螺桿式空氣壓縮機(jī)變頻改造方案

..螺桿式空氣壓縮機(jī)變頻改造方案一、概述螺桿式空壓機(jī)廣泛地用于工業(yè)生產(chǎn)中,在其控制中采用加載-卸載閥來控制空壓機(jī)的供氣。由于用氣設(shè)備的工作周期或是生產(chǎn)工藝的差別,使得用氣量發(fā)生波動,有時會造成空壓機(jī)頻繁加載、卸載?？諌簷C(jī)卸載后電機(jī)仍然工頻運(yùn)轉(zhuǎn),不僅浪費(fèi)電能而且增加設(shè)備的機(jī)械磨損；空壓機(jī)加載過程是突然加載,也會對設(shè)備和電網(wǎng)造成較大的沖擊。因此對空壓機(jī)進(jìn)行變頻改造具有改善電機(jī)的啟動和運(yùn)行方式、減少設(shè)備的機(jī)械磨損、在一定范圍內(nèi)節(jié)約電能等效果。二、螺桿式空壓機(jī)的工作原理

以單螺桿空壓機(jī)為例說明空氣壓縮機(jī)工作原理,如圖1所示為單螺桿空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。螺桿式空氣壓縮機(jī)的工作過程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、排氣四個過程。當(dāng)螺桿在殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動時,螺桿與殼體的齒溝相互嚙合,空氣由進(jìn)氣口吸入,同時也吸入機(jī)油,由于齒溝嚙合面轉(zhuǎn)動將吸入的油氣密封并向排氣口輸送；在輸送過程中齒溝嚙合間隙逐漸變小,油氣受到壓縮；當(dāng)齒溝嚙合面旋轉(zhuǎn)至殼體排氣口時,較高壓力的油氣混合氣體排出機(jī)體。三、壓縮氣供氣系統(tǒng)組成及空壓機(jī)控制原理⑴、壓縮氣供氣系統(tǒng)組成

工廠空氣壓縮氣供氣系統(tǒng)一般由空氣壓縮機(jī)、冷干機(jī)、過濾器、儲氣罐、管路、閥門和用氣設(shè)備組成。如圖2所示為壓縮氣供氣系統(tǒng)組成示意圖。⑵、空氣壓縮機(jī)的控制原理在工廠的空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中,普遍采用后端管道上安裝的壓力繼電器來控制空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行?？諌簷C(jī)啟動時,加載閥處于不工作態(tài),加載氣缸不動作,空壓機(jī)頭進(jìn)氣口關(guān)閉,電機(jī)空載啟動。當(dāng)空氣壓縮機(jī)啟動運(yùn)行后,如果后端設(shè)備用氣量較大,儲氣罐和后端管路中壓縮氣壓力未達(dá)到壓力上限值,則控制器動作加載閥,打開進(jìn)氣口,電機(jī)負(fù)載運(yùn)行,不斷地向后端管路產(chǎn)生壓縮氣。如果后端用氣設(shè)備停止用氣,后端管路和儲氣罐中壓縮氣壓力漸漸升高,當(dāng)達(dá)到壓力上限設(shè)定值時,壓力控制器發(fā)出卸載信號,加載閥停止工作,進(jìn)氣口關(guān)閉,電機(jī)空載運(yùn)行。圖3為某品牌空氣壓縮機(jī)的系統(tǒng)原理圖。四、螺桿式空氣壓縮機(jī)變頻改造⑴、空壓機(jī)工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行的比較空壓機(jī)電機(jī)功率一般較大,啟動方式多采用空載〔卸載星-三角啟動,加載和卸載方式都為瞬時。這使得空壓機(jī)在啟動時會有較大的啟動電流,加載和卸載時對設(shè)備機(jī)械沖擊較大；不光引起電源電壓波動,也會使壓縮氣源產(chǎn)生較大的波動；同時這種運(yùn)行方式還會加速設(shè)備的磨損,降低設(shè)備的使用年限。

對空壓機(jī)進(jìn)行變頻改造,能夠使電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起軟停,減小啟動沖擊,延長設(shè)備使用年限；同時由于電機(jī)運(yùn)行頻率可變,實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)根據(jù)用氣量的大小自動調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,減少了電機(jī)頻繁的加載和卸載,使得供氣系統(tǒng)氣壓維持恒定,在一定程度上節(jié)約了電能。⑵、空壓機(jī)主電路和控制電路的變頻改造以某品牌空壓機(jī)為例,圖4是其電路原理圖?？梢钥闯鲈撈放菩吞柕目諌簷C(jī)采用星-三角啟動方式,在其控制電路上有加載繼電器。在主電路改造時,將變頻器串接進(jìn)原有的電源進(jìn)線中；并適當(dāng)修改控制回路,實(shí)現(xiàn)變頻器的啟停。⑶、空壓機(jī)變頻改造后的啟動和運(yùn)行方式空壓機(jī)變頻改造后,電機(jī)啟動時原有的交流接觸器仍然由其控制PLC按星-三角方式動作,但在交流接觸器連接為星型時,角形交流接觸器的常開觸點(diǎn)沒有閉合,變頻器不啟動、無輸出；當(dāng)PLC控制交流接觸器轉(zhuǎn)換為三角形接法后,變頻器開始空載變頻啟動電機(jī)。當(dāng)變頻器啟動電機(jī)完成后,變頻器自動變頻運(yùn)行。五、螺桿式空氣壓縮機(jī)變頻改造后的工頻運(yùn)行在考慮變頻器發(fā)生故障或是檢修時,空壓機(jī)能按原有的工頻控制方式運(yùn)行,這保證了空壓機(jī)在變頻和工頻狀態(tài)下都可以運(yùn)行,也使得改造時可以不用重新編寫PLC程序,為此增加了一套工頻、變頻自由切換電路,以方便系統(tǒng)的切換。六、螺桿式空氣壓縮機(jī)變頻改造節(jié)能分析如式1所示拉力F與摩擦力F’大小相等、方向相反,拉力F在時間T內(nèi)拉動物體做直線運(yùn)動,移動位移S。拉力F在時間T內(nèi)作的功率P為由數(shù)學(xué)知識可知線速度v和旋轉(zhuǎn)角速度ω之間的關(guān)系如式2所示,式中f為旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)頻率。將式2代入式1可以求得旋轉(zhuǎn)物體摩擦阻力功率如式3所示由式3可以知道,克服旋轉(zhuǎn)體的摩擦阻力使旋轉(zhuǎn)體勻速轉(zhuǎn)動,需要向旋轉(zhuǎn)體提供的功率按式3公式計算〔忽略機(jī)械效率損失,認(rèn)為η為1。式3中F’為旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)摩擦阻力,r為旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)半徑,f為旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)頻率。所以我們可以在忽略空氣壓縮機(jī)機(jī)械效率損失,同時忽略空壓機(jī)機(jī)械效率因為電機(jī)轉(zhuǎn)速變化而變化的情況下,即始終認(rèn)為空壓機(jī)機(jī)械效率η為1,可以近似地認(rèn)為變頻器的輸出功率與空壓機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比,即成一次方正比例關(guān)系。如圖7所示是螺桿式空壓機(jī)工頻運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速/功率-周期示意圖。t1是空壓機(jī)加栽運(yùn)行時間,t2是空壓機(jī)卸栽運(yùn)行時間,加栽/卸栽時的轉(zhuǎn)速和功率分別為P1/n1和P2/n2。忽略空壓機(jī)機(jī)械效率η的變化,W1和W2分別為空壓機(jī)加栽運(yùn)行時間t1和卸栽運(yùn)行時間t2中由電源輸送給空壓機(jī)電機(jī)的能量。其中W1轉(zhuǎn)換為壓縮空氣勢能、動能和熱能等形式的能量,供設(shè)備使用。而W2則轉(zhuǎn)換為機(jī)械的摩擦熱能和聲音、震動等形式的能量損失掉。所以螺桿式空壓機(jī)經(jīng)過變頻改造后,由于電機(jī)處于變速運(yùn)行情況下,而通過式3的推導(dǎo)知道電機(jī)的平均功率與電機(jī)的平均轉(zhuǎn)速成一次方正比例關(guān)系?？諌簷C(jī)變頻改造后,是根據(jù)用氣系統(tǒng)的用氣量恒壓變流供氣；所以變頻改造后,空壓機(jī)在周期T〔t1+t2內(nèi)所作的功W,等于同