各類型空壓機(jī)專用變頻改造方案_圖文

1、空壓機(jī)變頻恒壓供氣在節(jié)能改造中的應(yīng)用1 引言空氣壓縮機(jī)是一種利用電動(dòng)機(jī)將氣體在壓縮腔內(nèi)進(jìn)行壓縮并使壓縮的氣 體具有一定壓力的設(shè)備。作為基礎(chǔ)工業(yè)裝備,空壓機(jī)在冶金、機(jī)械制造、礦 山、電力、紡織、石化、輕紡等幾乎所有的工業(yè)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用?？諌?機(jī)占大型工業(yè)設(shè)備 (風(fēng)機(jī)、水泵、鍋爐、空壓機(jī)等 耗電量的 15%。由于結(jié)構(gòu)原 理的原因,大部分空壓機(jī)自身存在著明顯的技術(shù)弱點(diǎn)。當(dāng)輸出壓力大于一定 值時(shí),自動(dòng)打開泄載 閥 ,使 異步 電動(dòng)機(jī)空 轉(zhuǎn) , 嚴(yán)重浪費(fèi)能源 ; 異步 電動(dòng)機(jī) 易頻 繁 的 啟 動(dòng)、 停止 , 影響 電機(jī)的使用 壽命 ,壓機(jī)工 頻啟 動(dòng)電 流 大, 對(duì) 電 網(wǎng)沖擊 大,電機(jī) 軸承磨損

2、 大,設(shè)備 維護(hù) 量大 ; 工作 條件惡劣 , 噪音 大 ; 自動(dòng)化 程度低 , 輸出壓力的 調(diào)節(jié) 是 靠人 為 調(diào)節(jié)閥 的開 度來實(shí)現(xiàn) 的, 調(diào)節(jié)速度慢 , 波 動(dòng)大, 不 穩(wěn) 定, 精度低針對(duì)以上 存在的 問題 ,設(shè) 計(jì)采 用 PLC 和變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)螺桿式 空氣壓縮機(jī) 的 節(jié)能改 造 方案 , 經(jīng) 分 析 , 該方案 自動(dòng)化 程度高 , 節(jié)能效果 顯 著 , 實(shí) 用 性好 。2 電機(jī)原理及 空壓機(jī)加、卸載供氣控制方式存在的電能浪費(fèi)2(1交流異步 電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速公式 為 :n=60f(1-s/p其中 n 電機(jī) 轉(zhuǎn)速 f運(yùn) 行電 頻率 ;p 電機(jī) 極對(duì)數(shù) s轉(zhuǎn)差率 ;2(2 空壓機(jī) 加 、 卸

3、 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(guān)系可 以 用 下 式來 表示 :Pmax=(1+Pmin是一 個(gè)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(jī),所 浪費(fèi) 的 能 量 主要 在 2個(gè) 部分 : (1 加 載時(shí)的電 能 消 耗在壓力 達(dá)到最小 值 后 ,原 控 制 方式 決 定 其

4、 壓力 會(huì)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(dǎo)致 電 能損 失 。 另 一 方 面 , 高 于壓力 最 大值的氣體在進(jìn) 入 氣動(dòng) 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(gè) 耗 能 過 程 。(2 卸 載時(shí)電 能 的 消 耗當(dāng)壓力 達(dá)到 壓力 最 大值時(shí),空壓機(jī) 通過如下 方 法 來 降 壓 卸 載 :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 空 閥 放 空。 這 種 調(diào)節(jié)方 法要 造 成很 大的 能 量 浪費(fèi) 。 據(jù)我們測算

5、 ,空壓機(jī) 卸 載時(shí)的 能 耗 約 占空壓機(jī) 滿 載 運(yùn) 行時(shí)的 10%25%(這還 是在 卸 載時(shí) 間 所占 比例 不 大的 情況下 。 換言之 , 該 空壓機(jī) 20%的時(shí) 間處 于空載 狀態(tài) ,在作 無 用 功 。 很明顯在加卸載供 氣控制方式下,空壓機(jī)電機(jī)存在很大的節(jié)能空間。2.2 其 它 不 足之處(1靠 機(jī)械 方式調(diào)節(jié) 進(jìn)氣 閥 ,使 供 氣量 無法連續(xù) 調(diào)節(jié) ,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 達(dá) 不 到 工 藝 要 求 。 再 加上頻繁調(diào)節(jié) 進(jìn)氣 閥 , 會(huì) 加速 進(jìn)氣 閥 的 磨損 , 增 加維 修 量 和維 修

6、 成 本 。 (2 頻繁采 用打開 和 關(guān)閉放 氣 閥 , 放 氣 閥 的 耐 用 性得不 到保 障 。3 空壓機(jī)變頻節(jié)能原理螺桿式 空壓機(jī)基 本 運(yùn) 行 方式 是 加 載、 減 載 方式 。 減 載時(shí)電機(jī)空 轉(zhuǎn) , 能源 白 白 的 浪費(fèi) , 如 果 利用 變頻器 通過 改變 電機(jī) 頻率來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 , 變頻控 制 即通過 改變 電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速來控 制空壓機(jī) 單位 時(shí) 間 的出風(fēng)量, 從而達(dá)到 控 制 管路 的壓 力,具有明顯的 節(jié)能效果 ?？諌簷C(jī) 變頻節(jié)能 系 統(tǒng) 原理 如下 :通過 壓力 變 送 器 測 得 的 管 網(wǎng) 壓力值 與 壓力的設(shè)定值 相 比 較 , 得 到 偏 差 , 經(jīng) PI

7、D 調(diào)節(jié)器計(jì) 算 出 變 頻器 作用于 異步 電動(dòng)機(jī)的 頻率 值。由 變頻器 輸出的 相 應(yīng) 頻率和 幅 值的 交流 電, 在電動(dòng)機(jī) 上得 到 相 應(yīng)的 轉(zhuǎn)速 。 那么 空壓機(jī)輸出 對(duì) 應(yīng)的壓縮空氣輸出 至儲(chǔ) 氣 罐 , 使 之 壓力 變 化, 直到 管 網(wǎng) 壓力 與給 定壓力值 相 同 。3.3 變頻改 造 注意事項(xiàng)(1 空壓機(jī)是大 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 負(fù) 載, 這 種 啟 動(dòng) 特 點(diǎn) 很 容 易 引起 變頻器 在 啟 動(dòng) 時(shí)出 現(xiàn) 跳 過 流 保 護(hù) 的 情況 , 建議 采 用具有 高啟 動(dòng) 轉(zhuǎn) 矩 的 無 速度 矢 量 變頻器 , 保證 既 能實(shí)現(xiàn) 恒 壓 供 氣的 連續(xù) 性 ,有 可保證

8、設(shè)備 可 靠穩(wěn) 定的 運(yùn) 行。(2 空壓機(jī) 不 允許長 時(shí) 間 在 低頻 下 運(yùn) 行,工作 下 限 應(yīng) 不低 于 25Hz 。(3 建議 功 率 選 用 比 空壓機(jī) 功 率 大一等 級(jí) 的 變頻器 , 以 免 空壓機(jī) 啟 動(dòng)出 現(xiàn)頻繁 跳閘 的 情況 。(4 為 了 有 效 的 濾除 變頻器 輸出電 流中 的 高 次諧 波 分量, 減 少 因 高 次諧 波 引起 的電 磁干擾 , 建議選 用輸出 交流 電 抗 器 , 還可 以 減 少 電機(jī) 運(yùn) 行的 噪音 。 (5 設(shè) 計(jì) 的 系 統(tǒng) 應(yīng)具備 變頻和 工 頻 兩套 控 制 回 路 , 確 保 變頻 出 現(xiàn)異 常 跳 保 護(hù) 時(shí), 不影響 生產(chǎn)

9、 。4 基于 PLC 的空壓機(jī)變頻控制系統(tǒng)4.1 系 統(tǒng) 原理設(shè) 計(jì)控 制 系 統(tǒng) 由 以 下 部分 組 成 :變頻器 、 可 編 程控 制 器 、 變頻 柜 、電 抗 器 、壓 力 變 送 器 、 震蕩傳感 器 等。基于 PLC 的 變頻控 制 系 統(tǒng) 原理系 統(tǒng) 改 造時(shí),在 保 留 原工 頻 系 統(tǒng) 情況下 , 增 加變頻 系 統(tǒng) , 做 到 了 工 頻 /變頻 互鎖切 換 。 通過外 部 控 制電 路 ,使空壓機(jī) 起 停 操 作 步 驟仍然 如前 , 操 作 簡單 , 安全 可 靠 。 本 系 統(tǒng) 采 用壓力 閉 環(huán) 調(diào)節(jié)方式 ,在原 來 的壓力 罐 上加 裝一 個(gè) 壓力 傳感 器 ,

10、將壓力 信號(hào) 轉(zhuǎn) 換成 0-10V 的 電 信號(hào) , 送 到 變頻器 內(nèi)部的 PID 調(diào)節(jié)器 , 調(diào)節(jié)器 將 信號(hào)與 壓力設(shè)定值進(jìn)行 比 較 運(yùn) 算后 輸出 控 制 信號(hào) , 變頻器 根 據(jù) 該 信號(hào) 輸出 頻率 , 改變 電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速 , 調(diào)節(jié)供 氣壓力, 保 持 壓力的 恒 定,使空壓機(jī) 始終 處 于 節(jié) 電 運(yùn) 行 狀態(tài) 。PLC 由 觸摸屏 、電 源 、 CPU 、 模擬 量輸出 模塊 等 組 成 。 其中采 用 PLC 來實(shí)現(xiàn) 電氣部分的 控 制。 包括五 部分 :起 動(dòng)、 運(yùn) 行、 停止 、 切 換 、 報(bào)警及故 障 自 診 斷 。(1 起 動(dòng) :可 以 通過 轉(zhuǎn) 換 開 關(guān) 選

11、 擇 變頻 /工 頻啟 動(dòng)運(yùn) 行 :正常情況 ,電機(jī) 處 于 變頻調(diào)速 狀態(tài) , 現(xiàn) 場 壓力 變 送 器 檢 測 管 網(wǎng) 出 口 壓力, 并 與給 定值 比 較 , 經(jīng) PID 指令 運(yùn) 算 , 得 到 頻率 信號(hào) ,動(dòng)動(dòng) 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 達(dá)到 所 需 壓力。(2 停止 :按 下 停止 按鈕 , PLC 控 制所有的 接 觸 器 斷 開, 變頻器停止 工作。(3 切 換 :可 以實(shí)現(xiàn) 工 頻 、 變頻 相互切 換 。(4 報(bào)警及故 障 自 診 斷 :空壓機(jī)內(nèi)部一 般 有 四 個(gè)需要 監(jiān) 測 的量 :冷卻 水壓力 監(jiān) 測 、 潤滑 油監(jiān) 測 、機(jī)體 溫 度 監(jiān) 測 、 儲(chǔ) 氣 罐 壓力 監(jiān) 測 。5

12、 恒壓供氣控制方案的設(shè)計(jì)針對(duì) 原有 供 氣 控 制 方式 存在的 諸 多 問題 , 可 應(yīng)用 變頻調(diào)速 技術(shù)進(jìn)行 恒 壓 供 氣 控 制。 采 用 這 一 方案 時(shí), 我們可 以 把 管 網(wǎng) 壓力作為 控 制 對(duì) 象 ,壓力 變 送 器 YB 將 儲(chǔ) 氣 罐 的壓力 P 轉(zhuǎn)變 為電 信號(hào)送給 PID 智 能調(diào)節(jié)器 , 與 壓力設(shè)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(jìn)行 運(yùn) 算 , 產(chǎn)生 控 制 信 號(hào)送 變頻調(diào)速器 VVVF , 通過 變頻器控 制電機(jī)的工作 頻率 與 轉(zhuǎn)速 , 從而 使 實(shí) 際 壓力 P 始終 接近 設(shè)定壓力 P0。 同

13、時(shí), 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(hù) 系 統(tǒng) , 另外 , 采 用 該方案 后 ,空壓機(jī)電機(jī) 從 靜 止 到 旋 轉(zhuǎn) 工作 可 由 變頻器來啟 動(dòng), 實(shí)現(xiàn) 了 軟 啟 動(dòng), 避免 了 啟 動(dòng) 沖擊 電 流和啟 動(dòng) 給 空 壓機(jī) 帶 來 的機(jī)械 沖擊 。6 變頻改造方案設(shè)計(jì)原則根 據(jù) 原工 況 存在的 問題 并結(jié) 合 生產(chǎn) 工 藝 要 求 ,空壓機(jī) 變頻改 造 后系 統(tǒng) 應(yīng) 滿足 以 下要 求 :1、 電機(jī) 變頻運(yùn) 行 狀態(tài)保 持儲(chǔ) 氣 罐 出 口 壓力 穩(wěn) 定,壓力 波 動(dòng) 范圍 不能 超 過 ±0.02Mpa 。2、 系

14、 統(tǒng) 應(yīng)具有 變頻和 工 頻 兩套 控 制 回 路 。3、 系 統(tǒng) 具有開 環(huán) 和 閉 環(huán)兩套 控 制 回 路 。4、 一 臺(tái) 變頻器 可 以控 制 兩 臺(tái)及 以上 空壓機(jī) 組 , 可 用 轉(zhuǎn) 換 開 關(guān) 切 換 。5、 根 據(jù) 空壓機(jī)的工 況要 求 , 系 統(tǒng) 應(yīng) 保 障 電動(dòng)機(jī)具有 恒 轉(zhuǎn) 矩 運(yùn) 行 特 性 一。6、 為 了 防 止 非 正 弦 波 干擾 空壓機(jī) 控 制 器 , 變頻器 輸 入 端 應(yīng)有 抑 制電 磁 干擾 的有 效 措施 。7、 在用電氣量 小 的 情況下 , 變頻器 處 在 低頻運(yùn) 行時(shí),應(yīng) 保 障 電機(jī) 繞 組 溫 度和 電機(jī)的 噪音不 超 過 允許 的 范圍 。8

15、、 考慮 到系 統(tǒng) 以 后 擴(kuò)展 問題 , 變頻器 應(yīng) 滿足 將 來 工 況 擴(kuò)展 的 要 求 。7 空壓機(jī)變頻改造后的效益1、 節(jié) 約 能源變頻器控 制壓縮機(jī) 與傳統(tǒng) 控 制的壓縮機(jī) 比 較 , 能源節(jié) 約 是 最 有 實(shí) 際 意 義 的, 根 據(jù) 空氣量 需 求 來供 給 的壓縮機(jī)工 況 是 經(jīng) 濟(jì) 的 運(yùn) 行 狀 。2、 運(yùn) 行 成 本 降 低傳統(tǒng) 壓縮機(jī)的 運(yùn) 行 成 本 由 三 項(xiàng)組 成 :初 始 采 購 成 本 、 維護(hù) 成 本 和能源 成 本 。 其中能源 成 本 大 約 占?jí)嚎s機(jī) 運(yùn) 行 成 本 的 77%。 通過 能源 成 本 降 低 44.3%, 再 加 上變頻 起 動(dòng) 后

16、 對(duì) 設(shè)備的 沖擊 減 少 , 維護(hù)和維 修 量 也跟隨 降 低 ,所 以運(yùn) 行 成 本 將大大 降 低 。3、 提 高 壓力 控 制 精度變頻控 制 系 統(tǒng) 具有 精 確 的壓力 控 制 能 力。使壓縮機(jī)的空氣壓力輸出 與 用 戶 空 氣 系 統(tǒng) 所 需 的氣量 相 匹配 。 變頻控 制壓縮機(jī)的輸出氣量 隨 著電機(jī) 轉(zhuǎn)速 的 改變 而 改變 。由于 變頻控 制電機(jī) 速度 的 精度 提 高 ,所 以 它可 以 使 管 網(wǎng) 的 系 統(tǒng) 壓力 變 化 保 持 在 3pisg 變 化 范圍 , 也就 是 0.2bar 范圍 內(nèi),有 效 地 提 高 了 工 況 的 質(zhì) 量。4、 延 長 壓縮機(jī)的使用

17、壽命變頻器 從 0HZ 起 動(dòng)壓縮機(jī), 它 的 起 動(dòng) 加速 時(shí) 間可 以調(diào) 整 , 從而減 少起 動(dòng)時(shí) 對(duì) 壓縮機(jī)的電 器 部 件和 機(jī)械部 件 所造 成 的 沖擊 , 增 強(qiáng) 系 統(tǒng) 的 可 靠性 ,使壓縮機(jī) 的使用 壽命 延 長 。 此 外 , 變頻控 制 能 夠減 少 機(jī) 組起 動(dòng)時(shí)電 流波 動(dòng), 這 一 波 動(dòng) 電 流 會(huì) 影響 電 網(wǎng)和其 它 設(shè)備的用電, 變頻器能 夠 有 效 的將 起 動(dòng)電 流 的 峰 值 減 少 到最 低程度 。5、 降 低 了 空壓機(jī)的 噪音根 據(jù) 壓縮機(jī)的工 況要 求 , 變頻調(diào)速改 造 后 ,電機(jī) 運(yùn)轉(zhuǎn)速度 明顯 減 慢 ,因 此 有 效 地降 了 空壓

18、機(jī) 運(yùn) 行時(shí)的 噪音 。 現(xiàn) 場 測 定 表 明, 噪音 與 原 系 統(tǒng) 比 較 下降約 3至 7分 貝 。8 結(jié) 束語綜 上 所 述 , 隨 著 變頻器 應(yīng)用 普及 時(shí) 代 的 來 臨 , 我 公 司已 將 變頻器節(jié)能改 造的應(yīng)用 擴(kuò)展 到 傳統(tǒng) 空壓機(jī) 改 造的 領(lǐng)域 ,由于 變頻調(diào)速 技術(shù)的 介 入 ,空壓機(jī) 將 真 正地 進(jìn) 入 經(jīng) 濟(jì) 運(yùn) 行時(shí) 代 。本 說 明 書 表 述 之 內(nèi) 容 僅 供 閱讀參考 , 每 個(gè) 空壓 站 項(xiàng) 目 的 節(jié)能改 造都 不 盡 相 同 , 我 公 司 根 據(jù) 每 個(gè) 用 戶 的空壓 站 房 內(nèi)的 實(shí) 際 設(shè)備 運(yùn) 行 狀況會(huì) 做 出 不 同 的 設(shè) 計(jì)改 造 方案 , 歡迎 來 電 來 函咨詢!公 司 為 客 戶 提 供 立 項(xiàng) 預(yù) 算 、 系 統(tǒng) 方案 設(shè) 計(jì) 、 合