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空壓機變頻節能改造

發布日期:2017-05-21 11:13:23 瀏覽:
  

空壓機的變頻節能改造

空壓機的分類

l 空氣壓縮機按工作原理可分為速度式和容積式兩大類。

l 速度式:是靠氣體在高速旋轉葉輪的作用,得到較大的動能,隨后在擴壓裝置中急劇降速,使氣體的動能轉變成勢能,從而提高氣體壓力。速度式主要有離心式和軸流式兩種基本型式。

 

l 容積式:是通過直接壓縮氣體,使氣體容積縮小而達到提高氣體壓力的目的、容積式根據氣缸測活塞的特點又分為回轉式和往復式兩類。氧艙配制的空壓機多數采用容積式。

空壓機的分類

² 回轉式:活塞作旋轉運動,活塞又稱為轉干,轉子數量不等,氣缸形狀不一。回轉式包括有轉子式、螺桿式、滑片式等。

 

²  往復式:活塞做往復運動,氣缸呈圓筒形。往復式包括有活塞式和膜式兩種,其中活塞式是目前應用最廣泛的一種類型。氧艙用空壓機絕大多數采用活塞式。 

旋轉螺桿式壓縮機的 工作原理

 

    螺桿式壓縮機屬於容積式壓縮機,其活塞采用螺桿的形式; 這是現今使用的最主要壓縮機類型。 螺桿壓縮元件的主要部件是凸形轉子和凹形轉子, 這兩個轉子相互靠近移動,使它們之間及腔內的體積逐漸減小。 螺桿式的壓力比取決於螺桿的長度和 外形以及排氣口的形狀。 
    螺桿元件沒有裝備任何閥門,不存在產生不平衡的機械力。 因此可以在 高的軸速下工作,而且可以兼顧大流量和小的外部尺寸 

活塞式壓縮機工作原理

 

    活塞式壓縮機屬於最早的壓縮機設計之一, 但它仍然是最通用和 非常高效的一種壓縮機。活塞式壓縮機通過連桿和曲軸使活塞在氣缸內向前運動。 如果 只用活塞的一側進行壓縮,則稱為單動式。 如果活塞的上、下兩側都用,則稱為雙動式。 

    活塞式壓縮機的用途非常廣泛,幾乎沒有任何限制。 它可以壓縮空氣,也可以壓縮氣體,幾乎不需要作任何改動。 活塞式壓縮機是唯一一種能夠將空氣和氣體壓縮至高壓,以適合 諸如呼吸空氣等用途的設計。

    活塞式壓縮機的配置可包括從 適用於低壓/小容量用途的單缸配置,到能壓縮至非常高壓力的多級配置。 在多級壓縮機中, 空氣被分級壓縮,逐級增大壓力。 

單級離心式制冷壓縮機的工作原理

 

單級離心式制冷壓縮機的工作原理與活塞式制冷壓縮機有根本的區別,單級離心式制冷壓縮機不是利用活塞在汽缸中壓縮制冷劑蒸氣使其容積減小的方式來提高其壓力,而是依靠制冷劑蒸氣本身的動能變化來提高其壓力。帶有后彎式葉片的工作輪(葉輪)緊裝在軸上,工作輪是離心式壓縮機的重要部件,因為只有通過它才能將能量傳給制冷劑蒸氣。為了防止漏氣,軸和機體之間有良好的軸封。機體上裝有固定的由葉片構成的擴壓器。從軸中心來看機體,它具有蝸牛殼的形狀,幫稱它為蝸殼。單級離心式制冷壓縮機的制冷劑蒸氣吸入口在軸中心的位置,而壓出口則在蝸殼的切線方向。
    單極離心式制冷壓縮機開動時(一般用電動機帶動),工作輪就高速成旋轉,后彎式葉片通道內的制冷劑蒸氣獲得動能也作旋轉運動。由于制冷劑蒸氣本身的慣性離心力作用,它就不斷地沿工作輪外緣的切線方向流出,流經擴壓器而入蝸殼,然后由壓出口排出。由于擴壓器是一個橫截面逐漸擴大的環形通道,所以當制冷劑蒸氣流過時,流速降低,壓力提高,變即為動能減少、靜壓能增加。當制冷劑蒸氣由擴壓器進入蝸殼內,由于蝸殼的截面積變隨氣流方向而逐漸擴大,因此制冷劑蒸氣流過蝸殼時,使流速進一步降低,而壓力得到進一步提高。顯然,擴壓器和蝸殼均為轉能裝置。
    與此同時,在工作輪中心,由于制冷劑蒸氣不斷流向工作輪外緣,因而形成一定的真空度,則將低壓制冷劑蒸氣從吸入管不斷吸入。以上所述,就是單級離心式制冷壓縮機不斷吸入低壓蒸氣和排出高壓蒸氣的工作原理。由于這種壓縮機只有一個工作輪,以及制冷劑蒸氣沿工作輪外緣的切線方向流出是靠其本身的慣性離心力作用,所以稱它為單級離心式制冷壓縮機。 

 

LPK-380系列空壓機變頻節能控制系統

 

節電空間分析

 

    各工、礦企業在選擇空壓機時,為了保證在任何情況下都能使生產正常進行,必須按照廠里的最大生產工況來設計空壓機的裝機容量,實際安裝的空壓機,由于種種原因,其額定供氣能力要比最大的用氣量大10%左右。而在實際生產過程中,絕大多數情況下只能用到額定供氣量的50%—60%,甚至更低。這一普遍現象造成了電能的嚴重浪費。

    為了減少電能浪費,同時保持供氣量與用氣量的平衡,不論是活塞式,還是螺桿式壓縮機,人們普遍在其中設置了加、卸載機構。加載時,空壓機向儲氣罐提供壓縮氣體;卸載時,空壓機不向儲氣罐提供壓縮氣體,處于“空轉”狀態。之所以空轉而不進入停止狀態,是為了避免帶載啟動時強大的電流沖擊和機械沖擊。

    加、卸載過程是交替進行的,加載期間,儲氣罐壓力在上升,卸載期間,儲氣罐壓力在下降,總體上儲氣罐的壓力曲線是“鋸齒”狀。為了保證生產正常進行,其最小壓力必須滿足一定要求,這個值我們用Pmin來表示,叫最小壓力。在加載過程結束轉入卸載狀態這一時刻,儲氣罐壓力最大,用Pmax來表示,叫最大壓力。一般情況下,Pmax、Pmin之間關系可以用下式來表示: 

Pmax=(1+δ)Pmin 

δ是一個百分數,其數值大致在15%~30%之間。也就是說,在氣壓上存在15-30%的浪費。這個浪費消耗的無疑是電量。縮短加、卸載時間,可以減小δ,但單位時間內的加、卸載次數必然增加,頻繁加、卸載的機械沖擊將嚴重縮短設備壽命。另外,頻繁加、卸載過程也要加大電能的消耗。

    以上所述的氣壓波動過程中存在的“富裕氣壓”,所浪費的電能約占空壓機總耗電量的10-15%。卸載期間電力消耗實際上是百分之百的浪費。空壓機卸載時的能耗約占全部能耗的5%~15%。

    以上分析的電能浪費,是空壓機節能改造的客觀基礎條件。很明顯在加、卸載供氣控制方式下,空壓機存在著一定的節能空間。

技術可行性分析

 

    目前,變頻器技術相當成熟。如果將空壓機在變頻狀態下運行,一是能做到恒壓供氣,避免氣壓波動造成的電能浪費;二是停用加、卸載控制,取消卸載運行模式,避免原來卸載期間的電力消耗。在變頻調速方案中,我們把儲氣罐壓力作為控制對象,通過壓力變送器將儲氣罐的壓力P轉變為電信號送給智能控制器,與用戶的壓力設定值進行比較運算,算法可采用PID控制模式,也可采用模糊控制技術。運算結果產生控制信號(電壓或電流)去控制變頻器運行,變頻器控制電機的工作頻率與轉速,從而使儲氣罐的實際壓力始終恒等于用戶設定的壓力。

    采用變頻調速方案后,空壓機電機從靜止到旋轉工作由變頻器來實現軟啟動,避免了啟動時對電網的電流沖擊和對空壓機的機械沖擊。

另外,采用變頻調速方案時,一是要保留原有系統的控制功能,兩種模式能互相切換,確保系統的可靠性。二是保留原有系統的保護功能,在變頻調速模式下,利用智能化控制的優勢,保護、預警、報警功能還可進一步加強。

 

整機測試試驗

 

工頻模式測試:

   上限壓力:5 Bar  下限壓力:3.5 Bar

   運行時間:3897s  停機時間:3520s

   運行頻率:50 HZ  耗用電量:2.025 KWH

   開機時間:7417

變頻模式測試:

   運行壓力:3.5 Bar  運行頻率:自動調節

   開機時間:7232s    耗用電量:1.8 KWH

應用效果

 

v 對實際應用中有加卸載裝置的大型空壓,節能率可達到15-20% ;

v 消除了傳統空壓機啟動和卸載非經濟運行時段,大幅度節約電能,穩定電網供電的同時,也有效的保護了電機和空壓機相關部件; 

v 減少設備磨損,延長了空氣壓縮機使用壽命;

v 根據現場用氣狀況,提供精確、穩定的供氣壓力,能很好的滿足生產工藝的需求,有利于提高產品的一致性和合格率,保證了產品質量;

v 全自動控制,操作簡便,完善的各項保護功能,無需專人看護;

v 根據現場實際用氣狀況,設備可以自行啟動或休眠,可常年自主工作.

 

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