變頻調(diào)速技術(shù)在活塞式空壓機(jī)上的應(yīng)用
一、項(xiàng)目的由來 珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)玻璃纖維企業(yè)有限公司動(dòng)力車間，擁有三臺(tái)活塞式空壓機(jī),為全廠提供壓縮空氣，是重要的動(dòng)力來源。我們知道如果在空壓機(jī)進(jìn)氣管路上裝上節(jié)流閥，調(diào)節(jié)時(shí)節(jié)流閥逐漸關(guān)閉，使進(jìn)氣受到節(jié)流，壓力降低，也就是使壓力系數(shù)lp減小，由排氣量公式： Q=p/4D2Slplvltlln 可知，當(dāng)改變了lp時(shí)，排氣量Q也就隨之變化。同時(shí)，我們也注意到多級(jí)壓縮機(jī)采用節(jié)流進(jìn)氣調(diào)節(jié)，將引起級(jí)間壓力重新分配，致使活塞力均勻性受到破壞，同時(shí)使末級(jí)的排氣溫度升高，甚至超過許用溫度。因此，調(diào)節(jié)范圍受到限制，經(jīng)濟(jì)性比較差，再加之設(shè)備使用年限久，所以，各種氣閥、活塞環(huán)、導(dǎo)向環(huán)等部件容易損壞，維修費(fèi)時(shí)、費(fèi)工，使正常的生產(chǎn)受到影響。1999年4月，我們與該公司經(jīng)過充分地協(xié)商，決定采用閉環(huán)控制方式，對(duì)原空壓機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行恒壓供氣改造。改造結(jié)果證明：系統(tǒng)供氣的精度得到了提高，故障率大幅度下降，并取得了一定的節(jié)能效果，達(dá)到了預(yù)期的目的。 二、系統(tǒng)改造前的狀況 三、系統(tǒng)改造后的期望指標(biāo) 四、系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì) 從空壓機(jī)排氣量公式可知，汽缸的面積和長度基本是不變的，唯有系數(shù)lp、lv、lt、ll及轉(zhuǎn)速n的調(diào)節(jié)，才能有效地調(diào)整排氣量Q。前面說過各種系數(shù)的變化范圍有限，這樣看來，理想的調(diào)節(jié)方式就是改變轉(zhuǎn)速n。連續(xù)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，優(yōu)點(diǎn)在于氣量調(diào)節(jié)連續(xù)，調(diào)節(jié)工況比功率消耗小，壓縮機(jī)各級(jí)壓力比保持不變，壓縮機(jī)上不需要設(shè)置專門的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)速降低后，氣閥和管路中的壓力損失少，氣體在汽缸中的熱交換改善，單位氣體量的功耗降低，各種易損件的壽命延長。 2、系統(tǒng)采用SIEMENSMIDI MASTER75KW變頻器為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，SIEMENS6ES7 214-1BC01-0XB0可編程序控制器（PLC）為控制單元，用KYB600G08AM/1Y0Y工業(yè)壓力變送器對(duì)壓力信號(hào)采樣，反饋給PXW9智能調(diào)節(jié)儀（PID）。此信號(hào)在PID內(nèi)與工藝設(shè)定信號(hào)進(jìn)行疊加和運(yùn)算后，作為變頻器的運(yùn)行給定信號(hào)。如圖一所示。
三、控制系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn) 控制程序框圖如圖二所示。當(dāng)系統(tǒng)準(zhǔn)備條件就緒時(shí)，（無故障，卸荷閥關(guān)閉，各種壓力正常，刀閘開關(guān)已選擇好），就可以啟動(dòng)運(yùn)行。因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)是一個(gè)快速響應(yīng)過程，所以采用PI算法控制。當(dāng)過程變量（PV）大于設(shè)置值（SP）時(shí)，PID輸出模擬的信號(hào)減小，變頻器減速運(yùn)行；反之，PID輸出的摸擬信號(hào)增大，變頻器加速運(yùn)行。如果系統(tǒng)壓力超過PID內(nèi)置上限，變頻器又轉(zhuǎn)到上限頻率運(yùn)行。 四、系統(tǒng)的調(diào)試和運(yùn)行 99年4月底，開始了空壓機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試和試運(yùn)行。變頻器下限頻率定在20HZ，上限設(shè)為50HZ，工作壓力定在0.6Mpa。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，取得了以下的效果： 1、運(yùn)行轉(zhuǎn)速降低近50% 改造前為工頻運(yùn)行，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為501轉(zhuǎn)/分，改造后測定正常情況下，運(yùn)行轉(zhuǎn)速為268轉(zhuǎn)/分，即可滿足供氣要求。 它使：a設(shè)備壽命延長： 活塞環(huán)：改造前，平均壽命為50天，改造后，已使用110天未更換（其中含50天全速運(yùn)行），閥片沖擊聲消除。 b噪音降低，優(yōu)化了工作環(huán)境。 2、供氣壓力穩(wěn)定 改造前罐壓力設(shè)定在0.60加載，0.75卸載，改造后，工作壓力設(shè)定在0.60Mpa。穩(wěn)定時(shí)，壓力偏差0.01MPa。 3節(jié)電效果 電表對(duì)該站用電量的記錄為： 改造前的4月份為45878KW.h，改造后的6月份為40645KW.h，節(jié)電5233KW.h/月。（這是由改造的1#機(jī)所得） 五、存在問題及解決辦法 改造后，運(yùn)行轉(zhuǎn)速大降低，這樣就出現(xiàn)了油壓降低及馬達(dá)散熱條件惡化使馬達(dá)運(yùn)行溫度升高的兩大問題： 1、油壓問題 原系統(tǒng)技術(shù)要求：正常壓力在0.18-0.20MPa。改造后，油壓在0.8-0.1之間。經(jīng)調(diào)整減壓閥后，油壓可保持在0.12MPa。 經(jīng)測定主軸外表溫度，改造前為52℃，改造后（在0.1MPa下），主軸外表溫度為45℃，溫度低于改造前，說明能滿足潤滑條件。 2、馬達(dá)溫升問題 改造前測得的溫度為48℃，改造后測得的溫度最高為68℃。 查機(jī)械手冊(cè)（92年版）第五冊(cè)，B級(jí)絕緣，最高溫度為130℃，溫升為90℃； 馬達(dá)的運(yùn)行溫度比改造前上升了20℃，但仍在允許范圍，無需加強(qiáng)制冷卻風(fēng)機(jī)。 六、結(jié)論 改造后，經(jīng)一年多的連續(xù)運(yùn)行，證明變頻器性能穩(wěn)定，系統(tǒng)能達(dá)到恒壓運(yùn)行，設(shè)備壽命延長，運(yùn)行噪音降低，大大減少了設(shè)備的停機(jī)維修時(shí)間，取得了預(yù)期的目的。 |
