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一、導(dǎo)言
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，與工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的技術(shù)也在飛速發(fā)展。一旦出現(xiàn)新的技術(shù)和設(shè)備，它們將迅速?gòu)V泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。情況就是這樣。如今，空氣壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。例如，在金屬包裝行業(yè)，負(fù)責(zé)為生產(chǎn)線上的所有氣動(dòng)元件（包括各種氣動(dòng)閥）提供氣源；因此，其運(yùn)行直接影響生產(chǎn)線的高效運(yùn)行。空氣壓縮機(jī)有很多種，但幾乎都是加載和卸載控制。
比如某廠活塞式空壓機(jī)、螺桿式空壓機(jī)、螺桿式空壓機(jī)都采用這種控制方式。根據(jù)我們多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，這種送風(fēng)控制方式雖然原理簡(jiǎn)單，易于操作，但存在能耗高、進(jìn)氣閥易損壞、送風(fēng)壓力不穩(wěn)定等諸多問(wèn)題。隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，高效低耗的技術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。能否將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空壓機(jī)供氣領(lǐng)域，以節(jié)約電能，提高空壓機(jī)性能和供氣質(zhì)量，已成為我們關(guān)注的話題。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，我們選擇了固定螺桿式空氣壓縮機(jī)進(jìn)行研究。
二、空壓機(jī)裝卸氣供氣控制方式介紹
在這里，我們將根據(jù)固定螺桿式空氣壓縮機(jī)的電氣控制原理圖，簡(jiǎn)單介紹一下裝卸氣源的控制方式。
當(dāng)我們運(yùn)行設(shè)備時(shí)，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，sb2和kt1線圈通電，它們的瞬時(shí)閉合和延遲斷開(kāi)動(dòng)觸點(diǎn)閉合。當(dāng)km4和km6線圈通電時(shí)，壓縮機(jī)電機(jī)開(kāi)始Y形啟動(dòng)。此時(shí)進(jìn)氣控制閥yv2電動(dòng)操作，控制氣體從小儲(chǔ)氣罐釋放到進(jìn)氣門(mén)活塞腔內(nèi)，關(guān)閉進(jìn)氣門(mén)，輕載啟動(dòng)壓縮機(jī)。當(dāng)kt2到達(dá)設(shè)定時(shí)間(一般5秒后)時(shí)，其延時(shí)動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，延時(shí)動(dòng)閉合觸點(diǎn)閉合，斷電后km6線圈釋放，km5線圈通電，空壓機(jī)電機(jī)自動(dòng)由Y形變?yōu)槿切?。此時(shí)yv2斷電，儲(chǔ)氣罐釋放的控制氣體被切斷，進(jìn)氣閥全開(kāi)，機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行。(注意:進(jìn)氣控制閥yv2僅在啟動(dòng)時(shí)工作，而卸載控制閥yv1在啟動(dòng)后工作)。
如果所需氣體量低于額定排氣量，排氣壓力將上升。當(dāng)它超過(guò)設(shè)定的最小壓力值pmin(也稱為加載壓力)時(shí)，壓力調(diào)節(jié)器將動(dòng)作以將控制氣體輸送到進(jìn)氣閥。進(jìn)氣閥中的活塞會(huì)部分關(guān)閉進(jìn)氣閥，減少進(jìn)氣量，使氣體供應(yīng)和消耗達(dá)到平衡。當(dāng)管道壓力繼續(xù)上升超過(guò)壓力調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)(sp2)設(shè)定的最大壓力值pmax(也稱為卸載壓力)時(shí)，壓力調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，電磁閥yv1斷電。這樣控制氣體直接進(jìn)入進(jìn)氣閥，完全關(guān)閉進(jìn)氣口；同時(shí)，排氣閥在控制氣體的作用下打開(kāi)，釋放分離罐內(nèi)的壓縮空氣。當(dāng)管道壓力降至pmin以下時(shí)，壓力調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)sp2復(fù)位(閉合)，yv1通電。此時(shí)，通向入口閥和排氣閥的控制氣體被切斷。這樣，所有入口閥再次打開(kāi)，排氣閥關(guān)閉，機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行。
三、裝卸氣供氣控制方式存在的問(wèn)題
1.能耗分析
我們知道，加卸載的控制方式使得壓縮氣體的壓力在PMIN和PMAX之間來(lái)回變化。Pmin是最低壓力值，即能保證用戶正常工作的最低壓力。通常，pmax和pmin之間關(guān)系可以由下面的公式表示:
pmax=(1+δ)pmin
δ是一個(gè)百分比，其值大致在10%-25%之間。
如果變頻調(diào)速技術(shù)能連續(xù)調(diào)節(jié)送風(fēng)量，管網(wǎng)壓力就能一直維持在能滿足送風(fēng)量的工作壓力，即pmin附近。
因此，與變頻系統(tǒng)控制的空壓機(jī)相比，裝卸氣控制方式下的空壓機(jī)浪費(fèi)能量主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:
(1)壓縮空氣壓力超過(guò)pmin消耗的能量。
壓力達(dá)到pmin后，原控制方式?jīng)Q定壓力繼續(xù)上升(直到pmax)。在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)有更多的熱量釋放到外界，造成能量損失。另一方面，高于pmin的氣體壓力需要在進(jìn)入氣動(dòng)部件之前通過(guò)減壓閥降低到接近pmin。這個(gè)過(guò)程也是一個(gè)能量消耗的過(guò)程。
(2)卸載過(guò)程中不合理的調(diào)整方法所消耗的能量。
通常情況下，當(dāng)壓力達(dá)到pmax時(shí)，空氣壓縮機(jī)可以通過(guò)以下方法減壓卸載:關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)空轉(zhuǎn)，通過(guò)排空閥排空分離罐內(nèi)多余的壓縮空氣。這種調(diào)節(jié)方法會(huì)造成能源的極大浪費(fèi)。雖然關(guān)閉進(jìn)氣閥，讓電機(jī)空轉(zhuǎn)可以使空壓機(jī)不需要再壓縮氣體做功，但空壓機(jī)在空轉(zhuǎn)時(shí)仍然需要驅(qū)動(dòng)螺桿做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)我們的計(jì)算，空壓機(jī)卸載時(shí)的能耗約占空壓機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行的10% ~ 15%(這還是在卸載時(shí)間占較小比例的情況下)。換句話說(shuō)，空氣壓縮機(jī)有10%的時(shí)間是空閑的，什么都不做。顯然，在裝卸送風(fēng)的控制模式下，空壓機(jī)的電機(jī)有很大的節(jié)能空間。
2.其他缺點(diǎn)
(1)用機(jī)械方法調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，使供氣不能連續(xù)調(diào)節(jié)。當(dāng)耗風(fēng)量不斷變化時(shí)，送風(fēng)壓力必然會(huì)有較大波動(dòng)。用氣量的準(zhǔn)確度不能滿足工藝要求。再加上頻繁調(diào)整進(jìn)氣門(mén)，會(huì)加速進(jìn)氣門(mén)的磨損，增加維修量和費(fèi)用。
(2)頻繁開(kāi)關(guān)排氣閥，排氣閥的耐久性無(wú)法保證。
四、恒壓供氣控制方案的設(shè)計(jì)
由于原有的送風(fēng)控制方式存在諸多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)對(duì)以上內(nèi)容的對(duì)比分析，我們認(rèn)為應(yīng)采用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓送風(fēng)控制。該方案實(shí)施后，我們可以把管網(wǎng)的壓力作為控制對(duì)象。壓力變送器將儲(chǔ)氣罐的壓力轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，送至調(diào)節(jié)器，與設(shè)定壓力值進(jìn)行比較。然后根據(jù)差值，按照建立的控制方式進(jìn)行計(jì)算，產(chǎn)生控制信號(hào)并發(fā)送給變頻調(diào)速器。電機(jī)的工作頻率和轉(zhuǎn)速由變頻器控制，使實(shí)際壓力始終接近設(shè)定壓力。
同時(shí)，該方案還可以增加工頻和變頻切換的功能，并且還可以保持原有的控制和保護(hù)系統(tǒng)。此外，方案實(shí)施后，可以通過(guò)變頻器啟動(dòng)空壓機(jī)電機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)的控制，不僅可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的軟啟動(dòng)，還可以有效避免啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)時(shí)給空壓機(jī)帶來(lái)的機(jī)械沖擊。
