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天津赛瑞公司空压机异步伺服节能改造

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天津赛瑞公司空压机异步伺服节能改造


天津赛瑞公司空压机异步伺服节能改造

空压机工作原理

螺杆空压机


空压机的工作原理是由一对相互平行啮合的阴阳转子(或称螺杆)在气缸内转动,使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化,空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧,从而实现空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端,阴转子的槽及阳转子齿被主电机驱动而旋转。

  

活塞式空压机

传动装置带动曲柄连杆机构做往复运动,从一侧吸气,另一侧压缩输出高压气体。吸入侧阀门在活塞缸容积扩大时打开,而排气侧则在此时关闭,曲柄运动到位,推动活塞缩小气缸容积时吸气侧阀门关闭,排气侧阀门打开,这样压缩气体被排出。周而复始达到压缩其他提高压力的目的。


 

1.2、原空压机系统工况的问题分析 

 分析结果:

A. 空压机加卸载频繁,且加卸载电流相差很大,每次加卸载都对电网有很大的冲击。

B. 正常启动,启动电流大,严重影响电网的稳定及其他设备的运行安全;

C. 工频启动对设备的冲击较大,各部件如电磁阀的动作频率高,设备维护费用相对高;

D. 经常的加载和卸载导致整个管网压力不稳定,影响气动设备的稳定性能;

E. 主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。

二、异步伺服应用在空压机上的优势

2.1、节能

控制系统可以比较准确地根据用气系统的需求来控制空压机的输出,达到节约能源的目的:

① 驱动器的软启动功能,使空压机的启动电流<2倍额定电流,

② 空压机加载时,因供气量的变化而改变电机转速,加载电流始终在额定电流以内,而不会冲高;

③ 当用气量极小时,空压机卸载或休眠,空压机在空载状态时电机能耗也大大降低;

④ V&T驱动器启动迅速,可以快速脱离休眠进入加载状态,保证供气压力高于最低值(空压机的下限压力)。

2.2、降低维护成本

采用异步伺服控制系统,空压机的软启动减少了对部分电气部件和机械部件的冲击。正常运转时,转速大部分时间低于额定转速,加载电流低于工频加载电流,因此螺杆机头的寿命明显延长。

2.3、降低噪声

当排气量减少时,电机运转速度减慢,空压机发出的噪声比全速运行时的噪声大大减少,改善了操作工的工作环境,有利于环保与保护员工健康。

2.4、输出压力稳定

用气量缓慢变化时可保持输出压力上下波动±0.01Mpa

三、运用中应考虑的问题

3.1、温升

主电机温升:采用异步伺服控制后,供气能力随需求自动调整,转速根据反馈压力信号进行PID调整,电机转速降低后,电机要保持足够的输出力矩,所以电机输出电流和高速时并没有太大变化,根据公式Q=P(1-η)=I2R计算电机发热量,R是电机内阻,I是电机电流,在转速降低后,电流I基本没什么减小,所以其发热就没有减小。而很多空压机电机是靠尾部风扇散热。所以转速降低散热效果变差,当转速降低太多后,温升过高将烧坏电机绕组。所以在改造时必须设置电机最低转速,变频器具有这一功能。控制电机转速过低还有另一重考虑,过低转速提供不了足够转矩及推动力时将导致系统内润滑油从进气口喷出,造成污染。依据现场经验10%额定转速以上时不会发生喷油。综合电机温升的考虑,实际往往设置在20Hz以上,25Hz甚至30Hz以上。一般设置在20~25Hz即可。

 

 

冷却系统温升:

空气冷却方式:

一些空压机的冷却系统风扇采用与主电机同轴连接,这时冷却器的散热效果随转速降低会有下降。此类空压机为保证散热可加独立散热系统,若不便于加装冷却风扇,则要保证电机足够的转速,可设置驱动器输出频率下限为30Hz以上。对于一些国外品牌的空压机,如:寿力空压机,要求转速高于额定的55%,否则油压不足,导致润滑油不能进入冷却器冷却,会造成机头温度过高。此时宜设置频率下限为30Hz以上。下限设置的越高对散热越好,但会影响节能空间。

3.2、设备润滑

对于有油润滑的空压机,保证回转部件的足够润滑,才能保证系统的寿命,设备应注意维护,定期更换润滑油,滤清器。有足够的油压才能保证良好的润滑,合适的油温润滑效果才最佳,所以需要保证油压和油温。另一路直接进入回转部件润滑。油压0.2Mpa。转速降低工作缸发热降低,机体散热比例提高。水冷正常流量带走的热量比例增加。工作缸会比按比例系数乘工频温升算得的温度要低。

3.3、水电气线路

水路:异步伺服改造基本不用动系统的冷却水循环系统。

电路:异步伺服改造需要修改空压机部分控制线路和动力电部分。安装时需要分开布线。交叉处以垂直通过为佳。信号线使用屏蔽线效果更好。

气路:需要增加压力传感器采样点,宜在空压机输出側增加,采用三通兼容原传感器安装。

3.4、安全防护

驱动器及其控制柜宜安装在空压机附近,无滴水,少灰尘的地方。保持良好通风。安装工变频转换控制及隔离开关,方便维修。

四、设备指标

4.1压力稳定:正常供气,气罐出口压力波动±0.05MPa

4.2、控制方式:具备节电、市电两套控制方案,可根据需要切换;

4.3、灵活性:检测跟踪管网气压

4.4、可靠性:任何1台设备损坏后,可修改为工频运行,保证供气能力;

4.5、可维护性:节电控制的空压机损坏后,切换到市电,可对节电隔离;

4.6、启动能力:启动电流<2倍额定电流,休眠后再启动时间短,补气迅速,保证最低工作压力;

 

采用V5-IS驱动器可以实现以上要求,改造后不影响原空压机控制器的使用,可使用原操作界面,不改变工人使用习惯。需要在压缩空气总管路上安装一只压力变送器,输出420mA信号反馈至控制器,与压力设定值进行比较,经PID运 算输出控制信号给控制器,调节电机的转速及空压机的加卸载,维持压力,以达到恒压供气的目的。                                     

节能率估算及经济效益分析

     天津赛瑞机器现有空压机如下表

品牌

数量

型号

功率

备注

阿特拉斯.科普

3

GA250-8.5

250kw

用1备2

 

    空压机功率:250kw,节能率估算: 30%以上

1. 250 KW×20小时/×312天/×0.8(平均负载率)=1248000KWH

2. 压机机节电率可达30%,电费价格为0.75/KWH

3. 空压机每年可节电电费:1248000KWH×300.75/KWH=280800

4.空压机系统经过节能改造后,每年合计节电量为1248000 KWH,节约电费 280800

六、总结: 

供气系统空压机采用V5-IS系列异步伺服驱动器,由压力传感器检测产出气压,变送数字信号反馈到驱动器,经过内部PID功能运算,实现供气的连续调节,保证管网压力稳定,使管网压力始终保持恒定的设定压力。从而达到了空压机的节能降耗和提高供气质量的目的,同时实现了控制过程的自动化,并且对空压机进行了超压、过载、过流、欠压等自动报警保。

 

 


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