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永利集团304am官方入口AC60变频器在化工厂氢压缩机上的应用

一、概述
 
      在工业生产中  ,压缩空气的使用非常普遍 。在工厂内  ,若干台空气压缩机安装在一个地方  ,就构成一个空压机站 。四川某化工实业有限公司有一空压机站  ,安装有3台110kW往复式活塞空压机  ,用来压缩氢气 。由于生产上使用氢气的不均匀性  ,用气量是在动态变化的  ,有时需要同时运行数台氢压缩机供气  ,而有时连一台氢压缩机产的气都用不完  ,但氢压缩机仍在全速运行 。氢压缩机在出厂时都配套有排气压力调节装置  ,储气罐内的氢气压力超过设定压力时  ,压缩机进气管上蝶阀自动关闭  ,压缩机进入空转卸荷状态 。当储气罐内氢气低于设定的压力时  ,压缩机进气管上蝶阀自动开启  ,压缩机又进入满载工作状态 。设定值有一滞环  ,例如设定储气罐内的氢气压力为0.815MPa  ,滞环为0.045MPa  ,这种调节方式  ,供气压力的变化范围就是0.045MPa 。满载时  ,空压机的工作电流接近电动机额定电流;空转卸荷时  ,空压机的工作电流约为电动机额定电流的50% 。这部分电流不是做有用功  ,而是机械在额定转速下的空转损耗 。虽然这种调节装置也能调节压力  ,但压力的调节精度低  ,压力波动大;压缩机总是在额定转速下工作  ,机械磨损大  ,电耗高 。

二、压缩机节能原理
      根据空气压缩理论  ,压缩机的轴功率PZ(kW)、排气量QD(m3/min)和轴转速n(r/min)符合下列公式:
公式中:Mr—压缩机输入的平均扭矩N/m  ,K—与气缸容积、压力、温度和泄露有关的系数 n2—调节后的压缩机转速  ,r/min  ,V—气缸容积  ,m3
根据上述理论分析  ,在压缩机的气缸容积不能改变的条件下  ,只有调节压缩机的转速能改变排气量;压缩机是恒转矩负载  ,压缩机轴功率与转速成正比变化;在压缩机总排气量大于供气量时  ,通过降低压缩机转速调节供气压力  ,是达到压缩机经济运行的有效方法 。

三、变频恒压供气
 
       降低压缩机转速调节供气压力  ,是达到压缩机经济运行的有效方法  ,而变频调速方法  ,是一种效率较高的调速方法 。考虑在储气罐上安装一只压力变送器  ,将压力信号反馈到变频器的端子上  ,构成恒压供气系统  ,供气压力0.8MPa 。本例选用一台永利集团304am官方入口AC60-132kW变频器  ,压力变送气选用森纳斯DG13W=BZ-A  ,1.6MPa 。恒压供气原理图如图1所示 。变频器控制第一台压缩机  ,给定调节用变频器上的操作键盘  ,变频器的多功能输出Y1、Y2分别接第二和第三台的压缩机的自耦减压起动器的起动/停止电路  ,这样可由变频器的输出控制另外两台压缩机的运行或停机 。手动运行时  ,第一台压缩机由变频器控制  ,第二和第三台的压缩机可用自耦减压起动器人工起动/停止 。自动运行时  ,第一台压缩机首先变频运行  ,当变频器的输出频率已达到50.00Hz  ,供气量仍不足  ,变频器的输出节点Y1、Y2动作  ,起动第二和第三台的压缩机工作;如供气量大于给定值时  ,系统自动停止第二和第三台的压缩机工作  ,通过闭环调节可实现恒压供气 。
       氢气为可燃性气体  ,压缩机的工作场地有爆炸危险  ,AC60系列变频器的防护等级为IP21  ,显然不能安装在有爆炸危险的场合 。将变频安装在没有爆炸危险的配电房内  ,用远方控制盒在压缩机旁进行操作  ,远方控制盒也要考虑为本质安全性的 。

四、结束语
 
      该压缩机改造完成后  ,经过三个月的运行  ,达到了预想的目的 。不论生产用气如何改变  ,恒压供气的气压维持在0.8MPa左右  ,供气质量大幅度提高 。节能方面  ,由压缩机的公式可见  ,压缩机消耗的轴功率PZ(kW)与轴转速n(r/min)成正比  ,而压缩机的排气量QD(m3/min)又与轴转速成正比  ,则压缩机消耗的轴功率PZ(kW)就与压缩机的排气量QD(m3/min)成正比  ,即是: 
                            
公式中:Mr、K、V均为常数  ,可见减少排气量  ,可节省轴功率 。经实测节电率达到26%  ,取得了较好的经济效益 。