【壓縮機(jī)網(wǎng)】我公司在生產(chǎn)中需要大量的壓縮空氣來(lái)供給噴氣織機(jī)使用，而這些壓縮空氣都需要空氣壓縮機(jī)(以下簡(jiǎn)稱空壓機(jī))來(lái)供應(yīng)。生產(chǎn)中要求壓縮空氣的供應(yīng)連續(xù)穩(wěn)定，但生產(chǎn)車間效率忽高忽低，用氣量不穩(wěn)定，因此5臺(tái)250kW的空壓機(jī)必須連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。4臺(tái)空壓機(jī)長(zhǎng)期加載運(yùn)行，1臺(tái)空壓機(jī)加卸載運(yùn)行。針對(duì)現(xiàn)有空壓機(jī)系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，我公司對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了變頻改造，具體方案如下。

　　空壓機(jī)工作原理及存在問(wèn)題

　　空壓機(jī)是由一對(duì)相互平行嚙合的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，實(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮和排氣的過(guò)程。空壓機(jī)的主電機(jī)為250kW，運(yùn)行方式為星-角形減壓起動(dòng)，即按下啟動(dòng)按鈕，電機(jī)開始星形減壓起動(dòng)，這時(shí)進(jìn)氣閥門關(guān)閉，而放氣閥門打開以排放油氣分離器內(nèi)的壓力；延時(shí)10s后，空壓機(jī)從星形自動(dòng)改接成角形運(yùn)行，此時(shí)進(jìn)氣閥門打開，機(jī)組滿載運(yùn)行。若所需氣量低于額定排氣量，排氣壓力上升；超過(guò)設(shè)定的壓力z*大值時(shí)，進(jìn)氣閥門關(guān)閉，油氣分離器放氣，則空壓機(jī)卸載運(yùn)行；當(dāng)壓力下降到z*小壓力值時(shí)，則進(jìn)氣閥門打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，空壓機(jī)加載運(yùn)行。

　　以上系統(tǒng)在運(yùn)行中存在著以下問(wèn)題：

　?。?）能耗大?？諌簷C(jī)的加卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在z*小值和z*大值之間來(lái)回變化，當(dāng)壓力達(dá)到z*大值時(shí)，空壓機(jī)通過(guò)關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過(guò)放氣閥放出，造成能量浪費(fèi)；另外，空壓機(jī)在空載時(shí)還是要帶動(dòng)螺桿做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，空壓機(jī)卸載時(shí)的能耗約為滿載運(yùn)行時(shí)的40%，就是說(shuō)空壓機(jī)在卸載運(yùn)行時(shí)消耗了一定的能量卻在做無(wú)用功。

　?。?）當(dāng)噴氣織機(jī)開車效率低時(shí)，用氣量減少，空壓機(jī)卸載時(shí)間長(zhǎng)，造成能源浪費(fèi)。這段時(shí)間若改為休眠控制，其節(jié)能收益可觀。

　?。?）靠周期性地開關(guān)進(jìn)氣閥，使系統(tǒng)無(wú)法連續(xù)供氣，當(dāng)用氣量不斷變化時(shí)，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)，用氣精度難以滿足工藝要求。再加上系統(tǒng)在運(yùn)行中頻繁調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥和放氣閥，會(huì)加速進(jìn)氣閥和放氣閥的磨損，增加維修成本。

　?。?）主電機(jī)在工頻啟動(dòng)時(shí)，對(duì)啟動(dòng)設(shè)備的沖擊大，電機(jī)軸承的磨損大，設(shè)備維修量大。

　?。?）主電機(jī)雖然星-角形減壓?jiǎn)?dòng)，但啟動(dòng)時(shí)的電流仍然很大，會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其他用電設(shè)備的運(yùn)行安全。周期性的加卸載同樣會(huì)使電流波動(dòng)大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

　　噴氣織機(jī)用壓縮空氣節(jié)能控制原理

　　1、系統(tǒng)組成

　　隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和成熟，變頻調(diào)速器逐漸得到推廣和應(yīng)用，為此，我們成功的將EV2000型變頻器和PLC、人機(jī)界面連接在一起，對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行休眠和PD控制。由壓力傳感器、PLC、變頻器、人機(jī)界面、變頻器輸入輸出電抗器等組成壓力閉環(huán)和休眠控制系統(tǒng)，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　壓力傳感器P：采集空氣壓縮機(jī)出口管道的壓力信號(hào)，24V直流電源把壓力傳感器的阻值轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)，輸出給PLC。

　　PLC:接收壓力傳感器的信號(hào)，進(jìn)行內(nèi)部比較，如果壓力信號(hào)大于z*高壓力設(shè)定，則輸出信號(hào)給變頻器，使變頻器帶動(dòng)空壓機(jī)休眠停車；如果壓力信號(hào)小于z*低壓力設(shè)定，則變頻器由休眠轉(zhuǎn)為PD閉環(huán)運(yùn)行。

　　EV2000型變頻器：接收PLC的信號(hào)進(jìn)行PD閉環(huán)控制或休眠停機(jī)，設(shè)定z*低運(yùn)行頻率為20Hz。EV2000型變頻器實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)，符合通用變頻器高性能化的趨勢(shì)，具有優(yōu)秀的防跳閘性能和適應(yīng)惡劣電網(wǎng)、溫度和粉塵的能力。再加上輸入、輸出電抗器的抗干擾設(shè)備，減少了變頻器對(duì)電網(wǎng)的干擾。

　　人機(jī)界面：可設(shè)定系統(tǒng)z*高壓力值、z*低壓力值，并顯示實(shí)際管道的實(shí)際壓力值。

　　電鈴：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障停車，管道壓力低于0.6MPa時(shí)，電鈴報(bào)警。

　　系統(tǒng)組成示意圖見(jiàn)圖1。

　　2、變頻器的PD運(yùn)行

　　在空壓機(jī)出氣管道處安裝壓力傳感器，用來(lái)獲得所需要的電流信號(hào)，賦予PLC。經(jīng)過(guò)PLC比較，若處于0.6MPa～0.7MPa，當(dāng)系統(tǒng)用氣量小時(shí)，空壓機(jī)出口的壓力升高，傳感器的電流值增加，變頻器與設(shè)定值比較后得到偏差ε，ε經(jīng)過(guò)PD調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)后使輸出的頻率逐漸變小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，排氣量減少；當(dāng)系統(tǒng)用氣量大時(shí)，系統(tǒng)壓力逐漸降低，變頻器輸出頻率升高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，排氣量增大，滿足系統(tǒng)用氣量要求；當(dāng)供氣量與用氣量基本持平時(shí)，變頻器就會(huì)以該點(diǎn)的頻率運(yùn)行，空壓機(jī)一直運(yùn)行于z*經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)。改造前后系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)比見(jiàn)圖2。

　　3、PLC控制變頻器休眠階段

　　若噴氣織機(jī)開車效率低，用氣量小時(shí)，變頻器運(yùn)行頻率逐步下降，當(dāng)降到20Hz時(shí)(設(shè)定變頻器z*低運(yùn)行頻率為20Hz)頻率不再下降，這時(shí)車間用氣量仍然沒(méi)有提高，則空壓機(jī)側(cè)的壓力會(huì)逐步升高。當(dāng)升高到設(shè)定值0.7MPa，則傳感器采取管道的壓力信號(hào)賦予PLC，PLC把傳感器的信號(hào)進(jìn)行比較。若壓力信號(hào)高于0.7MPa，則PLC的Y0輸出信號(hào)給變頻器的多功能端子X(jué)1使變頻器休眠；若壓力信號(hào)低于0.6MPa時(shí)，PLC的Y0端子停止輸出，變頻器由休眠狀態(tài)進(jìn)入PD閉環(huán)運(yùn)行階段。改造前后系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)比見(jiàn)圖3。

　　系統(tǒng)調(diào)試

　　根據(jù)工藝要求、電機(jī)參數(shù)、負(fù)載特性設(shè)置變頻器的參數(shù)，進(jìn)行工頻試運(yùn)行。觀察變頻器頻率上升時(shí)的情況、設(shè)備運(yùn)行聲音是否正常、空壓機(jī)的壓力上升是否正常，如一切正常則改換恒壓PD閉環(huán)控制。觀察變頻器的頻率上升與下降速度，使其與空壓機(jī)壓力的升降相匹配。變頻器PD運(yùn)行時(shí)，壓力振蕩控制在0.02MPa。注意機(jī)器共振點(diǎn)，將共振點(diǎn)附近的頻率跳過(guò)去。在人機(jī)界面設(shè)定z*低壓力值和z*高壓力值，若系統(tǒng)達(dá)到z*高壓力值時(shí)，變頻器休眠運(yùn)行；達(dá)到z*低壓力值時(shí)，變頻器啟動(dòng)空壓機(jī)進(jìn)行PD閉環(huán)運(yùn)行。

　　在調(diào)試變頻器時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：

　?。?）變頻器的啟動(dòng)時(shí)間。

　?。?）PD閉環(huán)控制時(shí)，調(diào)節(jié)比例增益和積分增益使其變化平穩(wěn)，減小壓力波動(dòng)，使壓力平穩(wěn)。

　?。?）如果變頻器對(duì)其他設(shè)備的干擾很大，則可將其載波頻率調(diào)低，但這樣會(huì)使電機(jī)的噪聲增大。

　　（4）因變頻器帶動(dòng)的是普通異步電動(dòng)機(jī)，所以變頻器在低頻運(yùn)行時(shí)要注意電動(dòng)機(jī)的溫度。

　　空壓機(jī)變頻改造后的效益

　　1、節(jié)約能源

　　變頻器控制空壓機(jī)是根據(jù)生產(chǎn)中空氣量的需求來(lái)給定的，減少了空載時(shí)的無(wú)用功，節(jié)約了電能。

　　從上述數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)通過(guò)改造，其節(jié)電效果十分明顯。如果空壓機(jī)工作時(shí)間每年按350天來(lái)計(jì)算，則每年可節(jié)電8.4×105kW·h。

　　2、提高壓力控制精度

　　變頻控制具有精確的壓力控制能力，使空壓機(jī)的空氣壓力輸出與用氣設(shè)備所需的氣量相匹配，變頻控制空壓機(jī)的輸出氣量隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而改變。變頻器控制電機(jī)速度的精度提高，可以使儲(chǔ)氣罐中的壓力保持在0.7MPa左右，減少了壓力波動(dòng)。若噴氣織機(jī)開車效率低用氣量小時(shí)，還可使空氣壓縮機(jī)自動(dòng)停車，待壓力低時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。

　　3、延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命

　　變頻器的軟啟動(dòng)可以減少啟動(dòng)時(shí)對(duì)空壓機(jī)電器部件和機(jī)器部件的沖擊,增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性,延長(zhǎng)使用壽命。

　　4、保證電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行

　　由于頻繁的加卸載運(yùn)行，電流波動(dòng)較大，這一波動(dòng)電流影響電網(wǎng)的用電質(zhì)量，而變頻器PD閉環(huán)控制則避免了這項(xiàng)缺陷。

　　結(jié)論

　　噴氣織機(jī)用壓縮空氣的節(jié)能改造不僅保證了生產(chǎn)，而且節(jié)約了大量的電力資源。當(dāng)前的能源緊缺已成為我們不得不面對(duì)的現(xiàn)實(shí)，生產(chǎn)型企業(yè)通過(guò)有效提高生產(chǎn)效率、改進(jìn)工藝、節(jié)能降耗從而降低生產(chǎn)成本，已經(jīng)成為企業(yè)生存發(fā)展的重要因素。