1引言

空压机在工业生产中有着广泛地应用。在供水行业中,它担负着为水厂所有气动元件,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水厂生产工艺。

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。美国寿力螺论文网杆压缩机和Atlas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,我们选择了一台美国寿力LS-10型固定式螺杆空压机进行了研究。

2空压机加。卸载供气控制方式简介

作者以美国寿力LS-10型固定式螺杆空压机电控原理图(如图3所示)为例,对加。卸载供气控制方式进行简单介绍。

SA1转至自动位置,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,KM3和KM1线圈得电动作压缩机电机开始Y形起动;此时进气控制阀YV1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起动。当KT达到设定时间(一般为6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,KM3线圈断电释放,KM2线圈得电动作,空压机电机从Y形自动改接成△形运行。此时YV1断电关闭,从储气罐放出的控制气被切断,进气阀全开,机组满载运行。(注:进气控制阀YV1只在起动过程起作用,而卸载控制阀YV4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(SP4)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YV4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SP4复位(闭合),YV4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。

3加。卸载供气控制方式存在的问题

3。1能耗分析

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:

Pmax＝(1＋δ)Pmin(1)

δ是一个百分数,其数值大致在10百分号～25百分号之间。

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:

(1)压缩空气压力超过Pmin所消耗的能量

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。

(2)卸载时调节方法不合理所消耗的能量

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10百分号～15百分号(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10百分号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。

3。2其它不足之处

(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。

(2)频繁采用打开和关闭放气阀,放气阀的耐用性得不到保障。

4恒压供气控制方案的设计

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转变为电信号送给PID智能调节器,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。

具体的控制系统流程图如图1所示。

图1恒压供气控制系统流程图

变频与工频电源的切换电路如图2所示;空压机电控原理图如图3所示;变频调速控制系统接线图见图4。

5系统元器件的选配及系统的安装与调试

5。1元器件的选型

(1)变频器

图2变频和工频电源的切换电路

LS-10型固定式螺杆压缩机电机型号:LS286TSC-4,功率22kW,频率50Hz,额定电压380V,额定电流42A,4极,转速1470r/min,我们选用一台台达牌“VFD300B43A型变频器。因为LS-10型空压机是一种大转动惯量负载,因此选用加大一级变频器(30kW),变频器的外部接线如图5所示。

a)变频器的主要参数

l输出:最大适用电机输出功率30kW,输出额定容量45。7kVA,输出额定电流60A,输出频率范围0。10~400Hz,过载能力为额定输出电流的150百分号,运行60s,最大输出电压对应输入电源。

l输入:3相,380~460VAC,50/60Hz,电压容许变动范围±10百分号,频率容许变动范围±5百分号。输入电流60A,采用强迫风冷。

(2)该变频器的主要特点:

a)采用了新一代电力元件IGBT作为驱动交流电动机的核心元件,应用高速微处理器实现正弦波脉宽调制(SPWM)技术,具有无传感器矢量控制及电压/频率(V/f)控制。

b)配有RS-485接口,可与计算机联结,构成计算机监控。群控系统。

c)自动转矩补偿。e)禁止电机反转。

d)自动调整加减速时间。f)带过载(过热保护)。

(2)PID智能控制器

兰利牌PID智能控制器一个,型号:AL808,单路输入。输出,输出为4~20mA模拟信号,测量精度0。2百分号,厂家:深圳市亚特克电子有限公司。

(3)压力变送器

压力变送器一个型号:DG1300-BZ-A-2-2,量程:0~1Mpa,输出4~20mA的模拟信号。精确度0。5百分号FS。厂家:广州森纳士压力仪器有限公司。

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