螺桿空壓機(jī)各種控制方式
螺桿空壓機(jī)選型時(shí)考慮的因素很多，必須照顧到最高耗氣量并考慮一定的余量，但是日常運(yùn)行時(shí)，空氣壓縮機(jī)并非總是在額定排氣工況下。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國空氣壓縮機(jī)的平均負(fù)載只有額定容積流量的79%左右，可以看出壓縮機(jī)選型時(shí)需要考慮額定負(fù)載工況和部分負(fù)載工況的功耗指標(biāo)。
所有的螺桿空壓機(jī)均有排氣量調(diào)節(jié)功能，只是實(shí)現(xiàn)的措施有不同。常見的方式有ON/OFF加載/卸載調(diào)節(jié)、吸氣節(jié)流、電機(jī)變頻、滑閥變?nèi)?/span>等，這些調(diào)節(jié)方式也可以靈活地組合使用來優(yōu)化設(shè)計(jì)。
在壓縮機(jī)主機(jī)能效一定的情況下，只能從壓縮機(jī)整機(jī)上進(jìn)行優(yōu)化控制方式達(dá)到進(jìn)一步節(jié)能的目的，從而在空氣壓縮機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域中實(shí)際達(dá)到綜合節(jié)能效果。
螺桿空壓機(jī)的應(yīng)用范圍比較廣泛，很難找到適合所有場合并完全有效的控制方式，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況綜合分析，以便選擇對(duì)應(yīng)合適的控制方式，以下簡要介紹四種常見的控制方式包括其主要特點(diǎn)及用途。
1.1 ON/OFF加載/卸載控制
ON/OFF加載/卸載控制是比較傳統(tǒng)、比較簡單的控制方式，它的功能是根據(jù)客戶用氣量的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)進(jìn)氣閥的開關(guān)，使壓縮機(jī)加載或卸載，以減小供氣壓力的波動(dòng)。該控制中有電磁閥、進(jìn)氣閥、放空閥和控制管線。
當(dāng)客戶用氣量等于或大于機(jī)組的額定排氣量時(shí)，啟動(dòng)/卸載電磁閥處在得電狀態(tài)控制管路不導(dǎo)通，壓縮機(jī)主機(jī)進(jìn)氣閥在吸氣真空作用下完全打開，機(jī)組保持滿負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行。
當(dāng)客戶用氣量小于額定排氣量時(shí)，壓縮機(jī)管路的壓力會(huì)緩慢上升，當(dāng)排氣壓力達(dá)到并超過機(jī)組卸載壓力，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)入卸載運(yùn)行。啟動(dòng)/卸載電磁閥處在失電狀態(tài)控制管路導(dǎo)通，一路氣去關(guān)閉進(jìn)氣閥；另一路氣打開放空閥讓油氣分離罐中的壓力放空，直至油氣分離器罐內(nèi)部壓力穩(wěn)定(一般是0.2～0.4MPa) ，此時(shí)機(jī)組將在較低的背壓下運(yùn)行，保持空載狀態(tài)。
當(dāng)客戶用氣量增加使管路壓力下降到規(guī)定值時(shí)，機(jī)組就繼續(xù)加載運(yùn)行。此時(shí)啟動(dòng)/卸載電磁閥得電，控制管路不導(dǎo)通，機(jī)頭進(jìn)氣閥在吸氣真空作用下保持最大開度。如此根據(jù)用戶端用氣量的變化機(jī)器反復(fù)加載、卸載的運(yùn)行。加載/卸載控制方式的主要特點(diǎn)是主機(jī)進(jìn)氣閥只有完全打開、完全關(guān)閉2種狀態(tài)，機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)只有加載、卸載、自動(dòng)停機(jī)3種狀態(tài)。
對(duì)客戶來說，壓縮空氣都是允許多但不允許不足，換言之，空氣壓縮機(jī)的排氣量是允許大，不允許小。因此，當(dāng)機(jī)組排氣量大于用氣量時(shí)，空壓機(jī)機(jī)組會(huì)自動(dòng)的卸載，以保持排氣量和用氣量維持平衡。
1.2 吸氣節(jié)流控制
吸氣節(jié)流控制方式根據(jù)客戶所需的用氣量來調(diào)節(jié)壓縮機(jī)進(jìn)氣量的大小，以便達(dá)到供需平衡，主要元件包括電磁閥、壓力調(diào)節(jié)器、進(jìn)氣閥等。當(dāng)用氣量等于機(jī)組的額定排氣量時(shí)，進(jìn)氣閥完全打開，機(jī)組將在滿載狀態(tài)下運(yùn)行；當(dāng)用氣量小于額定排氣量時(shí)，控制氣路自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥的開度，控制進(jìn)氣量的大小?，F(xiàn)針對(duì)一臺(tái)工作壓力為8～8.6bar的壓縮機(jī)機(jī)組運(yùn)行過程中的4種工況，分別介紹吸氣節(jié)流控制方式的功能。
(1) 啟動(dòng)工況0～3.5bar
壓縮機(jī)機(jī)組啟動(dòng)后，進(jìn)氣閥關(guān)閉著，油氣分離器罐中壓力迅速建立；當(dāng)達(dá)到設(shè)定時(shí)間會(huì)自動(dòng)切換到滿載狀態(tài)，進(jìn)氣閥靠真空吸氣作用微微打開。
(2) 常規(guī)運(yùn)行工況3.5～8bar
當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)壓力超過3.5bar后，沖開最小壓力閥使壓縮空氣進(jìn)人供氣管，電腦板實(shí)時(shí)監(jiān)控管線壓力，進(jìn)氣閥完全打開。
(3) 氣量調(diào)節(jié)工況8～8.6bar
當(dāng)管線壓力超過8bar時(shí)，控制氣路調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥的開度，使排氣量與用氣量相平衡，在此期間排氣量調(diào)節(jié)范圍是50%～100%。
(4)卸載工況-壓力超過8.6bar
當(dāng)所需用氣量減少或不需用氣時(shí)，管線壓力超過設(shè)定值8.6bar時(shí)，控制氣路關(guān)閉進(jìn)氣閥并打開放空閥，釋放油氣分離罐中的壓力；機(jī)組在很低的背壓下運(yùn)行，耗能減少。
當(dāng)管線壓力降至設(shè)定的最低壓力時(shí)，控制氣路關(guān)閉放空閥，打開進(jìn)氣閥，機(jī)組轉(zhuǎn)換為加載工況運(yùn)行。
吸氣節(jié)流控制通過對(duì)進(jìn)氣閥的開度控制，進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，從而減小了壓縮機(jī)的功耗，并降低了頻繁加載/卸載的頻率，因此有一定的節(jié)能效果。
1.3 變頻調(diào)速控制
壓縮機(jī)變頻轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制是通過改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)排氣量。變頻壓縮機(jī)的氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功能是根據(jù)客戶用氣量的大小，通過變頻改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來配合不斷變化的空氣需求量，以便達(dá)到供需平衡。
每款變頻機(jī)組根據(jù)型號(hào)的不同，設(shè)定有機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)變頻器最大輸出頻率及電機(jī)最高轉(zhuǎn)速。當(dāng)客戶用氣量等于機(jī)組的額定排氣量時(shí)，變頻機(jī)組調(diào)節(jié)變頻電機(jī)的頻率而提高主機(jī)轉(zhuǎn)速，機(jī)組在滿載狀態(tài)下運(yùn)行；當(dāng)用氣量小于額定排氣量時(shí)，變頻機(jī)組將通過降低變頻電機(jī)的頻率從而降低主機(jī)轉(zhuǎn)速，相應(yīng)降低進(jìn)氣量；當(dāng)客戶停止用氣時(shí)，變頻電機(jī)的頻率降至最低，同時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣閥不再進(jìn)氣，機(jī)組處于空載狀態(tài)在較低的背壓下運(yùn)行。
壓縮機(jī)變頻機(jī)組配備的驅(qū)動(dòng)電機(jī)其額定功率是一定的，但電機(jī)的實(shí)際軸功率跟其負(fù)載、轉(zhuǎn)速直接相關(guān)。壓縮機(jī)機(jī)組采用變頻調(diào)速，在負(fù)載降低的情況下同時(shí)降低轉(zhuǎn)速，可大大提高輕載運(yùn)行時(shí)的工作效率，同時(shí)能十分方便地連續(xù)調(diào)節(jié)，保持排氣量和排氣壓力的穩(wěn)定。
變頻壓縮機(jī)相對(duì)于工頻壓縮機(jī)來說，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)需要為變頻電機(jī)，配有變頻器及相應(yīng)的電控柜，因此成本會(huì)比較高。所以，選用變頻壓縮機(jī)初次投資成本較大，變頻器本身有功率消耗以及變頻器散熱通風(fēng)限制等原因，只是用戶耗氣量變化范圍大的空氣壓縮機(jī)，經(jīng)常處在較低負(fù)載才有選擇變頻器的必要。
變頻壓縮機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)如下：
(1) 節(jié)能效果明顯；
(2) 啟動(dòng)電流小，對(duì)電網(wǎng)沖擊??；
(3) 排氣壓力穩(wěn)定；
(4) 機(jī)組噪聲低，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率低，無頻繁加卸載噪聲。
1.4 滑閥變?nèi)菡{(diào)節(jié)
滑閥變?nèi)菡{(diào)節(jié)控制方式的工作原理為：通過一個(gè)機(jī)構(gòu)去改變壓縮機(jī)主機(jī)壓縮腔內(nèi)的有效壓縮容積，從而調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的排氣量。與ON/OFF控制、吸氣節(jié)流控制及變頻控制都屬于壓縮機(jī)外部控制的工作原理有所不同，滑閥變?nèi)菡{(diào)節(jié)方式需要改變壓縮機(jī)本身的結(jié)構(gòu)。
容積流量調(diào)節(jié)滑閥是螺桿壓縮機(jī)用來調(diào)節(jié)容積流量的一種結(jié)構(gòu)元件，采用這種調(diào)節(jié)方式的機(jī)如圖1的轉(zhuǎn)動(dòng)滑閥結(jié)構(gòu)，氣缸壁上開有與轉(zhuǎn)子螺旋形狀相對(duì)應(yīng)的旁通孔，當(dāng)這些孔沒有被蓋住時(shí)，氣體可以從這些孔中排出。所用滑閥也俗稱為“螺旋閥”，閥體是螺旋形狀的，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)就可蓋住或打開與壓縮腔相連的旁通孔。
客戶用氣量減少時(shí)，螺旋閥轉(zhuǎn)動(dòng)打開旁通孔，使吸人的部分空氣未經(jīng)壓縮就通過壓縮腔底部的旁通孔流回人口，不參與壓縮，相當(dāng)于降低參與有效壓縮的螺桿長度即降低有效工作容積，所以有效的壓縮功大大降低，實(shí)現(xiàn)部分負(fù)載時(shí)的節(jié)能。這種設(shè)計(jì)方案可以提供連續(xù)的容積流量調(diào)節(jié)，一般可以實(shí)現(xiàn)的容量調(diào)節(jié)范圍50%～100%。
滑閥變?nèi)菡{(diào)節(jié)的工作原理示意見圖2～4。
螺旋閥結(jié)構(gòu)可用于任何型號(hào)的壓縮機(jī)，符合人們?nèi)找娉珜?dǎo)的“綠色工業(yè)”的理念。
