英格索兰空压机专家分析变频器在空气压缩机节能改造中的应用

发布日期:2018-07-18 15:51:00

一、概述

      空压机是一种把空气压入储气罐中,使之保持一定压力的机械设备。空压机根据机械工作方式的不同有活塞式空压机、螺杆式空压机、离心式空压机,但所有空压机的控制方式几乎都是采用加载、卸载控制方式。当压力达到设定上限时关阀,压缩机进入轻载运行,当压力降到设定下限时开阀,压缩机进入满载运行。为保证设备系统用气,空压机压缩气体压力在设定上下限之间来回变化,空压机电机频繁加载、卸载工作。在满载时接近电动机的额定电流,卸载运行后电动机的运行电流约为额定电流的 30%--50%,卸载后的运行电流针对空压机设备不是做有用功,而是在机械额定转速下的空转损耗。同时机械调节装置虽然也能起到压力调节作用,但压力调节精度低、压力波动大。压缩机总是在额定转速下工作,机械磨损大、电耗高。

英格索兰空压机专家分析变频器在空气压缩机节能改造中的应用

 

二、空压机变频节能改造原理

    根据空气压缩理论,压缩机的轴功率、排气量和轴转速符合下列公式: N=Mr*n/9553(KW)

式中:N--压缩机的轴功率(KW)

Mr--压缩机输入的平均轴转矩(N.m) n--压缩机的轴转速(r/min)

Vd1=K*Vh1*n2(m3/min) Vd1--在n2 转速下的排气量(m3/min)

K--与气缸容积、压力、温度和泄露有关的系数Vh1--一级缸容积(m3)

n2--调节后的压缩机转速(r/min)

    根据上述理论分析,在空气压缩机的气缸容积不能改变的情况条件下,只有调节压缩机的转速才能改变压缩机的排气量;空气压缩机是恒转矩负载,压缩机的轴功率与转速成正比变化。在压缩机总排气量大于总用气量时,通过降低压缩机转速调节供气压力,是达到压缩机经济运行的有效方法。

 

    所以可以在空气压缩机控制系统中采用变频器对主电机进行调速控制,利用变频技术改变空压机的转速来调节管道中的流量,以取代卸载、加载阀门的调节方式,具有无极调速、更容易实现自动控制对流量的平稳调节,不改变设备结构、安装量小,同时还能取得明显的节能效果,一般节电率都在 30%以上,变频器的软启动功能减少启动冲击并延长机组及管组的使用寿命。

 

三、空压机变频节能改造方案及实施

     在中铁某建设项目中,现场使用多台空压机。电机额定功率132KW/2极,额定电流:288A,额定转速:2960转。原系统采用KAITEC 人机连接MAM-KY02S 空压机控制器,PLC 实现系统星-三角降压启动及加载、卸载工作。

 

    按用户要求采用某系列的变频器对空压机进行节能改造,在实现不影响原系统正常运行的情况下另外加装变频控制。原系统与变频系统使用手动切换互为备用。在空压机输出供气主管道上加装压力变送器,作为变频压力检测反馈单元。在原系统控制回路中串入“工/变频转换开关”、“工频(KM1)/变频(KM4)互锁触点”及保证变频运行时完成电机三角形接发的辅助触点。

 

    系统在工作时如果选择“工频运行”,变频输出接触器KM4 与KM1 互锁保持断开状态,采用系统原有的操作方法及流程启动运行设备满足生产需求。如果选择“变频运行”,原系统主回路接触器 KM1 与KM4 互锁保持断开,同时KM4、KM3 闭合为变频运行做好准备, 然后启动变频运行,变频器按照设定压力进行 PID 闭环恒压运行。变频运行状态下系统的设定压力及压力上下限设定值必须在工频运行加载/卸载压力值之内,且要有一定差值,避免变频运行过程中系统有加载/卸载动作,从而保证系统在变频运行下的压力稳定。

 

四、空压机变频节能改造效果及效益分析

 1、整个改造装置不改变原有空压机控制原理,空压机原系统保护装置有效。工/变频采用电气回路多级互锁,大大提高了系统的安全性、可靠性;

 

2、变频工作时系统压力、温度、报警等工艺参数均在原系统的人机界面上正常显示,不影响操作人员操作习惯;

 

3、变频改造后,由于变频器的软起动性能,避免了系统加载、卸载的电流冲击,空压机自身的震动、噪声、机械冲击也都大大降低;

 

4、变频控制使空压机具有更精确的压力控制能力,与用户系统所需气量相匹配,有效降低系统损耗,提高工况质量;

 

5、变频控制电路简单明了,系统维修量大大降低,有效的延长了空压机的使用寿命;

 

6、节能效果显著,在保证管网供气的情况下,设备运行电流大大降低,基本不出现满载现象,一般运行在 40HZ 左右,节电率在 20%以上。

 

五、结束语

     综上所述,由于空压机可以在保证生产所需要的最低压力下运行,使用变频器压力 PID闭环控制,实现空压机的供气压力与转速的动态匹配,降低电机的实际输入功率达到节能目的。即电机的转速由供气压力来控制,压缩机需要多大的功率,电机就输出多大的功率,从而取得良好的节能效果。同时空压机停止了卸载空转状态,电机不存在轻载空转运行,这部分能量更可观。变频控制的空压机供气压力稳定,通过压力变送器可控制空压机在设定的压力下工作,压力稳定可靠性高,调控方便。由此可见,空压机变频改造具有极大的节电效率和利益空间。