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螺杆式空壓機節能改造論文

發布時間 2014-10-24

空壓機的電機參數為:額定功率75KW,額定轉速2970r/min,額定電流134A。空壓機24小時工作,有加載與卸載,加載做有用功,卸載做無用功,加載與卸載電機轉速不變。工頻運行:用氣量大時加載時間為52秒,卸載時間為50秒;用氣量小時加載時間為42秒,卸載時間為80 秒;加載時電機線電流最大為140A,線電壓為390V;卸載時電機線電流最小為55A,線電壓為395V。 空壓機氣壓範圍設定在0.55Mpa~0.72Mpa之間,低於0.55Mpa時加載,高於0.72Mpa時卸載。

根椐以上數據分析,該空壓機節電空間很大,天天看影院首先給該公司製定的改造方案是恒壓供氣,控製方式為:用變頻器控製空壓機電機的轉速高低,從而把氣壓穩定在0.55Mpa~0.58Mpa之間。設定變頻器頻率特性曲線:0.55Mpa對應45Hz,0.58Mpa對應38Hz,即儲氣罐壓力從0.55Mpa升至0.58Mpa,電機頻率從45Hz以平滑曲線降至38Hz,如壓力從0.58Mpa降至0.55Mpa,電機頻率從38Hz以平滑曲線升至45Hz,成反作用工作。這樣儲氣罐氣壓始終維持在0.55Mpa~0.58Mpa之間,不會超過0.72Mpa,空壓機一直處於加載狀態,不卸載。節電率計算:工頻工作與變頻工作都以最大用氣量計算,以1小時工作時間為基準,功率因數忽略不計。工頻運行——加載時間t1=3600÷(52+50)×52≈1835秒,卸載時間t2=3600÷(52+50)×50≈1765秒。加載用電量W1=1.732UIt1/3600000=1.732×390×140×1835÷3600000≈48.2KW·H,卸載用電量W2=1.732UIt2/3600000=1.732×395×55×1765÷3600000≈18.4KW·H,總用電量W前=W1+W2=48.2+18.4=66.6KW·H。變頻運行——總用電量W後=1.732UIt/3600000=1.732×315×102×3600÷3600000≈55.6KW·H。節電率ξ=(W前–W後)÷W前×100%=(66.6–55.6)÷66.6×100%≈16.5%。

由於空壓機一直在加載,潤滑油溫度相對來說比有卸載時要高出5~10℃(有卸載時油溫最高為85℃,無卸載時油溫最高為95℃),這是弊端一;弊端二是螺杆長期處於負荷工作,必定會縮短其使用壽命,增加維修成本,電機同理,也會縮短其使用壽命。

為了解決以上兩個弊端,天天看影院通過討論、研究與摸索,製定了第二套方案:智能供氣。同樣是用變頻器控製空壓機電機的轉速高低,但控製方式有很大差別。即空壓機加載時給變頻器一個信號,讓電機處於45Hz高頻運行,空壓機卸載時再給變頻器一個信號,讓電機處於5Hz(甚至更低)低頻運行。

要達到智能供氣這個要求,中間涉及到幾個問題。如果空壓機卸載時電機正處於5 Hz運行中,當儲氣罐壓力低於0.55Mpa時突然加載,電機頻率在加載的一瞬間是處於5 Hz運行的,低轉速下重負載,這樣電流在這一瞬間波動很大,對電機線圈勢必有損傷。為了解決這個問題,天天看影院在儲氣罐上安裝了一個電接點壓力表,壓力表壓力下限調節為0.6Mpa,空壓機卸載時,壓力從0.72Mpa慢慢往下降,當降到0.6Mpa時,電接點觸點接通,又給變頻器一個信號(給定變頻器40Hz頻率),讓其在0.6Mpa這個點上開始升頻,當電機頻率升至40Hz時,儲氣罐壓力差不多已降到0.55Mpa,這時電機轉速比較高,空壓機開始加載的話,電流波動範圍很小,對電機線圈就不會有損傷了。為了達到最佳節能效果,天天看影院在控製方式上進行了進一步的優化,因為在0.6Mpa這個點上從5Hz升到40Hz所需要的時間不好控製。如果把變頻器加速時間設定為12秒(即變頻器從0Hz升到50Hz所需要的時間),車間用氣量小時,儲氣罐壓力從0.6Mpa降到0.55Mpa可能需要15秒鍾,那麽中間差不多有6秒鍾電機是處於40 Hz高頻運行,這6秒鍾就會浪費部分電能,車間用氣量大時,儲氣罐壓力從0.6Mpa降到0.55Mpa可能隻需要7秒鍾,那麽電機頻率還沒到40Hz就開始加載了,電流波動照樣比較大。要能達到儲氣罐壓力從0.6Mpa降到0.55Mpa所用的時間與變頻器頻率從5Hz升到40Hz所用的時間同步的話,那是最節能的。為此天天看影院增設了一個壓力傳感器,空壓機卸載時,讓變頻器在0.6Mpa這個壓力點上的升頻幅度由模擬量控製。當壓力降到0.6Mpa時,電接點觸點接通,給變頻器一個信號切換到模擬量控製頻率,加載時再把變頻器切換到數字量控製頻率。設定變頻器頻率特性曲線:0.55Mpa對應40Hz,0.6Mpa對應5Hz,即空壓機卸載時,儲氣罐壓力從0.6Mpa降至0.55Mpa,電機頻率從5Hz以平滑曲線升至40Hz,這樣不管車間用氣量是大是小,壓力降得快頻率就升得快,壓力降得慢頻率就升得慢,從而實現了同步,達到最佳節能狀態。

第二套方案工作數據:用氣量大時加載時間為78秒,卸載時間為54秒;用氣量小時加載時間為51秒,卸載時間為80 秒;電機加載時線電流最大為149A,線電壓為345V;電機卸載時線電流最小為54A,線電壓為43V。潤滑油溫度加載時最高隻有80℃(工頻運行時最高為85℃),卸載時最低隻有65℃(工頻運行時最低為75℃),溫度在原來基礎上有很大改善。卸載時電機處於低頻5Hz運行,速度相當慢,螺杆磨損減少,反而提高了其使用壽命,電機同理,也提高了其使用壽命,同時工作噪音在原來基礎上也降低了很多,這樣即節能又降損耗,一舉兩得。

第二套方案節電率計算:同樣以最大用氣量計算,1小時工作時間為基準,功率因數忽略不計。加載時間t1=3600÷(78+54)×78≈2127秒,卸載時間t2=3600÷(78+54)×54≈1473秒。加載用電量W1=1.732UIt1/3600000=1.732×345×149×2127÷3600000≈52.6KW·H,卸載用電量W2=1.732UIt2/3600000=1.732×43×54×1473÷3600000≈1.7KW·H,總用電量W後=W1+W2=52.6+1.7=54.3KW·H。節電率ξ=(W前–W後)÷W前×100%=(66.6–54.3)÷66.6×100%≈18.5%。

總結:第二種方案是針對有些公司用氣量比較少,空壓機卸載時間比較長的場合采用最為節能。如空壓機卸載時間非常短(隻有10秒左右),最好采用第一種方案才節能。還有一種情況就是生產用氣量波動非常大的場合,卸載時間有時很長,有時又很短,這樣可以把第一種方案與第二種方案結合起來用,用氣量大時自動切換到第一種方案,用氣量小的時候自動切換到第二種方案,實時監控智能控製。 

 

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