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变频调速技术在活塞式空压机上的应用

发布人:广东省节能服务中心 杨凡 发布时间:2008-12-13 10:45:40

一、项目的由来
  珠海经济特区玻璃纤维企业有限公司动力车间,拥有三台活塞式空压机,为全厂提供压缩空气,是重要的动力来源。我们知道如果在空压机进气管路上装上节流阀,调节时节流阀逐渐关闭,使进气受到节流,压力降低,也就是使压力系数lp减小,由排气量公式:
Q=p/4D2Slplvltlln
  可知,当改变了lp时,排气量Q也就随之变化。同时,我们也注意到多级压缩机采用节流进气调节,将引起级间压力重新分配,致使活塞力均匀性受到破坏,同时使末级的排气温度升高,甚至超过许用温度。因此,调节范围受到限制,经济性比较差,再加之设备使用年限久,所以,各种气阀、活塞环、导向环等部件容易损坏,维修费时、费工,使正常的生产受到影响。1999年4月,我们与该公司经过充分地协商,决定采用闭环控制方式,对原空压机系统进行恒压供气改造。改造结果证明:系统供气的精度得到了提高,故障率大幅度下降,并取得了一定的节能效果,达到了预期的目的。
二、系统改造前的状况
· 原系统输出压力在0.6~0.75MPa之间波动。
· 加载时间85秒,电流115安培;卸载时间35秒,电流5安培。
· 压力波动对管网冲击大,加载/卸载时噪音大。
· 开环控制,不能保证控制精度。
· 起动电流大。
· 输出气压大于0.75MPa时,自动打开泄载阀,造成能源浪费。
三、系统改造后的期望指标
· 空压机输出压力必须控制在(0.6±0.05)MPa范围内。
· 软起动方式。
· 分段运行控制。
· 油温、压力报警功能。
· 能与原操作系统切换;与备用机组切换。
四、系统方案的设计
· 理论依据
  从空压机排气量公式可知,汽缸的面积和长度基本是不变的,唯有系数lp、lv、lt、ll及转速n的调节,才能有效地调整排气量Q。前面说过各种系数的变化范围有限,这样看来,理想的调节方式就是改变转速n。连续的转速调节,优点在于气量调节连续,调节工况比功率消耗小,压缩机各级压力比保持不变,压缩机上不需要设置专门的调节机构,转速降低后,气阀和管路中的压力损失少,气体在汽缸中的热交换改善,单位气体量的功耗降低,各种易损件的寿命延长。
2、系统采用SIEMENSMIDI MASTER75KW变频器为执行机构,SIEMENS6ES7 214-1BC01-0XB0可编程序控制器(PLC)为控制单元,用KYB600G08AM/1Y0Y工业压力变送器对压力信号采样,反馈给PXW9智能调节仪(PID)。此信号在PID内与工艺设定信号进行叠加和运算后,作为变频器的运行给定信号。如图一所示。
 
三、控制系统软件的实现
  控制程序框图如图二所示。当系统准备条件就绪时,(无故障,卸荷阀关闭,各种压力正常,刀闸开关已选择好),就可以启动运行。因为整个系统是一个快速响应过程,所以采用PI算法控制。当过程变量(PV)大于设置值(SP)时,PID输出模拟的信号减小,变频器减速运行;反之,PID输出的摸拟信号增大,变频器加速运行。如果系统压力超过PID内置上限,变频器又转到上限频率运行。
四、系统的调试和运行
  99年4月底,开始了空压机系统的调试和试运行。变频器下限频率定在20HZ,上限设为50HZ,工作压力定在0.6Mpa。经过一段时间的运行,取得了以下的效果:
1、运行转速降低近50%
改造前为工频运行,压缩机转速为501转/分,改造后测定正常情况下,运行转速为268转/分,即可满足供气要求。
它使:a设备寿命延长:
活塞环:改造前,平均寿命为50天,改造后,已使用110天未更换(其中含50天全速运行),阀片冲击声消除。
b噪音降低,优化了工作环境。
2、供气压力稳定
改造前罐压力设定在0.60加载,0.75卸载,改造后,工作压力设定在0.60Mpa。稳定时,压力偏差0.01MPa。
3节电效果
电表对该站用电量的记录为:
改造前的4月份为45878KW.h,改造后的6月份为40645KW.h,节电5233KW.h/月。(这是由改造的1#机所得)
五、存在问题及解决办法
改造后,运行转速大降低,这样就出现了油压降低及马达散热条件恶化使马达运行温度升高的两大问题:
1、油压问题
原系统技术要求:正常压力在0.18-0.20MPa。改造后,油压在0.8-0.1之间。经调整减压阀后,油压可保持在0.12MPa。
经测定主轴外表温度,改造前为52℃,改造后(在0.1MPa下),主轴外表温度为45℃,温度低于改造前,说明能满足润滑条件。
2、马达温升问题
改造前测得的温度为48℃,改造后测得的温度最高为68℃。
查机械手册(92年版)第五册,B级绝缘,最高温度为130℃,温升为90℃;
马达的运行温度比改造前上升了20℃,但仍在允许范围,无需加强制冷却风机。
六、结论
  改造后,经一年多的连续运行,证明变频器性能稳定,系统能达到恒压运行,设备寿命延长,运行噪音降低,大大减少了设备的停机维修时间,取得了预期的目的。
参考文献:《交流调速系统》刘竞成上海交通大学出版社
〈机械手册〉92年版机械工业出版社
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