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變頻調速技術在往復無油靜音空壓機上的應用
昆山遠方機電設備有限公司 2016/9/19 9:25:32
該系統通過電位器調節(jié)設定壓力，并與來自遠傳壓力變送器的出口壓力信號（4～20 mA）一起送給PLC進行PID運算，比較結果輸出給變頻器，使其按照指令自動變頻調節(jié)電機轉速：當出口壓力高于設定壓力時，頻率下降，電機減速出口壓力低于設定壓力時，頻率上升，電機加速。從而調整出口壓力自動跟蹤設定壓力，實現自動恒壓控制，保證系統穩(wěn)定和供氣質量。
采用變頻調速技術，原系統中機械、管線等部分不必改動，僅需將供電回路中其中一臺機的降壓起動柜更換為變頻器柜，在主回路上增加兩臺機變頻工頻的互鎖即可完成，因此改造過程工作量不大。 在系統調試中值得注意的是，該壓縮機負載屬于恒轉矩負載范疇，當電機轉速過低而負載大（即管網壓力高）時，會出現電機出力不夠，電機抱死的情況，極易出現設備事故。因此，通過多次試驗，發(fā)現將下限頻率設定為15 Hz可穩(wěn)定工作。另外，為保證管網系統安全，管網回流閥應適當打開，以保證用氣量驟減時，管網壓力不會變得太高。 3系統節(jié)能效果經濟指標該系統改造投資共35萬元，已經使用一年多。
公司根據用戶需要，先分別試供氣30 kPa、70 kPa、100 kPa等不同壓力狀況，工作均很平穩(wěn)。然后供氣100 kPa壓力工作了一年，頻率可保證在18 Hz以下，不僅滿足了壓力和供氣量要求，還充分體現了節(jié)能效果。 實踐證明，供氣量越小，節(jié)電效果越明顯。按現在工況，在略開回流閥時，供氣量1 200～1 300 h ，出口壓力100 kPa.為保證系統穩(wěn)定安全運行，頻率略大于最低頻率限制15Hz ，保持在18 Hz左右，此時電流僅為100～ A ，而該系統工頻運行的空載電流為400 A左右，相比起來節(jié)能效果十分明顯。
工頻運行時功率約為235 .55 kW，變頻運行時功率約為65 .47 kW.按目前公司生產狀況，每天供按武漢平均電價0 .60元/ kWh計算，年節(jié)約電費49 .60萬元。收回成本時間為8 .5月。 4結語（1）變頻調速器可通過簡單設置參數實現電機寬范圍無級調速，使其在15～50 Hz穩(wěn)定運行，并實現電機軟起動，還可以提高功率因數。 （2）變頻調速閉環(huán)控制可使壓縮機電機輸出功率按照壓縮機所需的軸功率變動，節(jié)能效果明顯。 （3）變頻調速后，壓縮機轉速通?？偸窃诘陀陬~定轉速的情況運行（目前工況轉速僅為額定時的1/3），因此通過減小壓縮機的排氣量，使通過氣閥和管道的壓力損失減小，同時氣體在氣缸中冷卻作用得以加強，從而使功率消耗降低。 （4）轉速的降低使機械磨擦降低，減少了磨擦功耗，延長設備的使用壽命，同時減小了噪音，改善了工作環(huán)境。 （5）實現了壓力和流量的全自動控制，使系統控制簡單可靠，不僅使供氣質量和管網運行安全性大大提高，還使操作異常簡單，減輕了操作人員的勞動強度。 （6）由于采用可編程控制器閉環(huán)控制轉速，控制精度可達到±1 ，安全穩(wěn)定運行的可靠性大為增強，并更加方便與用戶的費用結算。
變頻調速技術是80年代迅速發(fā)展起來的一種電機傳動調速和節(jié)能降耗技術，已廣泛地應用于水泵、風機、電梯等方面，具有提高控制水平，節(jié)能效果顯著等特點。燃氣熱力行業(yè)中，大量使用著各種無油靜音空壓機或鼓風機。通常，總是根據最大的需求量進行機器選型和配置，而在實際運行中，用戶的要求往往會因種種原因而變化。如何使之既滿足用戶要求，又做到經濟節(jié)能、使用安全、操作簡便一直是人們尋求的目標。我公司制氣分廠煤氣壓送工段原裝備了羅茨風機兩臺，單臺排氣量為2 400 /h ，可供壓力50 kPa 往復式無油靜音空壓機4臺，單臺排氣量前期調試階段，供氣壓力要求較小，僅30 kPa左右，供氣量為2 000～2 500 /h ，開羅茨風機可基本滿足供氣壓力及流量的要求。當供氣狀況波動較大時，用人工手動調節(jié)閥門控制回流量的辦法進行調節(jié)，致使誤差大時出口壓力可波動±5 kPa ，供氣質量不能保證。
隨著生產的規(guī)范，要求提高壓力大流量穩(wěn)定供氣，必需啟用往復式煤氣壓縮機。但是，由于供氣量與壓縮機排氣量之間很難完全平衡，而人工調節(jié)回流量難以保證需求壓力與流量的穩(wěn)定，使得系統的如下弊病明顯突出：供氣量不大，使得煤氣反復壓送，運行效率低，耗費大量電能，增加費用使用旁通閥手動調節(jié)供氣量，工作量大，供氣壓力不易控制，供氣質量差，系統安全性差。因此，對往復式壓縮機系統進行采用變頻調速技術改造。 2變頻調速節(jié)能原理與技術方案當供氣量需要在單臺壓縮機額定排氣量以內變動時，必須采用一定措施調節(jié)壓縮機排氣量，以使供需氣量平衡、輸配系統平衡運行。
對往復式壓縮機而言，調節(jié)排氣量的方法很多，但改變轉速的方法是最經濟實用的。 采用打回流調節(jié)不能改變吸氣量，所以使壓縮機始終在滿負荷下運行，不能節(jié)能。而改變轉速，使壓縮機吸氣量發(fā)生變化，其功率消耗也隨之改變。 采用變頻調速技術使壓縮機實現變速調節(jié)成為可能，通過改變壓縮機電機轉速來改變壓縮機轉速，最終達到節(jié)能的目的。
根據生產狀況，在改造時將其中兩臺壓縮機改為一工頻一變頻，一用一備狀態(tài)。 在電氣控制線路設計方面，考慮到往復式壓縮機對潤滑及冷卻的特殊要求，全部保留了原系統的工藝聯鎖及事故停車部分控制線路，加入到變頻電氣系統中，以保證壓縮機的安全穩(wěn)定運行。由于無油靜音空壓機配用電機為10極280 kW異步電動機，與其配套的大型變頻器國內尚無能力生產。因此，采用FRN280P94變頻器。根據系統需要另配了一臺ST 200可編程控制器PLC.并且此控制器采用的EPROM存貯器可存放2000步程序、注釋、參數等，存貯量大。在供氣管網入口處設置了壓力變送器，煤氣與熱力在控制系統中設置了一個PID閉環(huán)調節(jié)環(huán)節(jié)，自動調節(jié)流量。