根據上述理論分析,在氫壓縮機的氣缸容積不能改變的條件下,只有調節氫壓縮機的轉速來改變排氣量;氫壓縮機是恒轉矩負載,壓縮機軸功率與轉速的一次方成正比變化;在氫壓縮機總排氣量大于供氣量時,通過降低壓縮機轉速調節供氣壓力,是達到壓縮機經濟運行的有效方法。
在可以選用的交流異步電動機調速方法有變極調速、改變皮帶輪傳動比、繞線式電動機轉子串電阻調速等。變頻調速與其它調速方法相比,具有無極調速、容易實現自動控制、不用改變設備結構和安裝工作量小的特點,高效調速且節能。即交流異步電動機變頻調速,是一種不耗能的高效的調速方法。
三. 變頻恒壓供氣
變頻器、壓力變送器構成壓力閉環系統,自動按需降低氫壓縮機轉速調節供氣壓力,達到壓縮機經濟運行。考慮在儲氣罐上安裝一只壓力變送器,將壓力信號反饋到變頻器的端子上,構成恒壓供氣系統,供氣壓力設置為0.8MPa。
氫壓縮機電動機的額定電流應等于或小于恒轉矩變頻器額定電流。變頻器要有內置PID調節器和4~20mA模擬信號接口。本例選用一臺森蘭SB70G132變頻器,壓力變送氣選用森納斯DG13W=BZ-A,1.6MPa。恒壓供氣原理圖如圖2所示:
圖中:由壓力傳感器PT從貯氣罐取出壓力反饋信號,送至變頻器內部PID調節器的輸入端,與預置的壓力給定信號相比較,經PID調節器處理后,從而決定電動機的工作頻率和轉速。此種控制方式在保證儲氣罐氫氣的壓力始終保持恒定的前提下,在用氣量改變時自動調節電動機轉速,保持高效率運轉實現節能。
圖2 恒壓供氣原理圖
變頻器控制第一臺氫壓縮機,給定調節用變頻器上的操作鍵盤,變頻器的多功能輸出Y1、Y2接第二和第三臺氫壓縮機的自耦減壓起動器的起動/停止電路,這樣可由變頻器的輸出控制另外兩臺氫壓縮機的運行或停機。手動運行時,第一臺氫壓縮機由變頻器控制,第二和第三臺的氫壓縮機可用自耦減壓起動器人工起動/停止。自動運行時,第一臺氫壓縮機首先變頻運行,當變頻器的輸出頻率已達到50Hz,供氣量仍不足,變頻器的輸出節點Y1、Y2動作,起動第二和第三臺氫壓縮機工作;如供氣量大于給定值時,系統自動停止第二和第三臺的氫壓縮機工作,通過閉環調節可實現恒壓供氣。
氫氣為可燃性氣體,氫壓縮機的工作場地有爆炸危險,SB70G系列變頻器的防護等級為IP2O,顯然不能在有爆炸危險的場合。將變頻安裝在沒有爆炸危險的配電房內,用遠方控制盒在壓縮機旁進行操作,遠方控制盒也要考慮為本質安全性的。
四、注意事項
1、由于空氣壓縮機的轉動慣量大,在選用變頻器時應根據具體的工況條件和現場的運行電流情況確定選配的變頻器容量。
2、壓力傳感器應在壓力變化不是相對劇烈地方,最好安裝在儲氣罐上。為避免干擾,壓力傳感器的信號盡量采用4~20mA電流信號,傳輸線用雙芯屏蔽線。
3、在變頻器的控制系統中應設有開環和閉環兩種控制模式,以便于調試和特殊情況下使用。
4、由于空氣壓縮機不允許長期工作在低頻狀態下,在低頻下運行不但穩定性變差,而且容易出現喘振,另一方面也使缸體的潤滑變差,會加快磨損,故應設定合理的、有效的、安全的工作頻率下限。具體的設定要根據不同的工況、不同的使用條件和要求,耐心細致地調整。
五、節能改造后的效果
壓縮機于2005年8月改造完成,經過三個月的運行,達到了預想的目的。不論生產工藝如何改變,也不論供氣量如何改變,恒壓供氣的氫氣壓力維持在0.8MPa左右,供氣質量大幅度提高。
變頻調速后,空壓機零速平滑起動,提高生產安全性。氫壓縮機任何時候不再是全速運轉,轉速降低后,工作環境噪音也相應下降;轉速降低后,機械的磨損隨之減小,有利于增長壓縮機的壽命,降低維修成本。
節能方面,由壓縮機的公式可見,壓縮機消耗的軸功率PZ(kW)與軸轉速n(r/min)成正比,而壓縮機的排氣量QD(m3/min)又與軸轉速成正比,則壓縮機消耗的軸功率PZ(kW)就與壓縮機的排氣量QD(m3/min)成正比,降低轉速可節省軸功率,經實測節電率達到26%,取得了較好的經濟效益。










