Что такое режим холостого хода компрессора (3 видео)

Для Вашего производства нужен сжатый воздух. Бывает его потребление постоянным и равномерным? Никогда.

Кто-нибудь знает, сколько его производить в каждую конкретную минуту? Никто.

Может быть, Ваш компрессор знает что-то об этом? Вряд ли.

Как быть? Вариант для стандартных компрессоров только один — регулировка «нагрузка-холостой ход». Воздух нужен — работаем под нагрузкой, не нужен — переходим на холостой ход, долго не нужен — вообще останавливаемся.

Характер потребления сжатого воздуха на предприятии

Как правило, график суточной потребности любого предприятия в сжатом воздухе можно условно представить в виде диаграммы, показывающей сколько времени производство работает с определенной долей загрузки.

Из диаграммы легко заметить, что максимальная потребность в сжатом воздухе присутствует менее чем четверть обозреваемого периода. Основное время производство работает с загрузкой от 60 до 80%. Однако при выборе компрессора максимальную потребность нельза просто проигнорировать, иначе в эти моменты производству просто не хватит воздуха.

Получается, что выбранный по максимальной потребности производства компрессор будет основное время работать с загрузкой 70%.

Что же делать?

Неплохо было бы создать компрессор, который сам знает, сколько воздуха нужно в каждый конкретный момент и производит его ровно в таком количестве. Благодаря этому ему был бы не нужен холостой ход и значит он не выбрасывал бы Ваши деньги на ветер.

Такой компрессор создан и такой компрессор есть в продаже — это компрессор с частотным преобразователем. Компрессор серии ALLEGRO, SOLO, ALTAIR и APOLLO. Частотный преобразователь позволяет плавно менять скорость вращения электродвигателя, за счет чего меняется производительность компрессора. Электронный блок управления компрессором и автоматика отслеживают потребление воздуха и оперативно меняют его производство.

На чем можно экономить?

Что такое «холостой ход» применительно к воздушному винтовому компрессору? Это когда компрессор работает, потребляет электроэнергию, но сжатый воздух не производит. За электроэнергию надо платить. Это как в автомобиле — Вы заправились на бензоколонке, заплатили свои деньги для того, чтобы ехать на машине, но при этом стоите в пробке и никуда не двигаетесь. Мотор работает на холостом ходу, сжигает бензин, но Вы даже не отъехали от бензоколонки. И вот через некоторое время бак снова пуст, и снова надо заезжать на эту же бензоколонку и снова лезть за кошельком. На что Вы потратили деньги, если никуда не доехали? Лучше бы Вы сидели в кафе на этой же самой бензоколонке, пили кофе и ждали, пока пробка исчезнет.

То же самое и с холостым ходом на компрессоре — деньги на ветер. Компрессор также как и Вы не знает, когда можно будет поехать/включиться под нагрузку. И поэтому не останавливается/не глушит мотор в течение определенного времени/пока не лопнет терпение.

Вы спросите, почему бы компрессору ни выключаться сразу, как только не нужно производить воздух? А Вы часто глушите мотор в пробках? Вдруг в следующую секунду нужно будет проехать вперед на полметра. А на светофоре? Может зеленый свет загорится через 0.00587 с. Так и любой винтовой компрессор имеет конструктивное ограничение на количество включений в час. Иначе он просто сгорит.

Регулировка «нагрузка-холостой ход»

При потребности предприятия в сжатом воздухе, отличающейся от максимальной, компрессор без регулировки производительности вынужден периодически прекращать производство воздуха, для чего он переходит на холостой ход в ожидании момента, когда давление в воздушной магистрали упадет ниже определенного значения (что будет означать, что запас сжатого воздуха исчерпан). Таким образом, в воздушной магистрали возникают колебания давления от минимального до максимального, составляющие, как правило, 1 бар (реже 0.5 бар). Так, если потребителю нужно давление 7 бар компрессор настраивается на максималное давление не ниже 7.5 бар. На графике давления появляется так называемая «пила».

При этом нужно понимать, что каждый «дополнительный» бар это дополнительно потраченные 6-8% мощности компрессора.

Аналогичный график — «пила» возникает при регулировке производительности в режиме «нагрузка-холостой ход» — единственно возможном для компрессоров без частотного регулирования. Чем меньше нужно предприятию воздуха, тем реже у этой «пилы» зубья. В конце концов, при превышении определенного времени холостого хода компрессор останавливается, для чего он должен стравить внутреннее давление в атмосферу.

Читайте также: Подключение пневмосистемы от компрессора

Таким образом, вместо плавной кривой изменения производительности компрессора с частотным регулированием мы имеем «пилу» обычной регулировки. При этом возникают несколько типов потерь, которых можно было избежать.

При детальном рассмотрении графика изменения нагрузки при регулировке «нагрузка-холостой ход» мы видим, что время работы компрессора на холостом ходу (при котором потребляется приблизительно 30% от его мощности) — это в чистом виде деньги, выброшенные на ветер.

При остановке компрессора возникают такие потери, как электроэнергия, затраченная на работу во время разгрузки, а также электроэнергия, потраченная на сжатие того воздуха, который в последствии был бесполезно стравлен в атмосферу при разгрузке компрессора.

Что это дает?

Ваша жизнь изменилась в лучшую сторону. Теперь Вы получаете столько воздуха, сколько Вам на самом деле нужно. Ни больше, ни меньше.

Продажа компрессора Вас не привела к дополнителным необоснованным расходам.

Вы не тратите деньги в холостую, т.е. на холостой ход компрессора.

Вы не стравливаете сжатый компрессором за Ваши деньги воздух обратно в атмосферу при каждой остановке компрессора, потому что ему не надо останавливаться.

Вам больше не нужно выставлять на компрессоре большее давление чем требуют Ваши потребители, потому что у Вас в сети теперь не среднее арифметическое между давлением включения и давлением выключения компрессора, а именно то значение, которое Вам необходимо. Между прочим, повышение давления на 1 бар это на 6-8 % большее потребление электроэнергии.

У Вас теперь сократились неизбежные утечки в трубопроводах, потому что давление в них не превышает необходимого. Уменьшение давления на 1 бар сокращает норму утечки примерно на 10%.

Каждое утро Ваш компрессор запускается без пиковых потреблений тока, в 3 — 4 раз превышающих номинал электродвигателя, потому что частотный преобразователь позволяет ему плавно набирать обороты и увеличивать мощность. У Вас нет экстремальных нагрузок на электросеть, у Вас в диспетчерской не плавятся компьютеры и в столовой не взрываются микроволновки.

Постоянный ремонт компрессора не является больше Вашей головной болью.

Себестоимость Вашей продукции падает, а ее конкурентоспособность повышается. Ваш бизнес процветает.

Пусковые токи при запуске компрессора

В настоящее время промышленностью используются несколько раличных схем включения электрических машин в сеть. Все они в той или иной степени подвержены одному недостатку — они не позволяют полностью исключить значительные превышения тока при пуске его номинального значения.

Даже при использовании так называемых «плавных пускателей» всё равно присутствуют превышения номинального тока до 3-х номиналов.

Большинство электродвигателей современных компрессоров, не оборудованных частотным регулированием, включаются в электрическую сеть по схеме «звезда-треугольник». Данная схема включения не позволяет избежать пусковых бросков тока при переключении обмоток со звезды на треугольник менее 4-х номиналов. Конечно это нельзя сравнивать с 8-ми кратным превышением номинального тока при использовавшейся ранее схеме пуска «на прямую», однако на мощностях 75 кВт и выше пусковые токи безболезненно выдерживает далеко не каждая сеть.

Единственное решение, обеспечивающее абсолютно плавную характеристику пусковых токов — применение частотного преобразователя.

Помимо очевидных преимуществ в энергобезопасности всего предприятия данное решение позволяет экономить на более оптимальном подборе электроаппаратуры, сечения питающих кабелей.

Видео:Работа винтового компрессора, его принцип действия и устройство.Скачать

Устройство винтового компрессора

Напомним еще раз кратко основные достоинства винтовых компрессоров:

высокая надежность;
длительный ресурс работы;
возможность непрерывного круглосуточного функционирования;
простота монтажа и подключения;
сравнительно небольшие эксплуатационные затраты;
наличие системы автоматического управления;
низкий уровень шума;
высокая чистота получаемого сжатого воздуха;
низкий уровень энергозатрат на куб. метр произведенного воздуха.

Видео:Устройство и принцип работы винтового компрессораСкачать

Как же устроен винтовой компрессор?

Рис. 1,2 Устройство винтового компрессора

Воздух через всасывающий клапан (2) и воздушный фильтр (1) поступает в винтовую пару (3), которая является «сердцем» компрессора. Здесь он смешивается с маслом, циркулирующим по замкнутому контуру, и образовавшаяся воздушно-масляная смесь нагнетается с помощью винтового блока в пневмосистему. Разделение масла и воздуха происходит в сепараторе (8,9). Очищенный от масла воздух через охлаждающий радиатор (13) поступает на выход компрессора, а масло возвращается в винтовую пару. В зависимости от температуры оно проходит либо по малому кругу, либо по большому, через масляный радиатор (12). Регулировка осуществляется с помощью термостата (11). Винтовая пара приводится в движение электродвигателем (6), а автоматическое включение и выключение компрессора jсуществляется с помощью реле давления (16).

Читайте также: Матрас противопролежневый ячеистый с компрессором в перми

А теперь более подробно остановимся на составных частях компрессора, их назначении и устройстве.

Основой винтового компрессора является винтовая группа, ее конструкция хорошо видно на рис.3.

Рис. 3 Винтовой блок в разрезе

Рабочий элемент винтовой группы — это винтовая пара, состоящая из двух взаимносцепленных «червячных» роторов. Обычно, ведущий ротор выполнен как винт с четырехзаходной резьбой (витками), а ведомый с шестью (рис. 4).

Рис. 4 Схема работы винтового блока

Такое передаточное число считается оптимальным и сделано для того, чтобы уменьшить нагрузку на ведущий винт. Объем сжатия образуется между витками винтовой группы и корпусом (выделено жирной линией). Полный рабочий цикл сжатия осуществляется за один оборот ведущего винта. Из всего сказанного следует, что данная конструкция может работать только при условии очень точного прецизионного исполнения всех частей рабочего элемента (корпуса и двух взаимно подогнанных роторов).

Такое устройство принципиально отличается от поршневого компрессора, для которого характерно возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре, приводящее к повышенному нагреву и возникновению сильных вибраций. Именно поэтому использование промышленных поршневых компрессоров требует закладки массивного фундамента для компенсации вибраций и применения водяного охлаждения, то есть организации системы оборотного водоснабжения с громоздкими градирнями.

Особо следует остановиться на роли масла в винтовом компрессоре, которое выполняет сразу несколько функций:

создание масляной пленки и обеспечение зазора между роторами винтовой группы;
транспортировка воздуха;
смазка подшипников рабочего элемента;
отвод тепла.

Для обеспечения температурного режима, масло, циркулирующее в компрессоре, прокачивается через охлаждающий радиатор (12). Дело в том, что при очень высоких температурах, выше 110°С, оно теряет свою плотность, а это грозит заклиниванием роторов винтовой пары. В то же время, при низких температурах масло обладает излишней вязкостью, а, кроме того, холодная воздушно-масляная смесь может привести к образованию конденсата, что ухудшает качество воздуха на выходе компрессора. Для того чтобы температура масла как можно быстрее достигла рабочего значения, используется термостат (11). То есть, существует малый круг циркуляции масла, когда оно, минуя радиатор, возвращается в систему. По мере нагрева, включается большой круг циркуляции через радиатор. Открытие термостата наступает при достижении температуры масла около 70°С. Воздушно-масляный радиатор (12,13) является двухсекционным, комбинированным. Кроме охлаждения масла он служит и для охлаждения воздуха. Благодаря этому разница между температурой окружающей среды и температурой воздуха на выходе компрессора не превышает 7°С. Это позволяет обеспечить дальнейшую эффективную работу осушителя и всей системы подготовки воздуха.

Радиатор охлаждается проходящим через него потоком воздуха, который нагнетается внутрь компрессора вентилятором (14), установленным на валу электродвигателя (6). Все панели компрессора во время работы должны быть обязательно закрыты, именно так задается максимально эффективное направление движения воздуха, обеспечивающего отбор тепла, вырабатываемого во время сжатия. Возможно вторичное использование нагретого воздуха, например, для обогрева помещений в зимнее время. Из сказанного выше следует, что винтовая пара может работать только при условии, если она постоянно находится в воздушно-масляной смеси.

Возникающая при этом проблема отделения воздуха от масла решается с помощью следующих элементов

маслосборный ресивер (8);
маслоотделительный фильтр (9);
устройство возврата масла.

Система отделения масла имеет три ступени очистки, что обеспечивает ее максимальную эффективность. В результате остаточное содержание масла в сжатом воздухе не превышает 3 мг/куб. м. На первом этапе отделение происходит за счет центробежных сил и силы тяжести. Воздушно-масляная смесь поступает из винтовой группы по соединительному шлангу в ресивер маслоотделителя (8). Ударяясь о стенки сосуда, более тяжелые частицы масла под воздействием силы тяжести и центробежных сил опускаются на дно. Для второй ступени механической очистки используется разделительная перегородка, расположенная в средине ресивера выше входного отверстия. Воздушно-масляная смесь, поднимаясь, проходит через отверстия в перегородке, на которой так же оседают частицы масла. Оконечным элементом внутренней очистки является фильтр маслоотделителя (9), представляющий собой обычный керамический фильтрующий элемент. Масло, которое задерживается фильтром, скапливается в специальном углублении и возвращается в винтовой блок через соединительную трубку. Для визуального контроля возврата масла в систему на прозрачной трубке сделано утолщение цилиндрической формы (19), Рис. 5. Важность этого элемента заключается в том, что он позволяет проверить эффективность работы маслоотделяющего фильтра, которая снижается при увеличении количества масла.

Читайте также: Компрессор для двигателя авео

Маслосборный ресивер (8) снабжен предохранительным клапаном (10), который защищает его от превышения давления.

Очистка масла от загрязнения осуществляется с помощью масляного фильтра (7). Он предотвращает попадание твердых частиц на рабочие поверхности винтов и подшипников.

Перейдем к рассмотрению других функциональных элементов компрессора (Рис. 5).

Рис. 5 Функциональная схема винтового компрессора

Воздушный фильтр (1), устанавливаемый на входе компрессора, предназначен для очистки поступающего воздуха. Он защищает винтовую пару от попадания посторонних частиц и, таким образом, обеспечивает надежность и долговечность работы компрессора. Преждевременное засорение воздушного фильтра может быть причиной перегрева электродвигателя и включения системы аварийной остановки. Всасывающий клапан (2) служит для предотвращения выброса наружу сжатого воздуха и масла в момент остановки компрессора. Фактически это обычный подпружиненный пневматический клапан, который постоянно открыт при всасывании воздуха. Управление работой всасывающего клапана осуществляется с помощью устройства пневмоавтоматики — электропневматического клапана холостого хода (15). Задача этого устройства заключается в том, чтобы до момента остановки электродвигателя снизить давление внутри компрессора до 2,5 бар. Это позволяет избежать выбросов масла, обусловленных инерционностью всасывающего клапана и неприятных гидравлических ударов, возникающих при внезапной остановке компрессора. Клапан открывает канал, соединяющий через дроссельное отверстие область маслоотделительного фильтра с областью всасывания винтовой пары. Эффективное сечение дроссельного отверстия регулируется на заводе изготовителе так, чтобы в течение заданного времени давление в области всасывающего клапана снизилось до 2,5 Бар. При таком остаточном давлении в системе всасывающий клапан успеет закрыться и приводной двигатель можно выключить.

Еще одним устройством, обеспечивающим работу компрессора в режиме холостого хода, является клапан минимального давления (20). Он закрыт, пока давление внутри компрессора остается в пределах не более 4-5 бар (отсюда и название). Одновременно он выполняет роль обратного клапана, отделяя компрессор от пневмолинии при его остановке или работе на холостом ходу.

Реле давления (16) обеспечивает автоматический режим работы компрессора. При достижении давления в сети заданного максимального значения (например, 10 бар) оно подает сигнал на клапан холостого хода, который срабатывает и переводит компрессор на холостой ход. Когда давление падает до минимального (например, 8 бар), клапан холостого хода по сигналу с реле закрывается, и компрессор вновь начинает нагнетать воздух в пневмолинию. Если же компрессор уже перешел в режим ожидания, то подается сигнал на пуск электродвигателя.

Привод в движение винтовой группы осуществляется электродвигателем (6), посредством ременной передачи (4). Передаточное число, а, следовательно, и скорость вращения винтового блока задается размерами шкивов (5). Чем выше максимальное давление компрессора, тем ниже возможная скорость вращения винтовой группы, тем меньше производительность компрессора.

Система аварийной защиты состоит из двух независимых устройств.

Датчик термозащиты установлен на электродвигателе. При достижении предельных значений потребляемого тока реле срабатывает и двигатель отключается от сети.

Другой датчик установлен в винтовой паре в области выходного патрубка (18). Сигнал с датчика температуры поступает на вход аналого-цифрового преобразователя и выдается на устройство индикации. Если температура на выходе винтовой пары превысит значение 105°С, защита срабатывает и двигатель выключается.

источники:

https://evakuatorinfo.ru/chto-takoe-rezhim-holostogo-hoda-kompressora