螺杆式空气压缩机的变频化控制讲诉Word文档下载推荐.docx
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气压控制精度不高,油温控制精度差,控制系统安装费时费力且配线出错率较高,设备运行稳定性较差,维护也不够便利。
本文介绍一种螺杆空压机的一体化变频电控驱动系统解决方案,采用高集成度的一体化设计,变频的解决方案,优化了控制算法,提高了气压、油温的控制精度及设备的稳定性,使维护也变得更加方便。
该空压机的节能改造,是对国家节能减排政策的积极响应。
关键词:
螺杆式空压机;
变频调速;
节能改造
第一章螺杆空压机简介
1.1压缩展机发历程
20世纪30年代,瑞典工程师发明了(双)螺杆压缩机。
1937年,SRM公司研制成功了两类螺杆压缩机试验样机,并取得了令人满意的测试结果。
1957年喷油螺杆空气压缩机投入了市场应用。
1961年又研制成功了喷油螺杆制冷压缩机和螺杆工艺压缩机。
经过随后持续的基础理论研究和产品开发试验,通过对转子型线的不断改进和专用转子加工设备的开发成功,螺杆压缩机的优越性能得到了不断的发挥。
1.2螺杆式空气压缩机简介
螺杆空气压缩机具有结构简单、工作可靠及操作方便等一系列独特的优点,因而自诞生之日起就受到工业界的广泛重视。
经过多年的发展,螺杆空压机在1~60M3/MIN的流量和小于等于20Barg的压力范围内得到广泛应用,在欧、美、日等西方经济发达地区的占有率已经接近100%(几乎完全取代活塞式空气压缩机),而其中的99%以上是双螺杆空气压缩机。
按螺杆的数目分为双螺杆空压机和单螺杆空压机。
按压缩过程中是否有润滑油参与分为无油螺杆空压机和喷油螺杆空压机。
下图(1-1)为螺杆式空气压机构造图。
图1-1螺杆式空气压机构造图
1.3螺杆式空气压缩机特点
就气体压力提高的原理而言,螺杆压缩机与活塞压缩机相同,都属容积式压缩机。
就主要部件的运动形式而言,又与离心压缩机相似。
所以,螺杆压缩机同时具有上述两类压缩机的特点。
螺杆压缩机的优点:
1.可靠性高:
螺杆压缩机零部件少,没有易损件,因而它运转可靠,寿命长,大修间隔期可达4-8万小时。
2.操作维护方便:
操作人员不必经过专业培训,可实现无人值守运转。
3.动力平衡性好:
螺杆压缩机没有不平衡惯性力,机器可平稳地高速工作,可实现无基础运转。
4.适应性强:
螺杆压缩机具有强制输气的特点,排气量几乎不受排气压力的影响,在宽广范围内能保证较高的效率。
5.多相混输:
螺杆压缩机的转子齿面实际上留有间隙,因而能耐液体冲击,可压送含液气体,含粉尘气体,易聚合气体等。
螺杆压缩机的缺点:
1.造价高:
螺杆压缩机的转子齿面是一空间曲面,需利用特制的刀具,在价格昂贵的专用设备上进行加工。
另外,对螺杆压缩机气缸的加工精度也有较高的要求。
2.不适合高压场合:
由于受到转子刚度和轴承寿命等方面的限制,螺杆压缩机只能适用于中,低压范围,排气压力一般不能超过3.0Mpa。
3.不能制成微型:
螺杆压缩机依靠间隙密封气体,目前一般只有容积流量大于0.2m3/min,螺杆压缩机才具有优越的性能。
第二章螺杆空压机的基本结构、工作原理及构成
2.1螺杆空压机的基本结构
通常所称的螺杆压缩机指的是双螺杆压缩机。
双螺杆压缩机的发展历程较短,是一种比较新颖的压缩机。
双螺杆压缩机是一种容积式的回转机械。
由一对阴、阳螺杆,一个壳体与一对端盖组成。
在倒“8”形的气缸中,平行地配置着一对相互啮合的螺旋形转子,分别称为阴、阳转子。
它们和机体之间构成一个“V”字形的一对密封的齿槽空间随着转子的回转而逐渐变小,并且其位置在空间也不断从吸气口向排气口移动,从而完成吸气-压缩-排气的全部过程。
一般阳转子与原动机连接,由阳转子带动阴转子转动。
在压缩机机体的两端,分别开设一定形状和大小的孔口。
一个供吸气用,称作吸气孔口;
另一个供排气用,称作排气孔口。
下图为(2-1)压缩机结构图。
1—同步齿轮2—阴螺杆3—推力轴承4—挡油环
5—阳螺杆6—缸体
图2-1压缩机结构图
2.2螺杆空压机的工作原理
螺杆式制冷压缩机具有一对互相瞄合、相反旋向的螺旋形齿的转子。
其齿面凸起的转子称为阳转子,齿面凹下的转子称为阴转子。
转子的齿相当于活塞,转子的齿槽、机体的内壁面和两端端盖等共同构成的工作容积,相当于汽缸。
机体的两端设有成对角线布置的吸、排气孔口。
随着转子在机体内的旋转运动,使工作容积由于齿的侵入或脱开而不断发生变化,从而周期性地改变转子每对齿槽间的容积,来达到吸气、压缩和排气的目的。
2.2.1吸气过程
吸气过程即将开始时的转子的一对齿前端完全啮合,且即将与吸气孔口连通。
随着转子开始运动,由于齿的一端逐渐脱离啮合而形成了齿间容积,这个齿间容积的扩大,在其内部形成了一定的真空,而此齿间容积又仅与吸气口连通,因此气体便在压差作用下流入其中。
在随后的转子旋转的过程中,阳转子齿不断从阴转子的齿槽中脱离出来,齿间容积不断扩大,并与吸气孔口保持连通。
从某种意义上讲,也可以把这个过程看成是活塞(阳转子齿)在气缸(阴转子齿槽)中滑动。
吸气结束时候,最显著的特征是齿间容积达到最大值,并且齿间容积在此位置与吸气孔口断开。
2.2.2压缩过程
转子继续旋转,在阴、阳转子齿间容积连通之前,阳转子齿间容积中的气体,受阴转子齿的侵入先行压缩:
经某一转角后,阴、阳转子齿间容积连通,形成V字形的齿间容和、对(称基元容积),随两转子齿的互相挤入,基元容积被逐渐推移,容积也逐渐缩小,实现气体的压缩过程,压缩过程直到基元容积与排气孔口相连通时为止,此刻排气过程开始。
2.2.3排气过程
齿间容积与排气孔口连通后,即开始排气过程。
随着齿间容积的不断缩小,具有排气压力的气体逐渐通过排气孔口被排出。
这个过程一直持续到齿末端的型线完全啮合。
此时,齿间容积内的气体通过排气孔口被完全排出,封闭的齿间容积的体积将变成零。
随着转子的连续旋转,上述吸气、压缩、排气过程循环进行,各基元容积依次陆续工作,构成了螺杆式制冷压缩机的工作循环。
从以上过程的分析可知,两转子转向互相迎合的一侧,即凸齿与凹齿彼此迎合嵌入的一侧,气体受压缩井形成较高压力,称为高压力区:
相反,螺杆转向彼此相背离的一侧,即凸齿与凹齿彼此脱开的一侧,齿间容积在扩大形成较低压力,称为低压力区。
此两区域借助于机壳、转子相互晴合的接触线而隔开,可以粗略地认为两转子的轴线平面是高、低压力区的分界面。
另外,由于吸气基元容积内的气体随转子旋转,由吸气端向排气端作螺旋运动,因此吸气、排气孔口要成对角线布置,吸气孔口位于低压力区的端部,排气孔口位于高压力区的端部。
下图(2-2)螺杆式空气压缩机工作过程
吸气过程压缩过程排气过程
图2-2螺杆式空气压工作过程
2.3螺杆空压机的构成
螺杆式空气压缩机主要由主机和辅机两大部分组成,主机包括螺杆空压机主机和主电机,辅机包括进排气系统、喷油及油气分离系统、冷却系统、控制系统和电气系统等。
在进排气系统中,自由空气经过进气过滤器滤去尘埃、杂质之后,进入空压机的吸气口,并在压缩过程中与喷入的润滑油混合。
经压缩后的油气混合物被排入油气分离桶中,经一、二次油气分离,再经过最小压力阀、后部冷却器和气水分离器被送入使用系统。
在喷油及油气分离系统中,当空压机正常运转时,油气分离桶中的润滑油依靠空压机的排气压力和喷油口处的压差,来维持在回路中流动。
润滑油在此压差的作用下,经过温控阀进入油冷却器,再经过油过滤器除去杂质微粒后,大多数的润滑油被喷入空压机的压缩腔,起到润滑、密封、冷却和降噪的作用;
其余润滑油分别喷入轴承室和
增速齿轮箱。
喷入压缩腔中的那一部分油随着压缩空气一起被排入油气分离桶中,经过离心分离绝大多数的润滑油被分离出来,还有少量的润滑油经过滤芯进行二次分离,被二次分离出来的润滑油经过回油管返回到空压机的吸气口等低压端。
1、润滑油的作用:
(1)、冷却作用:
作为冷却剂,它可有效控制压缩放热引起的温升。
(2)、润滑作用:
作为润滑剂,它可在转子间形成润滑油膜。
(3)、密封作用:
作为密封剂,它可填补转子与壳体以及转子与转子之间的泄漏间隙。
(4)、降噪作用:
喷入的油是粘性流体,对声能和声波有吸收和阻尼作用,一般喷油后噪声可降低10~20dB(A)。
2、最小压力阀的作用:
(1)、保证最低的润滑油循环压力。
(2)、作为止回阀,以避免在空压机停机或无负荷情况下,供气管线内的压缩空气回流到机组内。
(3)、保证油气分离器滤芯前后有一定的压差,以免刚开机时滤芯前后压差过大造成挤破的现象。
3、温控阀的作用:
维持润滑油温高于压力露点温度以上,以免空气中的水份析出。
4、油气分离桶的作用
(1)、作为初级油气分离的装置,它可将直径大于1μm的油滴采用机械碰撞法被有效地分离出来。
(2)、作为空压机润滑油的储油器。
(3)、作为油气分离器滤芯的支撑体,该滤芯可将直径1μm以下的油滴先聚结为直径更大的油滴,然后再分离出来。
第三章变频器的简介
变频器(Variable-frequencyDrive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。
变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率,根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的,另外,变频器还有很多的保护功能,如过流、过压、过载保护等等。
随着工业自动化程度的不断提高,变频器也得到了非常广泛的应用。
3.2变频器工能作用
一、变频器的直接作用:
通过改变电动机的电压和频率,使电机的速度可以无极调节。
1、软启动节能:
电机硬启动对电网造成严重的冲击,而且还会对电网容量要求过高,启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大,对设备、管路的使用寿命极为不利。
而使用变频节能装置后,利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,延长了设备和阀门的使用寿命。
节省了设备的维护费用。
2、功率因数补偿节能:
无功功率不但增加线损和设备的发热,更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低,大量的无功电能消耗在线路当中,设备使用效率低下,浪费严重,使用变频调速装置后,由于变频器内部滤波电容的作用,从而减少了无功损耗,增加了电网的有功功率。
二、变频器的间接作用:
1.节能(节电)。
风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量,其输入功率大,且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。
当使用变频调速时,如果流量要求减小,通过降低泵或风机的转速即可满足要求。
降低电耗。
2.提高生产设备自动化程度.
当前有很多品牌的变频器,如:
杭州奥圣电气有限公司代理的日业变频器CM530系列在满足客户通用需求的前提下,通过扩展设计可以灵活地满足客户个性化要求、行业性要求满足各种复杂高精度传动的要求,同时为设备制造业客户提供高集成度的一体化解决方案。
3.3变频器组成
变频器通常分为4部分:
整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。
整流单元:
将工作频率固定的交流电转换为直流电。
高容量电容:
存储转换后的电能。
逆变器:
由大功率开关
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