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螺杆空压机变频节能的改造原理与应用

2020-02-09

螺杆式空压机广泛地用于工业生产中,在其控制中采用加载-卸载阀来控制空压机的供气。由于用气设备的工作周期或是生产工艺的差别,使得用气量发生波动,有时会造成空压机频繁加载、卸载。空压机卸载后电机仍然工频运转,不仅浪费电能而且增加设备的机械磨损;空压机加载过程是突然加载,也会对设备和电网造成较大的冲击。

因此对空压机进行变频改造具有改善电机的启动和运行方式、减少设备的机械磨损、在一定范围内节约电能等效果。

一、螺杆空压机的工作原理

以单螺杆空压机为例说明空气压缩机工作原理,如下图所示为单螺杆空气压缩机的结构原理图。螺杆式空气压缩机的工作过程分为吸气、密封及输送、压缩、排气四个过程。当螺杆在壳体内转动时,螺杆与壳体的齿沟相互啮合,空气由进气口吸入,同时也吸入机油,由于齿沟啮合面转动将吸入的油气密封并向排气口输送;在输送过程中齿沟啮合间隙逐渐变小,油气受到压缩;当齿沟啮合面旋转至壳体排气口时,较高压力的油气混合气体排出机体。

二、压缩气供气系统组成及空压机控制原理

●压缩气供气系统组成 工厂空气压缩气供气系统一般由空气压缩机、冷干机、过滤器、储气罐、管路、阀门和用气设备组成。

●空气压缩机的控制原理 在工厂的空气压缩机控制系统中,普遍采用后端管道上安装的压力继电器来控制空气压缩机的运行。空压机启动时,加载阀处于不工作态,加载气缸不动作,空压机头进气口关闭,电机空载启动。

当空气压缩机启动运行后,如果后端设备用气量较大,储气罐和后端管路中压缩气压力未达到压力上限值,则控制器动作加载阀,打开进气口,电机负载运行,不断地向后端管路产生压缩气。

如果后端用气设备停止用气,后端管路和储气罐中压缩气压力渐渐升高,当达到压力上限设定值时,压力控制器发出卸载信号,加载阀停止工作,进气口关闭,电机空载运行。

三、螺杆式空气压缩机变频改造空压机工频运行和变频运行的比较

空压机电机功率一般较大,启动方式多采用空载(卸载)星-三角启动,加载和卸载方式都为瞬时。这使得空压机在启动时会有较大的启动电流,加载和卸载时对设备机械冲击较大;不光引起电源电压波动,也会使压缩气源产生较大的波动;同时这种运行方式还会加速设备的磨损,降低设备的使用年限。

对空压机进行变频改造,能够使电机实现软起软停,减小启动冲击,延长设备使用年限;同时由于电机运行频率可变,实现了空压机根据用气量的大小自动调节电机转速,减少了电机频繁的加载和卸载,使得供气系统气压维持恒定,在一定程度上节约了电能。

空压机主电路和控制电路的变频改造:以某品牌空压机为例,该品牌型号的空压机采用星-三角启动方式,在主电路改造时,将变频器串接进原有的电源进线中;断开原加载阀控制回路,将原加载阀控制输出改为一个时间继电器JS,时间继电器的线圈一端与220V控制电路零线接通,另一端连接到PLC的加载输出点,将加载阀的一端直接和220V控制电路零线接通,另一端通过时间继电器JS的一对常开触点与220V控制电路火线接通,通过时间继电器延长加载时间。

变频器的正转信号端子FWD,通过电机主电路上的交流接触器KM1的一对常开触点,与变频器公共控制端CM接通。变频器的模拟量反馈信号C1和GND端子,与压缩气输送管路上的压力传感器相连接。

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