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變頻調(diào)速技術(shù)在往復(fù)無油靜音空壓機(jī)上的應(yīng)用
昆山遠(yuǎn)方機(jī)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(yuǎn)傳壓力變送器的出口壓力信號(hào)（4～20 mA）一起送給PLC進(jìn)行PID運(yùn)算，比較結(jié)果輸出給變頻器，使其按照指令自動(dòng)變頻調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速：當(dāng)出口壓力高于設(shè)定壓力時(shí)，頻率下降，電機(jī)減速出口壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，頻率上升，電機(jī)加速。從而調(diào)整出口壓力自動(dòng)跟蹤設(shè)定壓力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jī)械、管線等部分不必改動(dòng)，僅需將供電回路中其中一臺(tái)機(jī)的降壓起動(dòng)柜更換為變頻器柜，在主回路上增加兩臺(tái)機(jī)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(jī)負(fù)載屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載范疇，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速過低而負(fù)載大（即管網(wǎng)壓力高）時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電機(jī)出力不夠，電機(jī)抱死的情況，極易出現(xiàn)設(shè)備事故。因此，通過多次試驗(yàn)，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(shí)，管網(wǎng)壓力不會(huì)變得太高。 3系統(tǒng)節(jié)能效果經(jīng)濟(jì)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(shí)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(shí)，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(yùn)行，頻率略大于最低頻率限制15Hz ，保持在18 Hz左右，此時(shí)電流僅為100～ A ，而該系統(tǒng)工頻運(yùn)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(yùn)行時(shí)功率約為235 .55 kW，變頻運(yùn)行時(shí)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(jià)0 .60元/ kWh計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)49 .60萬元。收回成本時(shí)間為8 .5月。 4結(jié)語（1）變頻調(diào)速器可通過簡(jiǎn)單設(shè)置參數(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)寬范圍無級(jí)調(diào)速，使其在15～50 Hz穩(wěn)定運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟起動(dòng)，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(jī)電機(jī)輸出功率按照壓縮機(jī)所需的軸功率變動(dòng)，節(jié)能效果明顯。 （3）變頻調(diào)速后，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速通常總是在低于額定轉(zhuǎn)速的情況運(yùn)行（目前工況轉(zhuǎn)速僅為額定時(shí)的1/3），因此通過減小壓縮機(jī)的排氣量，使通過氣閥和管道的壓力損失減小，同時(shí)氣體在氣缸中冷卻作用得以加強(qiáng)，從而使功率消耗降低。 （4）轉(zhuǎn)速的降低使機(jī)械磨擦降低，減少了磨擦功耗，延長設(shè)備的使用壽命，同時(shí)減小了噪音，改善了工作環(huán)境。 （5）實(shí)現(xiàn)了壓力和流量的全自動(dòng)控制，使系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單可靠，不僅使供氣質(zhì)量和管網(wǎng)運(yùn)行安全性大大提高，還使操作異常簡(jiǎn)單，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)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(dá)到±1 ，安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性大為增強(qiáng)，并更加方便與用戶的費(fèi)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(jī)傳動(dòng)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(jī)、電梯等方面，具有提高控制水平，節(jié)能效果顯著等特點(diǎn)。燃?xì)鉄崃π袠I(yè)中，大量使用著各種無油靜音空壓機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)。通常，總是根據(jù)最大的需求量進(jìn)行機(jī)器選型和配置，而在實(shí)際運(yùn)行中，用戶的要求往往會(huì)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(jì)節(jié)能、使用安全、操作簡(jiǎn)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(jī)兩臺(tái)，單臺(tái)排氣量為2 400 /h ，可供壓力50 kPa 往復(fù)式無油靜音空壓機(jī)4臺(tái)，單臺(tái)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(jī)可基本滿足供氣壓力及流量的要求。當(dāng)供氣狀況波動(dòng)較大時(shí)，用人工手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門控制回流量的辦法進(jìn)行調(diào)節(jié)，致使誤差大時(shí)出口壓力可波動(dòng)±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(jī)。但是，由于供氣量與壓縮機(jī)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(yùn)行效率低，耗費(fèi)大量電能，增加費(fèi)用使用旁通閥手動(dòng)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(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)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(tái)壓縮機(jī)額定排氣量以內(nèi)變動(dòng)時(shí)，必須采用一定措施調(diào)節(jié)壓縮機(jī)排氣量，以使供需氣量平衡、輸配系統(tǒng)平衡運(yùn)行。
對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)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(jì)實(shí)用的。 采用打回流調(diào)節(jié)不能改變吸氣量，所以使壓縮機(jī)始終在滿負(fù)荷下運(yùn)行，不能節(jié)能。而改變轉(zhuǎn)速，使壓縮機(jī)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(jī)實(shí)現(xiàn)變速調(diào)節(jié)成為可能，通過改變壓縮機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到節(jié)能的目的。
根據(jù)生產(chǎn)狀況，在改造時(shí)將其中兩臺(tái)壓縮機(jī)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(jì)方面，考慮到往復(fù)式壓縮機(jī)對(duì)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(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于無油靜音空壓機(jī)配用電機(jī)為10極280 kW異步電動(dòng)機(jī)，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(tái)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(gè)PID閉環(huán)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，自動(dòng)調(diào)節(jié)流量。