一、引言
隨著如今科技快速發(fā)展，與工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的技術(shù)也快速的發(fā)展，各種新技術(shù)與設(shè)備一旦出現(xiàn)就會(huì)在工業(yè)生產(chǎn)中得到快速?gòu)V泛的應(yīng)用。空壓機(jī)就是這樣的，如今空壓機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用；例如在金屬包裝類(lèi)行業(yè)中，它就肩負(fù)著為生產(chǎn)線(xiàn)所有氣動(dòng)元件（包括各種氣動(dòng)閥門(mén)），提供氣源的職責(zé)；因此它運(yùn)行的好壞直接影響生產(chǎn)線(xiàn)能否高效運(yùn)轉(zhuǎn)?？諌簷C(jī)的種類(lèi)有很多，但其供氣控制方式幾乎都是采用加、卸載控制方式。
例如在某地工廠(chǎng)中就在活塞式空壓機(jī)、螺桿壓縮機(jī)和螺桿式空壓機(jī)上都采用了這種控制方式。根據(jù)我們多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，該供氣控制方式雖然原理簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，但存在能耗高，進(jìn)氣閥易損壞、供氣壓力不穩(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)已愈來(lái)愈受到人們的關(guān)注。在空壓機(jī)供氣領(lǐng)域能否應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，節(jié)省電能同時(shí)改善空壓機(jī)性能、提高供氣品質(zhì)就成為我們關(guān)心的一個(gè)話(huà)題。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，我們選擇了一臺(tái)固定式螺桿式空壓機(jī)進(jìn)行了研究。
二、空壓機(jī)加、卸載供氣控制方式簡(jiǎn)介
以下我們就以固定式螺桿空壓機(jī)電氣控制原理圖，對(duì)加、卸載供氣控制方式進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
當(dāng)我們?cè)谶\(yùn)行設(shè)備時(shí)，在按下起動(dòng)按鈕后sb2，kt1線(xiàn)圈通電，其瞬時(shí)閉合延時(shí)斷開(kāi)的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，km4和km6線(xiàn)圈得電動(dòng)作壓縮機(jī)電機(jī)開(kāi)始y形起動(dòng)；此時(shí)進(jìn)氣控制閥yv2得電動(dòng)作，控制氣體從小儲(chǔ)氣罐中放出進(jìn)入進(jìn)氣閥活塞腔，關(guān)閉進(jìn)氣閥，使壓縮機(jī)從輕載開(kāi)始啟動(dòng)。當(dāng)kt2到達(dá)設(shè)定時(shí)間（一般為5秒后）其延時(shí)斷開(kāi)的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，延時(shí)閉合的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，km6線(xiàn)圈斷電釋放，km5線(xiàn)圈得電動(dòng)作，空壓機(jī)電機(jī)從y形自動(dòng)改接成△形運(yùn)行。此時(shí)yv2斷電關(guān)閉，從儲(chǔ)氣罐放出的控制氣體被切斷，進(jìn)氣閥全開(kāi)，機(jī)組滿(mǎn)載運(yùn)行。（注：進(jìn)氣控制閥yv2只在起動(dòng)過(guò)程起作用，而卸載控制閥yv1卻在起動(dòng)完畢后起作用）。
若所需氣量低于額定排氣量，排氣壓力上升，當(dāng)超過(guò)設(shè)定的最小壓力值pmin（也稱(chēng)為加載壓力）時(shí)，壓力調(diào)節(jié)器動(dòng)作，將控制氣輸送到進(jìn)氣閥，通過(guò)進(jìn)氣閥內(nèi)的活塞，部分關(guān)閉進(jìn)氣閥，減少進(jìn)氣量，使供氣與用氣趨于平衡。當(dāng)管線(xiàn)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(chēng)為卸載壓力）時(shí)，壓力調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，電磁閥yv1掉電。這樣，控制氣直接進(jìn)入進(jìn)氣閥，將進(jìn)氣口完全關(guān)閉；同時(shí)，放空閥在控制氣的作用下打開(kāi)，將分離罐內(nèi)壓縮空氣放掉。當(dāng)管線(xiàn)壓力下降低于pmin時(shí)，壓力調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)sp2復(fù)位（閉合），yv1接通電源，這時(shí)通往進(jìn)氣閥和放空閥的控制氣都被切斷。這樣進(jìn)氣閥重新全部打開(kāi)，放空閥關(guān)閉，機(jī)組全負(fù)荷運(yùn)行。
三、加、卸載供氣控制方式存在的問(wèn)題
1、能耗分析
我們知道，加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在pmin～pmax之間來(lái)回變化。pmin是最低壓力值，即能夠保證用戶(hù)正常工作的最低壓力。一般情況下，pmax、pmin之間關(guān)系可以用下式來(lái)表示：
pmax＝（1＋δ）pmin
δ是一個(gè)百分?jǐn)?shù)，其數(shù)值大致在10%～25%之間。
而若采用變頻調(diào)速技術(shù)可連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量的話(huà)，則可將管網(wǎng)壓力始終維持在能滿(mǎn)足供氣的工作壓力上，即pmin附近。
由此可知，在加、卸載供氣控制方式下的空壓機(jī)較之變頻系統(tǒng)控制下的空壓機(jī)，所浪費(fèi)的能量主要在2個(gè)部分：
（1）壓縮空氣壓力超過(guò)pmin所消耗的能量
在壓力達(dá)到pmin后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì)繼續(xù)上升（直到pmax）。這一過(guò)程中必將會(huì)向外界釋放更多的熱量，從而導(dǎo)致能量損失。另一方面，高于pmin的氣體在進(jìn)入氣動(dòng)元件前，其壓力需要經(jīng)過(guò)減壓閥減壓至接近pmin。這一過(guò)程同樣是一個(gè)耗能過(guò)程。
（2）卸載時(shí)調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量
通常情況下，當(dāng)壓力達(dá)到pmax時(shí)，空壓機(jī)通過(guò)如下方法來(lái)降壓卸載：關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過(guò)放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費(fèi)。關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)空轉(zhuǎn)雖然可以使空壓機(jī)不需要再壓縮氣體作功，但空壓機(jī)在空轉(zhuǎn)中還是要帶動(dòng)螺桿做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，據(jù)我們測(cè)算，空壓機(jī)卸載時(shí)的能耗約占空壓機(jī)滿(mǎn)載運(yùn)行時(shí)的10%～15%（這還是在卸載時(shí)間所占比例不大的情況下）。換言之，該空壓機(jī)10%的時(shí)間處于空載狀態(tài)，在作無(wú)用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下，空壓機(jī)電機(jī)存在很大的節(jié)能空間。
2、其它不足之處
（1）靠機(jī)械方式調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，使供氣量無(wú)法連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)用氣量不斷變化時(shí)，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)。用氣精度達(dá)不到工藝要求。再加上頻繁調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，會(huì)加速進(jìn)氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。
（2）頻繁采用打開(kāi)和關(guān)閉放氣閥，放氣閥的耐用性得不到保障。
四、恒壓供氣控制方案的設(shè)計(jì)
因?yàn)樵泄饪刂品绞酱嬖谥喾N問(wèn)題，通過(guò)針對(duì)上述內(nèi)容對(duì)比分析后，我們認(rèn)為通過(guò)變頻調(diào)速技術(shù)來(lái)進(jìn)行恒壓供氣控制。該方案實(shí)施后，我們能夠?qū)⒐芫W(wǎng)壓力來(lái)作為一個(gè)控制對(duì)象，壓力變送器將儲(chǔ)氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號(hào)送給調(diào)節(jié)器，與壓力設(shè)定值作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)送到變頻調(diào)速器，通過(guò)變頻器控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力始終接近設(shè)定壓力。
同時(shí)，該方案還能夠增加一個(gè)在工頻與變頻之間自主切換的功能的狀態(tài)下，還能夠保留原有的控制和保護(hù)系統(tǒng)，此外，該方案實(shí)施后，空壓機(jī)電機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)工作的控制可以通過(guò)變頻器來(lái)完成啟動(dòng)，這既能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的軟啟動(dòng)，也能有效的避免啟動(dòng)沖擊電流與啟動(dòng)給空壓機(jī)時(shí)帶來(lái)的機(jī)械沖擊。
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