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不同型式空壓機控制排氣量方法探討

文章出處:人氣:6發表時間:2019/6/11 15:20:52

氣量控制與調節


壓縮空氣總成本的80%,體現在能耗上,因而不同型式的壓縮機,應當按照不同的調節系統選擇不同的控制與調節系統。不同壓縮機型式和制造商之間的差別,會使性能上差異有天壤之別。最理想的狀態是使壓縮機的滿負荷與耗氣量恰好相一致。


例如可以通過仔細地選擇齒輪箱的傳動比,達到這個要求,這種做法常見于工藝流程壓縮機之中。大多數消耗壓縮空氣的設備是自身調節的,就是說提高壓力會提高流量,這就是它們何以形成穩定系統的原因,如氣力輸送、防冰和冷凍等。正常情況下,必須對流量進行控制,所用的控制設備與壓縮機組成一體,這類調節系統主要有兩大類:


1.利用不斷地控制驅動電機的轉速調節氣量,或者根據壓力的變化不斷地控制閥門實現氣量的連續調節。其結果是由較小的壓力變化(0.1至0.5bar ),變化大小由調節系統的放大功能及其速度而定。


2.加載、卸載調節是最常見的調節系統,并且二者之間的壓力變化也是可以接受的。調節的方法是:在較高壓力時完全切斷氣流(卸載),而當壓力降低到最低值,恢復流量(加載)。壓力的變化取決于單位時間內,加載/卸載循環的許可次數,通常壓力在0.3至1bar 范圍內變化。


02


氣量調節基本原理


2.1 容積式壓縮機的調節原理(卸壓閥)


基本原理方法是:將超過的壓力釋放到大氣中去,卸壓閥最簡單的設計是用彈簧加載,彈簧的起跳力決定最終的壓力。卸壓閥通常被一種由調節器控制的伺服閥所取代,這時壓力可以方便地得到控制,在壓縮機帶壓起動時,伺服閥還可以起到卸荷閥作用,但是卸壓閥會造成大量的能耗,因為壓縮機必須連續在全背壓下工作。有一種用于小型壓縮機的方案,把這種閥完全打開,使壓縮機卸載,壓縮機在背壓為大氣壓下工作,采用這種方法功率的消耗較為實惠。


2.2 旁通調節


從原理上,旁通調節和卸壓閥有相同的功能,差別就是壓力釋放的空氣是經過冷卻,并回到壓縮機的進氣口,這個方法常用流程壓縮機,氣體不宜直接排放到大氣中,成本上太昂貴了。


2.3 進口節流


進口節流是減少流量的一種簡便方法,該方法是使進口處產生低壓,提高壓縮機的壓縮比,至用于較小的調節范圍。噴液壓縮機容許有大的壓縮比,可以下調到最大的10%,由于高壓縮比,該方法造成相對高的能耗。


2.4 帶進氣節流的卸壓閥


這是目前比較常見的調節方法,可以得到最大的調節范圍(0至100%),而且能耗低,壓縮機卸載(零流量)功率只有滿載的15至20%。進氣閥關閉時,留一個小孔,同時放空打開,供排放壓縮機出來的空氣。壓縮機主機工作在進口真空和低背壓狀態下,重要的是,壓力釋放要快,而且被釋放的容積要小,以免滿載轉換到空載時,引起不必要的損失。該系統要求有一個系統容積(儲氣罐),其大小取決于卸載與加載之間所要求的壓差,以及每小時容許的循環次數。


小于5-10kW的壓縮機常用開/停方法進行調節,當壓力達到上限值,電機完全停止;當壓力低于下限值,電機重新啟動。該方法需要大的系統容積或開機壓力與停機之間有大的壓力差,以使電機的負載降低到最小。在單位時間內有較少起動次數的情況下,這是行之有效的調節方法。


2.5 轉速調節


由內燃機、渦輪機或調頻電機控制壓縮機的轉速,從而控制流量。它是保持恒定出氣壓力的一種有效方法。調節范圍因壓縮機的型式而異,但噴液壓縮機的范圍最大。在載荷程度較低時,通常將轉速調節和卸壓結合起來,或帶或不帶進氣節流。


用電源電機作為動力的壓縮機,轉速可以由電器控制電機,因而提供一個機會控制電機的轉速,保持壓縮空氣恒定在很小的壓力變化范圍內。例如,普通的感應電機用一個變頻器調節轉速就可以達到這個要求,連續不斷并精確地測量系統的壓力,然后讓壓力信號去控制電機的變頻器,從而控制電機的轉速,使壓縮機的氣量精確地適應空氣的耗量,系統可以保持在±0.1bar 。


2.6 可變排氣口調節


螺桿壓縮機的排氣量可以在機殼內沿著長度方向,向著進氣端移動排氣口的位置進行調節。這種方法在部分負荷時需要耗費較高的功率,相對而言不常用。


2.7 吸氣閥卸荷


活塞式壓縮機可以用機械方法迫使吸氣閥處于開啟位置,進行卸荷。隨活塞位置的變化,空氣進進出出。結果有最小的能量損失,通常低于滿載軸功率的10%。在雙作用的壓縮機上,一般是多級卸荷,一個氣缸一次得到平衡,較好地使氣量達到供需相應。工藝流程壓縮機上用一種部分卸荷方法,允許活塞在部分行程時,氣閥被打開,因而實現連續的氣量控制。


2.8 余隙容積


靠改變活塞壓縮機上余隙容積,降低氣缸的充氣程度,從而降低氣量,也可借助一個外部相連的容積,使余隙容積得以變化。


2.9 加載—卸載—停機


對于功率大于5kW的壓縮機,這是最常用的方法,調節范圍大而且損失低,實際上這是一種開/停調節與各種卸荷系統的組合。容積式壓縮機,最普通的調節原理是“產生空氣”/“不產生空氣”(加載/卸載),當需要空氣時,一個信號被送到一個電磁閥上,依次引導壓縮機的進氣閥達到完全的開啟位置。進氣閥要么全開(加載),要么全閉(卸載),沒有中間位置。


傳統控制方法是在壓縮空氣系統中裝有一個壓力開關,開關有兩個可設定值,一個為最小壓力(加載),一個為最大壓力(卸載)。壓縮機工作在設定值界限內,例如:0.5bar。如果空氣需要量小,或者一點不需要,則壓縮機空載運行(空轉),空轉周期長短由一個時間繼電器設定(例如設為20分鐘)。過了設定時間,壓縮機停轉,并且不再啟動,直到壓力跌到最小值。這是傳統可靠,放心的控制方法,現在最常見于小型壓縮機。


這個傳統系統進一步發展,以一個模擬的壓力變送器與一個快速電子調節系統,替代壓力開關。壓力變送器與調節系統一起,隨時感受到系統中的壓力變化。系統及時啟動電機,并控制進氣閥的開啟與關閉。能在±0.2bar 內,實現快速和良好的調節。如果沒有使用空氣,壓力將保持恒定,壓縮機空載運行(空轉)。空轉周期的長短,可以根據電機能承受的啟停次數,而不至于過熱,以及運行期間的經濟性而定。后者因為系統可以根據空氣消耗量的走向,決定停機,還是繼續空轉。


03


小結


總之,壓縮空氣在不同的應用場合,不同用氣量情況下,每臺空氣壓縮機氣量方式不同,但都是根據用戶用氣量的大小,壓縮機組依靠自身氣量控制和調節方式來實現氣量不間斷連續的供給。不同壓縮機制造商也在用不同的調節原理來提高自己品牌壓縮機的性能,使能效最大化,滿足客戶的使用要求;以準確度高,維護量小,可以測量壓力和流量等參數,來滿足壓縮機不同場合的應用。


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