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        螺桿式空壓機論文(精選論文6篇)

        來源:未知 作者:王老師
        發布于:2021-09-09 共6690字

          螺桿式空壓機具有安全,可靠,節能,環保等特點,在我國使用比較普遍.要使設備時刻具備良好的狀況,必須堅持對其進行合理的維護保養,才能夠延長設備的運行周期,減少故障停車維修次數,提高生產效率。本文是螺桿式空壓機論文6篇,以供借鑒。

          螺桿式空壓機論文第一篇:工頻和變頻切換的螺桿式空壓機設計

          摘要:主要介紹一種工頻和變頻自動切換螺桿式空壓機的設計,將工變頻切換方案的設計應用在空壓機上可以有效降低用戶因為變頻器故障而引發的空壓機突然停機帶來停產的風險,同時也可以幫助用戶降低能耗。該方案通過工變頻切換的設計可以讓用戶減少對備用機組的投資,用戶可以根據使用條件和環境自行切換模式。

          關鍵詞:變頻器;螺桿式空壓機;工變頻切換;

          1 概述

          空氣壓縮機作為工業生產的第二大能源動力,其能耗在工廠中所占比例極大,在我國的紡織行業中空氣壓縮機用電比例超過整廠耗能比例的50%,在紡織行業織布機的動力主要有兩種:一種是通過水來帶動,由于這種工藝產生的污水較多,對環境的影響非常大,在我國的江浙地區逐漸被關停取消,屬于不再被推薦使用的工藝。另一種則是通過壓縮空氣來帶動,這種紡機工藝在我國的大部分地區在使用,而且由于產能的增加,壓縮機的需求量也每年在增加。

          雙螺桿式空氣壓縮機一般由主機系統、潤滑系統、油氣分離系統、冷卻系統和電氣控系統五大部分組成。驅動電機一般采用皮帶連接或者聯軸器的方式傳動,帶動機頭轉動構成主機系統,潤滑系統的作用主要是對主機的軸承齒輪等進行冷卻和潤滑,同時向壓縮腔進行噴油,對壓縮腔進行降溫;油氣分離系統是將主機排出的油氣混合物經過旋風式分離和油細分離器,將壓縮空氣中的油分離出來,最后得到壓縮空氣。冷卻系統主要用于冷卻壓縮空氣和潤滑油。

          螺桿空壓機是容積式壓縮機,相互嚙合的陰陽轉子與機殼之間形成一個可變的空間,通過旋轉改變該空間的容積大小和位置,以達到壓縮空氣的目的。螺桿式空壓機因其可靠性高、振動小、噪聲低、操作簡單、易損件少、運行效率高等優點而得到廣泛應用。

          2 工頻空壓機的弊端

          工頻空壓機一般是指無法在空壓機正常工作過程對空壓機進行變速的空壓機,一般電機的輸入頻率就是電網電源的輸入頻率。

          電機轉速公式:

        1.png

          其中,n為電機的轉速,S為電機的轉差率,f為電機的電源頻率,p為電機的極對數。

          公式(1)中1臺電機的轉差率S和極對數p是設計好的,無法在運行中改變,輸入頻率f是由電源決定的,所以對于工頻空壓機來說也是無法改變的。

          工頻電機的啟動方式一般采用星三角降壓啟動或者軟啟動器啟動來最大程度的減小空壓機啟動對電網的沖擊。在控制中只能使用進氣閥來控制,進氣閥一般有活塞閥或蝶閥,通過控制閥的狀態來控制空壓機的裝卸。當壓力達到機器的卸載極限壓力時關閉進氣閥,空壓機進入空載狀態,也稱卸載狀態;當壓力達到用戶設定的下限時,空氣壓縮機打開進氣閥進入負載狀態,控制進氣閥的工作模式只能控制最大壓力與最小壓力之間的工作壓力。

          由于使用者在選擇空壓機時一般都是按照最大使用氣量來選擇空壓機,一般選擇的空壓機余量較大,而設備使用者往往無法全部使用掉,因此會導致管道系統壓力的持續升高,根據控制邏輯要求,設備就會出現頻繁的加卸載,卸載過程中電機依然是額定轉速下轉動的,依然會浪費掉機器滿載的40%左右的能源。據統計一般設備的平均開機率僅在80%左右,所以每年浪費掉的能源非常大。

          不僅如此,頻繁的加卸載還會帶來管道壓力的波動,為了能夠達到正常的使用壓力,不得不提高卸載壓力來滿足用戶的正常需求,壓力的提高也會造成能源的浪費,根據標準GB 19153—2019的規定壓力在0.7 MPa時1級能效比功率為5.5 k W/(m3/min),壓力在0.8 MPa時1級能效規定的比功率為5.9 k W/(m3/min)。方案中250 k W的空壓機排氣量為46 m3/min,同等氣量的情況下壓力0.8 MPa每小時耗電就高出了18.4 k W·h,這種不必要的浪費非常大。

          3 工頻和變頻切換方案的設計

          3.1 變頻器的設計原理

          隨著電子自動控制技術的快速發展,變頻技術越來越成熟,變頻器也在各行各業被廣泛應用,而將變頻器技術應用在空氣壓縮機上的歷史并不悠久,在近幾年中由于變頻器的發展和成本價格的降低,才逐漸被空壓機行業所應用。使用變頻器技術的優勢是顯而易見的,壓力穩定輸出,可以任意調節用戶所需要的壓力,變頻方式啟動電流較小,最大的優勢則是體現在節能上。

          由公式(1)可知:可以通過改變電機的輸入頻率來改變電機轉速,通過改變電機轉速可改變壓縮機主機的轉速調節空氣壓縮機的容積流量。

          變頻器的作用就是可以將額定380 V 50 Hz的電網的電源,通過整流和逆變以后輸出需要的頻率和電壓的電源。而需要的目標頻率可以通過通訊、模擬量或者變頻器內部的PID計算獲得。以壓力作為反饋信號,當設定一個目標壓力以后,空壓機控制器將會通過目前壓力和目標壓力進行PID計算,得出當前電機需要的轉速百分比來調節電機轉速,從而達到減小氣量穩定壓力的作用。

          使用變頻器以后前期的控制邏輯沒有改變,開機以后由于管網壓力小于加載壓力進氣閥將會打開,機器滿載運行,當用戶的需求氣量減小時,空壓機控制器會檢測到當前壓力大于目標壓力,那么控制器會通過通訊或者模擬量傳給變頻器,變頻器會改變頻率和輸出電壓來改變電機的轉速。以此來降低主機轉速,減小壓縮機的容積流量。當用戶不再使用氣量或者使用的氣量極小時,由于最低轉速下轉速無法改變,壓力繼續上升至卸載壓力,進氣閥門將關閉,變頻器停止運行進入休眠狀態,這種調節方式將消除空載狀態的能源浪費。

          使用變頻器調節后,用戶根據需求設定目標壓力,當用戶的用氣量減小時,機器也不會將壓力上升,這樣就消除了空壓機因為過余壓力而產生的能源消耗。同時用戶的啟動可以由原來的星三角啟動變為變頻變壓啟動,這種方式將大大減小電動機的啟動電流。

          但是由于變頻器的電子元器件眾多,一些元器件對環境也有一定的要求,相對而言,變頻的故障也就會有所提高。變頻器的故障造成的空壓機突然停機會給用戶造成不可控的損失,甚至出現原材料報廢的風險。

          3.2 工頻和變頻切換方案的設計

          該方案的設計整機型號為SV-250W-II,額定功率為250 k W的空壓機,在該方案中為了防止變頻器突然故障帶來的損失,采用變頻運行,當變頻器故障時自動切換到工頻運行的方案,最大限度的減小空壓機突然停機所帶來的損失。

          該方案使用西門子S7-200 PLC作為控制系統,使用梯形圖進行控制邏輯編輯,使用更為人性化的觸摸屏作為設備的操作界面,所有的參數設置和應用均可以在觸摸屏中完成,這樣可以讓操作人員更簡單的操作機器,同時可以實現無人值守運行空壓機,當空壓機有故障時可以隨時顯示在觸摸屏上。

          方案的電氣設計如圖1所示,接觸器KM1和KM2用來控制變頻器與電機之間的連接,接觸器KM3、KM4和KM5用來控制電機的工頻啟動和運行,其中KM1、KM2與KM3、KM4、KM5互鎖,KM4與KM5互鎖。當空壓機以變頻模式運行時,KM1、KM2閉合,KM3、KM4、KM5斷開;當空壓機工頻運行時,KM1和KM2斷開,KM3和KM5先關閉,KM5在電機啟動后打開,KM4關閉,從而實現工頻星形降壓起動。

          工變頻切換的系統設計如圖2所示,工頻模式采用3個接觸器星三角啟動方式作為空壓機啟動方式,工頻系統和變頻系統共同采用1個控制電路系統和控制器。當空壓機以變頻器模式運行時,在觸摸屏的參數設置中將運行模式改為變頻即可,點擊空壓機的啟動按鈕,控制器將會接通控制變頻器電源的接觸器,同時向變頻器傳遞啟動信號,變頻器啟動,PLC會根據排氣壓力信號進行PID計算后將頻率信息通過模擬量的方式傳輸給變頻器,以達到調節氣體體積和恒壓的目的。

          當變頻器發生故障后,變頻器通過數字量將故障信號反饋給PLC,PLC自動將運行模式切換至工頻運行,并自動啟動機器,主電機以星三角啟動的方式啟動,啟動完成后繼續加載工作,該過程可以在數秒內完成。由于用戶配備了儲氣罐系統,切換的過程時間很短,所以該工藝流程可以將用戶的損失降到最低。

          當用戶使用的氣量較大并且工況穩定時,機器會一直滿負荷運行的情況下,用戶可以通過觸摸屏自行切換到工頻模式,這種模式可以減少變頻的故障率,還可以節省變頻器自身的耗電,一般變頻器自身的耗電會在變頻器額定功率的1%~2%左右,如果時間較久,對用戶而言也是很可觀的能源節省空間。

        1.png

          圖1 工變頻切換電氣原理圖

          圖1 工變頻切換電氣原理圖    1.png

          圖2 控制系統流程圖  

          4 總結

          隨著空壓機電氣控制技術的不斷發展,變頻技術的應用越來越廣泛,節能減排和產品的穩定性同樣是用戶在選擇產品時不得不考慮的兩個問題,變頻技術和工變頻切換的技術可以大大降低用戶能耗,為用戶帶來很好的經濟價值,同樣也降低了用戶的使用風險,提高了本身產品的穩定性。希望今后通過更多的技術手段使空壓機變得更節能,為我們的“碳達峰”和“碳中和”目標共同努力。

          參考文獻

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          螺桿式空壓機論文第二篇:水冷式螺桿空壓機改造分析

          摘要:以某金屬切割焊接設備制造廠風冷式空壓機夏季高溫致使停機現象為案例,經論證分析進行水冷改造,水冷改造后的空壓機在高溫高壓的環境下工作效率更高,運行更加穩定可靠。

          關鍵詞:螺桿空壓機;水冷,改造分析;

          1 前言

          某金屬切割焊接設備制造廠采用螺桿空壓機連續為金屬切割焊接提供氣源,該套設備由兩臺SVC-132A-II/4.5型薩震壓縮機38 m3風冷式空壓機、1臺200 m3的SZW-200型無動力干燥機、1只200 m3的A-200型過濾器、兩個6 m3的儲氣罐組成。由于夏季較為炎熱且生產車間進行切割及焊接作業,環境溫度超過40℃,溫度過高,會使潤滑油的黏度降低,產生摩擦損壞、密封不嚴等問題,導致空壓機的效率降低;且工作環境中粉塵較多,造成冷卻系統堵塞,從而導致設備排氣溫度過高造成停機,影響正常生產作業。所以對該空壓機的風冷進行水冷改造,提高冷卻效率,保證設備正常運轉。

          2 空壓機的原理

          螺桿式空壓機由一對陰陽轉子組成,陰陽轉子有凸齒和凹齒相互嚙合,電機帶動陰陽轉子轉動對空氣進行壓縮。其工作原理是吸入的氣體在陰陽轉子間隨著轉子的轉動容積慢慢減小,達到壓縮的目的,當氣體被壓縮到所需的工作壓力時,氣體排出到油氣桶進行油氣分離。重復不斷的吸氣、壓縮、排氣、分離等實現壓縮過程。

          3 空壓機的工作過程

          螺桿空壓機的工作過程有3個階段,分別為進氣、壓縮、排氣。隨著轉子轉動,相互嚙合的凸齒和凹齒完成一系列的工作循環。

          (1)進氣過程。陰陽轉子在轉至進氣口的時候,陰陽轉子間的空隙最大,此時轉子間的空隙與進氣口是連通的,排氣的時候轉子間的氣體會全部被排出,氣體全部被排出的時候,轉子間的空隙就會處于真空狀態,由于存在負壓,轉子轉至進氣口時,空氣會被吸進來,進入陰陽轉子間空隙位置。當氣體充滿了轉子間時,轉子脫離進氣口的位置,完成整個進氣過程。

          (2)壓縮過程。陰陽轉子在完成進氣時,由于有潤滑油密封氣體在轉子間形成密閉空間,這時氣體不會流出。隨著轉子轉動嚙合面慢慢向排氣口移動,嚙合面與排氣口之間的空間縮小,轉子間的氣體會被壓縮,這個過程為壓縮過程。

          (3)排氣過程。當轉子的嚙合端面轉到與排氣口連通的位置時,經過壓縮的氣體慢慢排出,直到被壓縮的氣體完全被排出,完成整個排氣過程,此同時轉子的嚙合面進氣口之間的空間變為最大,循環進氣排氣過程。

          從上述工作原理可以看出,螺桿空壓機是一種通過機械做功改變容積空間從而達到對氣體進行壓縮目的的一種設備。用容積的變化實現氣體的壓縮,用轉子的轉動實現容積的變化。

          4 不同冷卻系統的分析

          冷卻系統是空壓機中必不可少的一環,機械做功伴隨著熱量的產生,潤滑油會帶走一部分熱量,因此被壓縮后的氣體及潤滑油都有著很高的溫度。高溫氣體在多數用氣單位中是無法直接使用的,高溫的潤滑油回流到主機中會造成設備停機。所以就需要冷卻器對壓縮后的氣體及高溫油進行冷卻降溫,保證設備正常運轉,生產作業正常進行。冷卻器按冷卻方式不同可分為風冷式和水冷式兩大類。

          4.1 風冷式冷卻系統

          風冷式冷卻系統主要由風機和板式換熱器兩大構件組成,板式換熱器由波浪形金屬薄片疊加而成,通過金屬薄片間的通道進行換熱。工作時風機吹出冷風對進入板式換熱器中的高溫氣體及高溫油進行散熱降溫,從而完成對高溫氣體和高溫油的冷卻。

          選擇風冷時需要考慮以下兩點:

          (1)環境溫度。風冷是利用冷空氣對換熱器進行散熱的,當環境溫度過高,吹到換熱器上的風是熱風,就無法起到冷卻的效果。建議環境溫度不能超過40℃。

          (2)衛生條件。由于板式換熱器暴露在空氣中,如果衛生條件很差的話,翅片上會沾上灰塵,一旦這些灰塵堵住了換熱器的間隙,就會嚴重影響冷卻器換熱效果。

          4.2 水冷式冷卻系統

          水冷式冷卻系統選用的是管殼式冷卻器,由油冷卻器和氣冷卻器組成,分別對高溫油和壓縮后的氣體進行冷卻。在管殼內均布很多導流薄壁銅管及折流板,工作時熱油進入到油冷卻器,在銅管外的通道流動,由于中間設有折流板,熱油在多個通道內折返,最終流出冷卻器;而循環水則在銅管內流動,將銅管外熱油的熱量帶走。壓縮后的氣體可以同樣的方式用循環水進行冷卻。

          水冷式冷卻器因其是用水進行換熱,所以不受環境溫度的影響。但如果冷卻水的條件不達標,長期使用會導致冷卻器結構堵塞,不便于后期的維護保養。

          選擇水冷時需要注意以下兩點:

          (1)進水溫度。水冷是用水進行換熱,所以進水溫度極其重要,進水溫度過高起不到冷卻的效果。進水溫度應不大于32℃,水壓在0.2~0.5 MPa。

          (2)水質條件。若循環水中含有較多的雜質,容易造成結垢堵塞,要求在進水口處加水過濾器。

          5 改造方案

          針對夏季環境溫度過高,現有風冷式空壓機高溫致使停機的現象,將冷卻系統改造為水冷系統,水冷式冷卻系統包括管式換熱器和冷卻塔兩大部分。

          水冷系統的改造核心是能夠源源不斷的給冷卻器提供所需冷卻水量,用以給壓縮后的高溫氣體及熱油進行冷卻降溫,以保證設備的正常運行?諌簷C運行時,被壓縮后的氣體及熱油排入到油氣桶內,通過油細分離器進行油氣分離,分離出來的高溫氣體通過最小壓力閥進入到氣冷卻器;分離出來的熱油通過油細分離器滴落到油氣桶內,若熱油達到溫控元件的開啟溫度直接回流到主機參與壓縮進程,若熱油溫度沒有達到溫控閥的開啟溫度則進入到油冷卻器。冷卻水先進入到油冷卻器中循環,通過油冷卻器與氣冷卻器之間的連接水管進入到氣冷卻器循環,冷卻水將熱量帶走后流出氣冷卻器進入冷卻塔,冷卻后的水再次進入到油冷卻器進行循環。整個冷卻循環過程,冷卻水源源不斷的進入冷卻器進行冷卻,與風冷式冷卻系統相比,冷卻效果顯著增強。

          6 換熱量計算

          通過風冷式風機上的冷卻風量反推出冷卻器所需的換熱功率,選擇合適的水冷卻器,通過計算可得水冷卻器冷卻水量,選擇合適的水塔。

          6.1 風冷式冷卻風量計算

          P軸=姨3 UI×cosφ×η×η傳動

        1.png

          式中:P軸———為壓縮機軸功率,k W;

          U———為電機輸入電壓,V;

          I———為電機輸入電流,A;

          cosφ———為電機功率因素;

          η———為電機效率;

          η傳動———傳動效率;

          C氣———氣的比熱容,1.003 k J/(kg·K);

          m———氣的質量,kg;

          △t———氣的溫差,℃;

          ρ氣———氣的密度,1.293 kg/m3;

          V———冷卻風量,m3。

          6.2 水冷式冷卻水量計算

        1.png

          式中:P軸———為壓縮機軸功率,k W;

          C油———油的比熱容,1.842 k J/(kg·K);

          m油———油的質量,kg;

          △T———油的溫差,℃;

          C氣———氣的比熱容,1.003 k J/(kg·K);

          m氣———氣的質量,kg;

          △t———氣的溫差,℃;

          C水———水的比熱容,4.2 k J/(kg·K);

          m水———冷卻水量,kg;

          △t水———水的溫差,℃。

          7 結束語

          當環境溫度過高時,風冷式冷卻系統的冷卻效果差,螺桿式空壓機在運行過程中可能會出線高溫停機現象。對此在水質條件符合的情況下,可以對空壓機進行水冷改造,提高冷卻效果,解決高溫現象。經論證分析,水冷改造后的空壓機在高溫高壓的環境下工作效率更高,運行更加穩定可靠。

          表1 改造前后各參數表對比

        1.png

          參考文獻

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