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安徽德沃機械有限公司

ANHUI DEWO MACHINERY CO.,LTD


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剖析空壓機余熱回收技術(shù)
2020-9-4
來源:未知
點擊數(shù):  5768        作者:未知
  • 空壓機節(jié)電系統(tǒng)

    一、應用背景:

    空氣壓縮機作為一種重要的動力形式,被廣泛應用于生活生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。其廣泛應用于機械,冶金,電子電力,醫(yī)藥,包裝,化工,食品,采礦,紡織,交通等眾多工業(yè)領(lǐng)域??諌簷C組是很多企業(yè)的必備動力設(shè)備,一般在設(shè)計空壓機的裝機容量時,由于不能排除空壓機在滿負荷狀態(tài)下長時間運行的可能性,所以只能按******需要來決定壓縮機的容量,設(shè)計余量一般偏大。

    二、工作原理

    目前市場上空壓機主要分為螺桿空壓機、活塞空壓機和離心式空壓機等,離心式空壓機主要應用于用氣量很大的場合,般企業(yè)應用很少?;钊娇諌簷C設(shè)備投資低,以往很多企業(yè)都采用,但是產(chǎn)氣效率較差,正連步被螺桿式空壓機所取代,螺桿式空壓機設(shè)備產(chǎn)氣效率高,主要分為有油和無油兩種,其中無油式空壓機應用在紡織、醫(yī)藥等特殊場合。下面我們就蝶桿式和活塞式分別作一下簡要介紹:

    1、螺桿式空壓機原理

    (1)吸氣過程:

    螺桿式的進氣側(cè)吸氣口.在設(shè)計時必項使壓縮室可以充分吸氣.而螺桿式壓縮機并無進氣與排“閩組,進氣只靠調(diào)節(jié)周的開啟,關(guān)團調(diào)節(jié), 當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,主副轉(zhuǎn) 子的齒溝空間在轉(zhuǎn)至進氣端味開口時,其空間******,此時轉(zhuǎn)子的內(nèi)溝空間與進中之自山空相通,因在排氣時齒溝之空氣被全數(shù)排出。排氣結(jié)束時,內(nèi)溝乃處于真寧狀態(tài):當轉(zhuǎn)到進氣口時,外界空氣即坡吸入沿軸向流入主麗轉(zhuǎn)了的費溝內(nèi)當空氣無滿蝦個由溝時,轉(zhuǎn)子之進氣側(cè)湖面轉(zhuǎn)離了機光之進"n,在內(nèi)溝向的空氣即被封閉。

    (2)封閉及輸送過程:

    主副兩轉(zhuǎn)子在吸氣結(jié)束時,其主副轉(zhuǎn)子齒峰會與機殼封閉,此時空氣在齒溝內(nèi)封閉不再外流,即[封閉過程].兩轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動,其齒峰與齒溝在吸氣端吻合,吻合面逐漸向排氣端移動。

    (3)壓縮及噴油過程:

    在輸送過程中,嚙合面逐漸向排氣端移動,亦即嚙合面與排氣口間的齒溝間漸漸減小,齒溝內(nèi)之氣體逐漸被壓縮,壓力提高,此即[壓縮過程]。而壓縮同時潤滑油亦因壓力差的作用而噴入壓縮室內(nèi)與室氣混合。

    (4)排氣過程:

    當轉(zhuǎn)子的嚙合端面轉(zhuǎn)到與機殼排氣相通時,(此時壓縮氣體之壓力******)被壓縮之氣體開始排出,直至齒峰與齒溝的嚙合面移至排氣端面,此時兩轉(zhuǎn)子嚙合面與機殼排氣口這齒溝空間為零,即完成(排氣過程),在此同時轉(zhuǎn)子嚙合面與機殼進氣口之間的齒溝長度又達到最長,其吸氣過程又在進行

    2、活塞空氣壓縮機工作原理

    在氣缸內(nèi)作往復運動的活塞向右移動時,氣缸內(nèi)活塞左腔的壓力低于大氣壓力p,吸氣閥開啟,外界空氣吸入缸內(nèi),這個過程稱為壓縮過程。當缸內(nèi)壓力高于輸出空氣管道內(nèi)壓力p后,排氣閥打開。壓縮空氣送至輸氣管內(nèi),這個過程稱為排氣過程?;钊耐鶑瓦\動是由電動機帶動的曲柄滑塊機構(gòu)形成的。曲柄的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為滑動活塞的往復運動?;钊娇諌簷C有多種結(jié)構(gòu)形式。按氣缸的配置方式分有立式、臥式、角度式、對稱平衡式和對置式幾種。按壓縮級數(shù)可分為單級式、雙級式和多級式三種。按設(shè)置方式可分為移動式和固定式兩種。按控制方式可分為卸荷式和壓力開關(guān)式兩種。其中,卸荷式控制方式是指當貯氣罐內(nèi)的壓力達到調(diào)定值時,空壓機不停止運轉(zhuǎn)而通過打開安全閥進行不壓縮運轉(zhuǎn)。這種空轉(zhuǎn)狀態(tài)稱為卸荷運轉(zhuǎn)。而壓力開

    關(guān)式控制方式是推當貯氣罐內(nèi)的壓力達到調(diào)定值時,空壓機自動停止運轉(zhuǎn)?;罴问娇諌簷C的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,使用壽命長,并且容易實現(xiàn)大容量和高壓輸出。缺點是振動大,噪聲大且因為排氣為斷續(xù)進行,輸出有脈沖,需要貯氣罐。

    三、存在問題

    1、能耗分析

    我們知道加、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是最低工作壓力值,即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。-股情況下,Pmax、Pmin之間關(guān)系可以用下式來表示:

    Pmax=(1+ 5 )Pmin

    8是一個百分數(shù),其數(shù)值大致在10%~25%之間。

    而若采用變頻調(diào)速技術(shù)可連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量的話,則可將管網(wǎng)壓力始終維持在能滿足最低工作壓力上,即Pmin附近。

    由此可知,在加、卸載供氣控制方式下的空壓機較之變頻系統(tǒng)控制下的空壓機,所浪費的能量主要在2個部分:

    a、 壓縮空氣壓力超過Pmin所消耗的能量

    b、在壓力達到 Pmin后,原控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升(直到Pmax).這一過程中必將會向外界釋放更多的熱量,從而導致能量損失。另一方面,高于Pmin的氣體在進入氣動元件前,其壓力需要經(jīng)過減壓潤減壓至接近Pmin.這過程同樣是一個耗能過程。

    2、卸載時調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量

    通常情況下,當壓力達到Pmax時,空壓機通過如下方法來降壓卸載:關(guān)閉進氣閥使電機處于空轉(zhuǎn)狀態(tài),同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空間放空。這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費。關(guān)閉進氣閥使電機空轉(zhuǎn)雖然可以使空壓機不需要再壓縮氣體作功,但空壓機在空轉(zhuǎn)中還是要帶動螺桿或者活塞做回轉(zhuǎn)運動,據(jù)我們測算,空壓機卸栽時的能耗約占空壓機滿載運行時的10%~ 15%(這還是在卸載時間所占比例不大的情況下)。換言之.該空壓機10%的時間處于空載狀態(tài),在作無用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下,空壓機電機存在很大的節(jié)能空間。

    3、其它不足之處

    (1)靠機械方式調(diào)節(jié)進氣閥,使供氣量無法連續(xù)調(diào)節(jié),當用氣量不斷變化時,供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動。用氣精度達不到工藝要求。再加上頻繁調(diào)節(jié)進氣閥,會加速進氣閥的磨損,增加維修量和維修成本。

    (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。一般的工礦企業(yè)空壓機-直都是全速運行,正常情況空壓機設(shè)計時將這部分多余的能星通過溢壓閥放掉了溢壓閥放的能量越多,那么浪費的電能就越多:新型的空壓機雖已采用自動控制當氣樂到達設(shè)定值時通過調(diào)節(jié)進氣量來調(diào)整做功量,當?shù)竭_******設(shè)定值時關(guān)閉進氣閥讓電機空轉(zhuǎn),這樣雖可節(jié)約一部分電能,但據(jù)我們實測,空轉(zhuǎn)時的電流只是降到打壓時的一半電流(如一臺55KW空壓機打壓時電流為100A到120A,空轉(zhuǎn)時電流也有60A左右) ,都存在電能的巨大浪費。

    四、改造方案

    空氣壓縮機恒壓供氣智能控制系統(tǒng)是由變頻器、壓力傳感器、智能控制器控制單元、軟件控制單元等組成。此控制系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器檢測到的空壓機出口的壓力值,通過智能控制器進行計算,然后輸出信號調(diào)整變頻器輸出頻率,進而控制壓縮機轉(zhuǎn)速,在精確地控制空壓機出口的壓力的同時,延長壓縮機系統(tǒng)的使用壽命,并大幅度地節(jié)約電能。

    我們可以把管網(wǎng)壓力作為控制對象,壓力變送器YB將儲氣罐的壓力P轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒oPID智能儀表,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控制模式進行運算,產(chǎn)生控制信號送變頻調(diào)速器VVVF,通過變頻器控制電機的工作頻率與轉(zhuǎn)速,從而使實際壓力P始終接近設(shè)定壓力PO:同時,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系統(tǒng),另外,采用該方案后,空壓機電機從牌止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來啟動,實現(xiàn)了軟啟動,避免了啟動沖擊電流和啟動給空壓機帶來的機械沖擊。

    空壓機余熱回收技術(shù)

    由于用氣量的不斷變化,氣罐里的壓力也會變化頻繁。采用變頻調(diào)速系統(tǒng)用調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的方法來調(diào)整壓縮機的供氣量。使氣罐內(nèi)的氣壓始終保持在理想的狀態(tài)下,由于空壓機基本上屬于恒轉(zhuǎn)矩負載,用變頻調(diào)速的方法調(diào)整供氣量能使電機的輸出功率基本與轉(zhuǎn)速(供氣量)成正比關(guān)系,達到很好的節(jié)電效果。由于空壓機在啟動時,內(nèi)部有少量的滯留氣壓,啟動和加減速運行時要求變頻器反應快速,因此,調(diào)節(jié)方式采用閉環(huán)自動調(diào)節(jié),控制系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器檢測到空壓機出口的壓力信號值,經(jīng)過A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換單元的信號轉(zhuǎn)換后,通過智能控制器和變頻器調(diào)整壓縮機電機的轉(zhuǎn)速,保證電機以最小的功率輸出。

    空壓機節(jié)電控制系統(tǒng)與空壓機原控制系統(tǒng)互為備用,兩套系統(tǒng)之間存在互鎖關(guān)系,以確??諌簷C正常、安全運行

    五、節(jié)電原理

    我們知道,用調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的方法同樣可以調(diào)整供氣量。由于空壓機基本上屬于恒轉(zhuǎn)矩負載,用變頻調(diào)速的方法調(diào)整供氣量能使電機的輸出功率基本與轉(zhuǎn)速(供氣量)成正比關(guān)系,達到很好的節(jié)電效果。

    空壓機余熱回收技術(shù)

    我們采用具有矢量控制功能的富士變頻器(或由用戶指定品牌的變頻器),可使電機在低速時也能提供滿足負載需要的轉(zhuǎn)矩。同時,富士變頻器的自動節(jié)電模式,可使電機在滿足負載轉(zhuǎn)矩要求下以最小電流運行,達到更好的節(jié)電效果。

    進氣口調(diào)節(jié)方式耗用

    變頻調(diào)速耗用功率

    Q (流量)

    50% 100%圖6功率-流量曲線圖

    總之,采用空壓機節(jié)電控制系統(tǒng)后,不但可節(jié)約15 35%的電 力費用,延長壓縮機的使用壽俞,并可實現(xiàn)“恒壓供氣”的目的,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

    六、改造后性能1、節(jié)約能源:

    變頻器控制壓縮機與傳統(tǒng)控制的壓縮機比較,能源節(jié)的是最有實際意義的。根據(jù)壓縮空氣雷求量來供給的壓縮機工作是經(jīng)濟的運行狀態(tài),節(jié)省電費約15 -35%2間,運行成本降低

    傳統(tǒng)壓縮機的運行成本由三項組點:初始采購成本、維護點本和能要成本。其中能源成本大約占壓縮機運行成本的77%.通過能源成本降低25%,再加上變領(lǐng)起動后對設(shè)備的沖擊減少。維護和維修量也跟隨降低,所以運行成本將大大降低。

    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。使壓縮機的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣盤相匹配。變頻控制壓縮機的輸出氣量隨著電機轉(zhuǎn)速的改變而改變。由于變頻控制電機速度的精度提高,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.Zbar范圍內(nèi)有效地提高了工況的質(zhì)量。

    4、延長壓縮機的使用壽命:

    變頻器從0Hz起動壓縮機,它的起動加速時間可以調(diào)整,從而減少起動時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊,增強系統(tǒng)的可靠性,使壓縮機的使用壽命延長。此外,變頻控制能夠減少機組起動時電流波動,這-波動電流會影響電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電,變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到最低程度。

    5、降低了空壓機的噪音:

    根據(jù)壓縮機的工況要求,變頻調(diào)速改造后,電機運轉(zhuǎn)速度明顯減慢,因此有效地降了空壓機運行時的噪音?,F(xiàn)場測定表明,噪音與原系統(tǒng)比較下降約3至7分貝。

    6、系統(tǒng)穩(wěn)定性能更強:

    保存原軟啟動系統(tǒng),本控制系統(tǒng)的變頻-工頻切換功能可以使變頻控制系統(tǒng)發(fā)生故障時將壓縮機電機切換到原軟啟動系統(tǒng)工頻工作,以確保壓縮機組可以正常工作。

    空壓機主機節(jié)電已經(jīng)被很多工業(yè)企業(yè)所采用。節(jié)電效果一般在15%~35%,節(jié)電率高并提高供氣質(zhì)量。但是由于它特殊的力矩特性及復雜的電路系統(tǒng),只有少數(shù)技術(shù)公司才能完全掌握。

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