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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。螺杆式空气压缩机变频改造方案 一、 概述 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。空压机卸载后电机依然工频运转, 不但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进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。二、 螺杆式空压机的工作原理 以单螺杆空压机为例说明空气压缩机工作原理, 如图
2、1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。三、 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。如图2所示为压缩气供气系统组成示意图。、 空气压缩机的控制原理在工
3、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。图3为某品牌空气压缩机的系统原理图。四、 螺杆式空气压缩机变频改造 、 空压
4、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
5、空压机为例, 图4是其电路原理图。能够看出该品牌型号的空压机采用星-三角启动方式, 在其控制电路上有加载继电器。在主电路改造时, 将变频器串接进原有的电源进线中; 并适当修改控制回路, 实现变频器的启停。、 空压机变频改造后的启动和运行方式空压机变频改造后, 电机启动时原有的交流接触器依然由其控制PLC按星-三角方式动作, 但在交流接触器连接为星型时, 角形交流接触器的常开触点没有闭合, 变频器不启动、 无输出; 当PLC控制交流接触器转换为三角形接法后, 变频器开始空载变频启动电机。当变频器启动电机完成后, 变频器自动变频运行。五、 螺杆式空气压缩机变频改造后的工频运行在考虑变频器发生故障或
6、是检修时, 空压机能按原有的工频控制方式运行, 这保证了空压机在变频和工频状态下都能够运行, 也使得改造时能够不用重新编写PLC程序, 为此增加了一套工频、 变频自由切换电路, 以方便系统的切换。六、 螺杆式空气压缩机变频改造节能分析如式1所示拉力F与摩擦力F大小相等、 方向相反, 拉力F在时间T内拉动物体做直线运动, 移动位移S。拉力F在时间T内作的功率P为由数学知识可知线速度v和旋转角速度之间的关系如式2所示,式中f为旋转体的旋转频率。 将式2代入式1能够求得旋转物体摩擦阻力功率如式3所示由式3能够知道,克服旋转体的摩擦阻力使旋转体匀速转动,需要向旋转体提供的功率按式3公式计算( 忽略机械
7、效率损失, 认为为1) 。式3中F为旋转体的旋转摩擦阻力, r为旋转体的旋转半径, f为旋转体的旋转频率。因此我们能够在忽略空气压缩机机械效率损失, 同时忽略空压机机械效率因为电机转速变化而变化的情况下, 即始终认为空压机机械效率为1, 能够近似地认为变频器的输出功率与空压机电机的转速成正比, 即成一次方正比例关系。如图7所示是螺杆式空压机工频运行时的转速/功率-周期示意图。t1是空压机加栽运行时间, t2是空压机卸栽运行时间, 加栽/卸栽时的转速和功率分别为P1/n1和P2/n2。忽略空压机机械效率的变化, W1和W2分别为空压机加栽运行时间t1和卸栽运行时间t2中由电源输送给空压机电机的能
8、量。其中W1转换为压缩空气势能、 动能和热能等形式的能量, 供设备使用。而W2则转换为机械的摩擦热能和声音、 震动等形式的能量损失掉。因此螺杆式空压机经过变频改造后, 由于电机处于变速运行情况下, 而经过式3的推导知道电机的平均功率与电机的平均转速成一次方正比例关系。空压机变频改造后, 是根据用气系统的用气量恒压变流供气; 因此变频改造后, 空压机在周期T( t1+ t2) 内所作的功W, 等于同等工况下, 空压机工频运行时, 加载运行时间t1内所作的功W1。如图8所示。经过以上分析, 可知只要知道螺杆式空压机工频改造前卸载运行时间和卸载电流, 就能够大致计算出, 相同工况下变频改造后的节能功率和节能电量( 忽略机械效率的变化) 。
