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變頻調(diào)速技術(shù)在往復(fù)無油靜音空壓機上的應(yīng)用
昆山遠方機電設(shè)備有限公司 2016/9/19 9:25:32
該系統(tǒng)通過電位器調(diào)節(jié)設(shè)定壓力，并與來自遠傳壓力變送器的出口壓力信號（4～20 mA）一起送給PLC進行PID運算，比較結(jié)果輸出給變頻器，使其按照指令自動變頻調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速：當(dāng)出口壓力高于設(shè)定壓力時，頻率下降，電機減速出口壓力低于設(shè)定壓力時，頻率上升，電機加速。從而調(diào)整出口壓力自動跟蹤設(shè)定壓力，實現(xiàn)自動恒壓控制，保證系統(tǒng)穩(wěn)定和供氣質(zhì)量。
采用變頻調(diào)速技術(shù)，原系統(tǒng)中機械、管線等部分不必改動，僅需將供電回路中其中一臺機的降壓起動柜更換為變頻器柜，在主回路上增加兩臺機變頻工頻的互鎖即可完成，因此改造過程工作量不大。 在系統(tǒng)調(diào)試中值得注意的是，該壓縮機負載屬于恒轉(zhuǎn)矩負載范疇，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速過低而負載大（即管網(wǎng)壓力高）時，會出現(xiàn)電機出力不夠，電機抱死的情況，極易出現(xiàn)設(shè)備事故。因此，通過多次試驗，發(fā)現(xiàn)將下限頻率設(shè)定為15 Hz可穩(wěn)定工作。另外，為保證管網(wǎng)系統(tǒng)安全，管網(wǎng)回流閥應(yīng)適當(dāng)打開，以保證用氣量驟減時，管網(wǎng)壓力不會變得太高。 3系統(tǒng)節(jié)能效果經(jīng)濟指標(biāo)該系統(tǒng)改造投資共35萬元，已經(jīng)使用一年多。
公司根據(jù)用戶需要，先分別試供氣30 kPa、70 kPa、100 kPa等不同壓力狀況，工作均很平穩(wěn)。然后供氣100 kPa壓力工作了一年，頻率可保證在18 Hz以下，不僅滿足了壓力和供氣量要求，還充分體現(xiàn)了節(jié)能效果。 實踐證明，供氣量越小，節(jié)電效果越明顯。按現(xiàn)在工況，在略開回流閥時，供氣量1 200～1 300 h ，出口壓力100 kPa.為保證系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行，頻率略大于最低頻率限制15Hz ，保持在18 Hz左右，此時電流僅為100～ A ，而該系統(tǒng)工頻運行的空載電流為400 A左右，相比起來節(jié)能效果十分明顯。
工頻運行時功率約為235 .55 kW，變頻運行時功率約為65 .47 kW.按目前公司生產(chǎn)狀況，每天供按武漢平均電價0 .60元/ kWh計算，年節(jié)約電費49 .60萬元。收回成本時間為8 .5月。 4結(jié)語（1）變頻調(diào)速器可通過簡單設(shè)置參數(shù)實現(xiàn)電機寬范圍無級調(diào)速，使其在15～50 Hz穩(wěn)定運行，并實現(xiàn)電機軟起動，還可以提高功率因數(shù)。 （2）變頻調(diào)速閉環(huán)控制可使壓縮機電機輸出功率按照壓縮機所需的軸功率變動，節(jié)能效果明顯。 （3）變頻調(diào)速后，壓縮機轉(zhuǎn)速通?？偸窃诘陀陬~定轉(zhuǎn)速的情況運行（目前工況轉(zhuǎn)速僅為額定時的1/3），因此通過減小壓縮機的排氣量，使通過氣閥和管道的壓力損失減小，同時氣體在氣缸中冷卻作用得以加強，從而使功率消耗降低。 （4）轉(zhuǎn)速的降低使機械磨擦降低，減少了磨擦功耗，延長設(shè)備的使用壽命，同時減小了噪音，改善了工作環(huán)境。 （5）實現(xiàn)了壓力和流量的全自動控制，使系統(tǒng)控制簡單可靠，不僅使供氣質(zhì)量和管網(wǎng)運行安全性大大提高，還使操作異常簡單，減輕了操作人員的勞動強度。 （6）由于采用可編程控制器閉環(huán)控制轉(zhuǎn)速，控制精度可達到±1 ，安全穩(wěn)定運行的可靠性大為增強，并更加方便與用戶的費用結(jié)算。
變頻調(diào)速技術(shù)是80年代迅速發(fā)展起來的一種電機傳動調(diào)速和節(jié)能降耗技術(shù)，已廣泛地應(yīng)用于水泵、風(fēng)機、電梯等方面，具有提高控制水平，節(jié)能效果顯著等特點。燃氣熱力行業(yè)中，大量使用著各種無油靜音空壓機或鼓風(fēng)機。通常，總是根據(jù)最大的需求量進行機器選型和配置，而在實際運行中，用戶的要求往往會因種種原因而變化。如何使之既滿足用戶要求，又做到經(jīng)濟節(jié)能、使用安全、操作簡便一直是人們尋求的目標(biāo)。我公司制氣分廠煤氣壓送工段原裝備了羅茨風(fēng)機兩臺，單臺排氣量為2 400 /h ，可供壓力50 kPa 往復(fù)式無油靜音空壓機4臺，單臺排氣量前期調(diào)試階段，供氣壓力要求較小，僅30 kPa左右，供氣量為2 000～2 500 /h ，開羅茨風(fēng)機可基本滿足供氣壓力及流量的要求。當(dāng)供氣狀況波動較大時，用人工手動調(diào)節(jié)閥門控制回流量的辦法進行調(diào)節(jié)，致使誤差大時出口壓力可波動±5 kPa ，供氣質(zhì)量不能保證。
隨著生產(chǎn)的規(guī)范，要求提高壓力大流量穩(wěn)定供氣，必需啟用往復(fù)式煤氣壓縮機。但是，由于供氣量與壓縮機排氣量之間很難完全平衡，而人工調(diào)節(jié)回流量難以保證需求壓力與流量的穩(wěn)定，使得系統(tǒng)的如下弊病明顯突出：供氣量不大，使得煤氣反復(fù)壓送，運行效率低，耗費大量電能，增加費用使用旁通閥手動調(diào)節(jié)供氣量，工作量大，供氣壓力不易控制，供氣質(zhì)量差，系統(tǒng)安全性差。因此，對往復(fù)式壓縮機系統(tǒng)進行采用變頻調(diào)速技術(shù)改造。 2變頻調(diào)速節(jié)能原理與技術(shù)方案當(dāng)供氣量需要在單臺壓縮機額定排氣量以內(nèi)變動時，必須采用一定措施調(diào)節(jié)壓縮機排氣量，以使供需氣量平衡、輸配系統(tǒng)平衡運行。
對往復(fù)式壓縮機而言，調(diào)節(jié)排氣量的方法很多，但改變轉(zhuǎn)速的方法是最經(jīng)濟實用的。 采用打回流調(diào)節(jié)不能改變吸氣量，所以使壓縮機始終在滿負荷下運行，不能節(jié)能。而改變轉(zhuǎn)速，使壓縮機吸氣量發(fā)生變化，其功率消耗也隨之改變。 采用變頻調(diào)速技術(shù)使壓縮機實現(xiàn)變速調(diào)節(jié)成為可能，通過改變壓縮機電機轉(zhuǎn)速來改變壓縮機轉(zhuǎn)速，最終達到節(jié)能的目的。
根據(jù)生產(chǎn)狀況，在改造時將其中兩臺壓縮機改為一工頻一變頻，一用一備狀態(tài)。 在電氣控制線路設(shè)計方面，考慮到往復(fù)式壓縮機對潤滑及冷卻的特殊要求，全部保留了原系統(tǒng)的工藝聯(lián)鎖及事故停車部分控制線路，加入到變頻電氣系統(tǒng)中，以保證壓縮機的安全穩(wěn)定運行。由于無油靜音空壓機配用電機為10極280 kW異步電動機，與其配套的大型變頻器國內(nèi)尚無能力生產(chǎn)。因此，采用FRN280P94變頻器。根據(jù)系統(tǒng)需要另配了一臺ST 200可編程控制器PLC.并且此控制器采用的EPROM存貯器可存放2000步程序、注釋、參數(shù)等，存貯量大。在供氣管網(wǎng)入口處設(shè)置了壓力變送器，煤氣與熱力在控制系統(tǒng)中設(shè)置了一個PID閉環(huán)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，自動調(diào)節(jié)流量。