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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(lái)源:未知
點(diǎn)擊數:  4796        作者:未知
  • 空壓機節電系統

    一、應用背景:

    空氣壓縮機作為一種重要的動(dòng)力形式,被廣泛應用于生活生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節。其廣泛應用于機械,冶金,電子電力,醫藥,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(dòng)力設備,一般在設計空壓機的裝機容量時(shí),由于不能排除空壓機在滿(mǎn)負荷狀態(tài)下長(cháng)時(shí)間運行的可能性,所以只能按******需要來(lái)決定壓縮機的容量,設計余量一般偏大。

    二、工作原理

    目前市場(chǎng)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(chǎng)合,般企業(yè)應用很少?;钊娇諌簷C設備投資低,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,螺桿式空壓機設備產(chǎn)氣效率高,主要分為有油和無(wú)油兩種,其中無(wú)油式空壓機應用在紡織、醫藥等特殊場(chǎng)合。下面我們就蝶桿式和活塞式分別作一下簡(jiǎn)要介紹:

    1、螺桿式空壓機原理

    (1)吸氣過(guò)程:

    螺桿式的進(jìn)氣側吸氣口.在設計時(shí)必項使壓縮室可以充分吸氣.而螺桿式壓縮機并無(wú)進(jìn)氣與排“閩組,進(jìn)氣只靠調節周的開(kāi)啟,關(guān)團調節, 當轉子轉動(dòng)時(shí),主副轉 子的齒溝空間在轉至進(jìn)氣端味開(kāi)口時(shí),其空間******,此時(shí)轉子的內溝空間與進(jìn)中之自山空相通,因在排氣時(shí)齒溝之空氣被全數排出。排氣結束時(shí),內溝乃處于真寧狀態(tài):當轉到進(jìn)氣口時(shí),外界空氣即坡吸入沿軸向流入主麗轉了的費溝內當空氣無(wú)滿(mǎn)蝦個(gè)由溝時(shí),轉子之進(jìn)氣側湖面轉離了機光之進(jìn)"n,在內溝向的空氣即被封閉。

    (2)封閉及輸送過(guò)程:

    主副兩轉子在吸氣結束時(shí),其主副轉子齒峰會(huì )與機殼封閉,此時(shí)空氣在齒溝內封閉不再外流,即[封閉過(guò)程].兩轉子繼續轉動(dòng),其齒峰與齒溝在吸氣端吻合,吻合面逐漸向排氣端移動(dòng)。

    (3)壓縮及噴油過(guò)程:

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

    (4)排氣過(guò)程:

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

    2、活塞空氣壓縮機工作原理

    在氣缸內作往復運動(dòng)的活塞向右移動(dòng)時(shí),氣缸內活塞左腔的壓力低于大氣壓力p,吸氣閥開(kāi)啟,外界空氣吸入缸內,這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為壓縮過(guò)程。當缸內壓力高于輸出空氣管道內壓力p后,排氣閥打開(kāi)。壓縮空氣送至輸氣管內,這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為排氣過(guò)程?;钊耐鶑瓦\動(dòng)是由電動(dòng)機帶動(dòng)的曲柄滑塊機構形成的。曲柄的旋轉運動(dòng)轉換為滑動(dòng)活塞的往復運動(dòng)?;钊娇諌簷C有多種結構形式。按氣缸的配置方式分有立式、臥式、角度式、對稱(chēng)平衡式和對置式幾種。按壓縮級數可分為單級式、雙級式和多級式三種。按設置方式可分為移動(dòng)式和固定式兩種。按控制方式可分為卸荷式和壓力開(kāi)關(guān)式兩種。其中,卸荷式控制方式是指當貯氣罐內的壓力達到調定值時(shí),空壓機不停止運轉而通過(guò)打開(kāi)安全閥進(jìn)行不壓縮運轉。這種空轉狀態(tài)稱(chēng)為卸荷運轉。而壓力開(kāi)

    關(guān)式控制方式是推當貯氣罐內的壓力達到調定值時(shí),空壓機自動(dòng)停止運轉?;罴问娇諌簷C的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單,使用壽命長(cháng),并且容易實(shí)現大容量和高壓輸出。缺點(diǎn)是振動(dòng)大,噪聲大且因為排氣為斷續進(jìn)行,輸出有脈沖,需要貯氣罐。

    三、存在問(wèn)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(lái)回變化。Pmin是最低工作壓力值,即能夠保證用戶(hù)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(lái)表示:

    Pmax=(1+ 5 )Pmin

    8是一個(gè)百分數,其數值大致在10%~25%之間。

    而若采用變頻調速技術(shù)可連續調節供氣量的話(huà),則可將管網(wǎng)壓力始終維持在能滿(mǎn)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控制下的空壓機,所浪費的能量主要在2個(gè)部分:

    a、 壓縮空氣壓力超過(guò)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(huì )繼續上升(直到Pmax).這一過(guò)程中必將會(huì )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(jìn)入氣動(dòng)元件前,其壓力需要經(jīng)過(guò)減壓潤減壓至接近Pmin.這過(guò)程同樣是一個(gè)耗能過(guò)程。

    2、卸載時(shí)調節方法不合理所消耗的能量

    通常情況下,當壓力達到Pmax時(shí),空壓機通過(guò)如下方法來(lái)降壓卸載:關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機處于空轉狀態(tài),同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過(guò)放空間放空。這種調節方法要造成很大的能量浪費。關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機空轉雖然可以使空壓機不需要再壓縮氣體作功,但空壓機在空轉中還是要帶動(dòng)螺桿或者活塞做回轉運動(dòng),據我們測算,空壓機卸栽時(shí)的能耗約占空壓機滿(mǎn)載運行時(shí)的10%~ 15%(這還是在卸載時(shí)間所占比例不大的情況下)。換言之.該空壓機10%的時(shí)間處于空載狀態(tài),在作無(wú)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能空間。

    3、其它不足之處

    (1)靠機械方式調節進(jìn)氣閥,使供氣量無(wú)法連續調節,當用氣量不斷變化時(shí),供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)。用氣精度達不到工藝要求。再加上頻繁調節進(jìn)氣閥,會(huì )加速進(jìn)氣閥的磨損,增加維修量和維修成本。

    (2)頻繁采用打開(kāi)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,正常情況空壓機設計時(shí)將這部分多余的能星通過(guò)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(dòng)控制當氣樂(lè )到達設定值時(shí)通過(guò)調節進(jìn)氣量來(lái)調整做功量,當到達******設定值時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣閥讓電機空轉,這樣雖可節約一部分電能,但據我們實(shí)測,空轉時(shí)的電流只是降到打壓時(shí)的一半電流(如一臺55KW空壓機打壓時(shí)電流為100A到120A,空轉時(shí)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。此控制系統根據壓力傳感器檢測到的空壓機出口的壓力值,通過(guò)智能控制器進(jìn)行計算,然后輸出信號調整變頻器輸出頻率,進(jìn)而控制壓縮機轉速,在精確地控制空壓機出口的壓力的同時(shí),延長(cháng)壓縮機系統的使用壽命,并大幅度地節約電能。

    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轉變?yōu)殡娦盘査徒oPID智能儀表,與壓力設定值P0作比較,并根據差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運算,產(chǎn)生控制信號送變頻調速器VVVF,通過(guò)變頻器控制電機的工作頻率與轉速,從而使實(shí)際壓力P始終接近設定壓力PO:同時(shí),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,另外,采用該方案后,空壓機電機從牌止到旋轉工作可由變頻器來(lái)啟動(dòng),實(shí)現了軟啟動(dòng),避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給空壓機帶來(lái)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(huì )變化頻繁。采用變頻調速系統用調整電機轉速的方法來(lái)調整壓縮機的供氣量。使氣罐內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矩負載,用變頻調速的方法調整供氣量能使電機的輸出功率基本與轉速(供氣量)成正比關(guān)系,達到很好的節電效果。由于空壓機在啟動(dòng)時(shí),內部有少量的滯留氣壓,啟動(dòng)和加減速運行時(shí)要求變頻器反應快速,因此,調節方式采用閉環(huán)自動(dòng)調節,控制系統根據壓力傳感器檢測到空壓機出口的壓力信號值,經(jīng)過(guò)A/D模擬數字轉換單元的信號轉換后,通過(guò)智能控制器和變頻器調整壓縮機電機的轉速,保證電機以最小的功率輸出。

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

    五、節電原理

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

    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(hù)指定品牌的變頻器),可使電機在低速時(shí)也能提供滿(mǎn)足負載需要的轉矩。同時(shí),富士變頻器的自動(dòng)節電模式,可使電機在滿(mǎn)足負載轉矩要求下以最小電流運行,達到更好的節電效果。

    進(jìn)氣口調節方式耗用

    變頻調速耗用功率

    Q (流量)

    50% 100%圖6功率-流量曲線(xiàn)圖

    總之,采用空壓機節電控制系統后,不但可節約15 35%的電 力費用,延長(cháng)壓縮機的使用壽俞,并可實(shí)現“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、節約能源:

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

    傳統壓縮機的運行成本由三項組點(diǎn):初始采購成本、維護點(diǎn)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(guò)能源成本降低25%,再加上變領(lǐng)起動(dòng)后對設備的沖擊減少。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(hù)空氣系統所需的氣盤(pán)相匹配。變頻控制壓縮機的輸出氣量隨著(zhù)電機轉速的改變而改變。由于變頻控制電機速度的精度提高,所以它可以使管網(wǎng)的系統壓力變化保持在3pisg變化范圍也就是0.Zbar范圍內有效地提高了工況的質(zhì)量。

    4、延長(cháng)壓縮機的使用壽命:

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

    5、降低了空壓機的噪音:

    根據壓縮機的工況要求,變頻調速改造后,電機運轉速度明顯減慢,因此有效地降了空壓機運行時(shí)的噪音?,F場(chǎng)測定表明,噪音與原系統比較下降約3至7分貝。

    6、系統穩定性能更強:

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

    空壓機主機節電已經(jīng)被很多工業(yè)企業(yè)所采用。節電效果一般在15%~35%,節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,只有少數技術(shù)公司才能完全掌握。

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