、pmin之间关系可以用下式来表示:

  而若采用变频调速技术可连续调节供气量的话,则可将管网压力始终维持在能满足供气的工作压力上,即pmin附近。

  由此可知,在加、卸载供气控制方式下的空压机较之变频系统控制下的空压机,所浪费的能量主要在2个部分:

  在压力达到pmin后,原控制方式决定其压力会继续上升(直到pmax)。这一过程中必将会向外界释放更多的热量,从而导致能量损失。另一方面,高于pmin的气体在进入气动元件前,其压力需要经过减压阀减压至接近pmin。这一过程同样是一个耗能过程。

  通常情况下,当压力达到pmax时,空压机通过如下方法来降压卸载:关闭进气阀使电机处于空转状态,同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。关闭进气阀使电机空转虽然可以使空压机不需要再压缩气体作功,但空压机在空转中还是要带动螺杆做回转运动,据我们测算,空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的10%~15%(这还是在卸载时间所占比例不大的情况下)。换言之,该空压机10%的时间处于空载状态,在作无用功。很明显在加卸载供气控制方式下,空压机电机存在很大的节能空间。

  (1)靠机械方式调节进气阀,使供气量无法连续调节,当用气量不断变化时,供气压力不可避免地产生较大幅度的波动。用气精度达不到工艺要求。再加上频繁调节进气阀,会加速进气阀的磨损,增加维修量和维修成本。

  针对原有供气控制方式存在的诸多问题,经过上述对比分析,本人认为可应用变频调速技术进行恒压供气控制。采用这一方案时,我们可以把管网压力作为控制对象,压力变送器yb将储气罐的压力p转变为标准电信号送给pid调节器,与压力设定值p0作比较,并根据差值的大小按既定的pid控制模式进行运算,产生控制信号送到变频调速器vvvf,通过变频器控制电机的工作频率与转速,从而使实际压力p始终接近设定压力p0。同时,该方案可以增加工频与变频切换功能,并保留原有的控制和保护系统,另外,采用该方案后,空压机电机从静止到旋转工作可由变频器来启动,实现了软启动,避免了启动冲击电流和启动给空压机带来的机械冲击。

  变频与工频电源的切换电路如图2所示; 空压机电气控制原理图如图3所示;变频调速控制系统接线 系统元器件的选配及系统的安装与调试

  输入:3相,380~440v ac,50/60hz,电压容许变动范围(-15%~+10%),频率容许变动范围±5%。输入电流201a,采用强迫风冷。

  在对pid进行参数整定的过程中,我们首先根据经验法,将比例增益设定到最小,而积分时间常数设定在20~30s;逐渐加大p,一直到系统发生振荡,然后取其半;逐渐减小i,一直到系统发生振荡,然后增加50%。一般来说,按照上述经验法来设定参数,问题已经基本解决。经过多次调整,在比例增益p=28,积分时间常数

  红外线测温仪对空压机电机的温升及管路的油温进行了长时间、严格的监测,电机温升约3~6℃之间,属正常温升范围,油温基本无变化(以上数据均为以原有工频运行时相比较)。所以40hz下限频率运行对空压机机组的工作并无多大的影响。