01 Regulacja i regulacja objętości gazu
80% całkowitego kosztu sprężonego powietrza odzwierciedla zużycie energii. Dlatego dla różnych typów sprężarek śrubowych OSG należy dobrać różne systemy sterowania i regulacji, dostosowane do różnych systemów regulacji. Różnice między typami i producentami sprężarek śrubowych OSG mogą znacząco wpłynąć na wydajność. Najbardziej optymalnym rozwiązaniem jest, aby pełne obciążenie sprężarki śrubowej OSG było dokładnie takie samo, jak zużycie powietrza.
Można to osiągnąć na przykład poprzez staranny dobór przełożenia przekładni, co jest powszechne w sprężarkach śrubowych OSG. Większość urządzeń zużywających sprężone powietrze jest samoregulująca, co oznacza, że wzrost ciśnienia zwiększa przepływ, dlatego tworzą one stabilny system, taki jak transport pneumatyczny, systemy przeciwoblodzeniowe i przeciwzamrożeniowe itp. W normalnych warunkach przepływ musi być kontrolowany, a zastosowane urządzenia sterujące są zintegrowane ze sprężarką śrubową OSG. Istnieją dwa główne typy takich układów regulacji:
1. Reguluj objętość gazu poprzez ciągłą regulację prędkości silnika napędowego lub poprzez ciągłą regulację zaworu w zależności od zmian ciśnienia, aby uzyskać ciągłą regulację objętości gazu. Rezultatem jest niewielka zmiana ciśnienia (od 0,1 do 0,5 bara), a jej wielkość zależy od funkcji wzmocnienia układu regulacji i jego prędkości.
2. Regulacja załadunku i rozładunku to najczęściej stosowane systemy regulacji, a zmiany ciśnienia między nimi są również dopuszczalne. Metoda regulacji polega na całkowitym odcięciu przepływu (odciążenia) przy wyższym ciśnieniu i wznowieniu przepływu (obciążenia), gdy ciśnienie spadnie do najniższej wartości. Zmiana ciśnienia zależy od dopuszczalnej liczby cykli załadunku/rozładowania w jednostce czasu, zazwyczaj w zakresie od 0,3 do 1 bara.
02 Podstawowa zasada regulacji objętości powietrza
2.1 Zasada regulacji sprężarki śrubowej wyporowej OSG (zawór bezpieczeństwa)
Podstawową zasadą jest: uwolnienie nadmiaru ciśnienia do atmosfery. Najprostsza konstrukcja zaworu bezpieczeństwa polega na wykorzystaniu napięcia sprężyny, a siła startowa sprężyny określa ciśnienie końcowe. Zawór bezpieczeństwa jest zwykle zastępowany serwozaworem sterowanym przez regulator. W tym momencie ciśnienie może być łatwo kontrolowane. Gdy sprężarka śrubowa OSG jest uruchamiana pod ciśnieniem, serwozawór może również pełnić funkcję zaworu odciążającego, ale zawór bezpieczeństwa powoduje duże zużycie energii, ponieważ sprężarka śrubowa OSG musi pracować ciągle przy pełnym przeciwciśnieniu. Istnieje rozwiązanie dla małych sprężarek śrubowych OSG. Tego rodzaju zawór jest całkowicie otwarty, aby odciążyć sprężarkę śrubową OSG, a sprężarka śrubowa OSG pracuje pod przeciwciśnieniem ciśnienia atmosferycznego. Zużycie energii tej metody jest bardziej przystępne.
2.2 Regulacja obejścia
Zasadniczo, zawór obejściowy i zawór bezpieczeństwa pełnią tę samą funkcję. Różnica polega na tym, że powietrze uwolnione z ciśnienia jest schładzane i zawracane do wlotu powietrza sprężarki śrubowej OSG. Ta metoda jest powszechnie stosowana w procesowych sprężarkach śrubowych OSG, a gaz nie powinien być odprowadzany bezpośrednio do atmosfery. Jest to zbyt kosztowne.
2.3 Dławienie
Dławienie wlotowe to wygodny sposób na redukcję przepływu, który polega na wytworzeniu niskiego ciśnienia na wlocie, zwiększeniu stopnia sprężania sprężarki śrubowej OSG i wykorzystaniu go w mniejszym zakresie regulacji. Sprężarki śrubowe OSG z wtryskiem cieczy umożliwiają uzyskanie wysokiego stopnia sprężania, który można regulować maksymalnie do 10%. Ze względu na wysoki stopień sprężania, metoda ta wiąże się ze stosunkowo wysokim zużyciem energii.
2.4 Zawór bezpieczeństwa z wlotem licznika
Jest to stosunkowo powszechna metoda regulacji, która pozwala uzyskać największy zakres regulacji (od 0 do 100%) i charakteryzuje się niskim zużyciem energii. Moc bez obciążenia (zerowy przepływ) sprężarki śrubowej OSG wynosi tylko 15 do 20% pełnego obciążenia. Po zamknięciu zaworu wlotowego pozostaje mały otwór, a jednocześnie otwiera się odpowietrznik w celu usunięcia powietrza ze sprężarki śrubowej OSG. Główna jednostka sprężarki śrubowej OSG pracuje w warunkach podciśnienia wlotowego i niskiego ciśnienia zwrotnego. Ważne jest, aby uwolnienie ciśnienia było szybkie, a uwolniona objętość mała, aby uniknąć niepotrzebnych strat spowodowanych przełączaniem z pełnego obciążenia na brak obciążenia. System wymaga objętości układu (akumulatora), której rozmiar zależy od wymaganej różnicy ciśnień między odciążeniem i obciążeniem oraz dopuszczalnej liczby cykli na godzinę.
Sprężarki śrubowe powietrza OSG o mocy poniżej 5-10 kW są zazwyczaj regulowane metodą włącz/wyłącz. Gdy ciśnienie osiągnie górną granicę, silnik zatrzymuje się całkowicie; gdy ciśnienie spadnie poniżej dolnej granicy, silnik uruchamia się ponownie. Ta metoda wymaga dużej objętości układu lub dużej różnicy ciśnień między rozruchem a zatrzymaniem, aby zminimalizować obciążenie silnika. Jest to skuteczna metoda regulacji, gdy liczba rozruchów w jednostce czasu jest mniejsza.
2.5 Regulacja prędkości
Prędkość obrotowa sprężarki śrubowej OSG jest regulowana przez silnik spalinowy, turbinę lub silnik elektryczny z regulacją częstotliwości, co pozwala na kontrolowanie przepływu. Jest to skuteczna metoda utrzymywania stałego ciśnienia wylotowego. Zakres regulacji różni się w zależności od typu sprężarki śrubowej OSG, ale sprężarki śrubowe OSG z wtryskiem cieczy mają największy zakres. Przy niskim obciążeniu regulacja prędkości obrotowej i redukcja ciśnienia są często łączone, z ograniczeniem dopływu powietrza lub bez.
W przypadku sprężarek śrubowych OSG napędzanych silnikami elektrycznymi, prędkość może być regulowana za pomocą urządzeń elektrycznych, co umożliwia sterowanie prędkością silnika i utrzymanie stałego ciśnienia sprężonego powietrza w niewielkim zakresie zmian ciśnienia. Na przykład, zwykły silnik indukcyjny może spełnić to wymaganie, regulując prędkość za pomocą przetwornicy częstotliwości, stale i dokładnie mierząc ciśnienie w układzie, a następnie pozwalając sygnałowi ciśnienia sterować przetwornicą częstotliwości silnika, regulując w ten sposób prędkość silnika i regulując objętość gazu w sprężarce śrubowej OSG. Precyzyjne dopasowanie do zużycia powietrza pozwala na utrzymanie ciśnienia w układzie na poziomie ±0,1 bara.
2.6 Regulacja zmiennego kanału wydechowego
Przepływ powietrza sprężarki śrubowej OSG można regulować poprzez przesunięcie otworu wylotowego w kierunku wlotu wzdłuż obudowy. Metoda ta wymaga dużego zużycia energii przy częściowym obciążeniu i jest stosunkowo rzadka.
2.7 Odciążenie zaworu ssącego
Sprężarka śrubowa OSG z tłokiem i śrubą może mechanicznie wymusić otwarcie zaworu ssącego w celu odciążenia. Wraz ze zmianą położenia tłoka, powietrze wtłacza się i wytłacza. Rezultatem jest minimalna strata energii, zazwyczaj poniżej 10% mocy przy pełnym obciążeniu wału. W sprężarce śrubowej OSG dwustronnego działania odciążenie jest zazwyczaj wielostopniowe, a każdy cylinder jest wyważany na raz, dzięki czemu objętość gazu może lepiej dostosować się do podaży i popytu. W sprężarce śrubowej OSG z przepływem procesowym stosowana jest metoda częściowego odciążenia, która umożliwia otwarcie zaworu, gdy tłok znajduje się w częściowym skoku, zapewniając w ten sposób ciągłą kontrolę objętości gazu.
2.8 Objętość prześwitu
Zmieniając objętość luzu w sprężarce śrubowej tłokowej OSG, zmniejsza się stopień napełnienia cylindra, co powoduje zmniejszenie objętości gazu; objętość luzu można również zmienić za pomocą zewnętrznie podłączonej objętości.
2.9 Załadunek-rozładunek-wyłączenie
W przypadku sprężarek śrubowych OSG o mocy powyżej 5 kW jest to najczęściej stosowana metoda, charakteryzująca się szerokim zakresem regulacji i niskimi stratami. W rzeczywistości jest to połączenie regulacji włącz/wyłącz z różnymi systemami odciążenia. W sprężarkach śrubowych OSG o wyporności dodatniej, najczęstszą zasadą regulacji jest „powietrze wytwarzane”/„nie wytwarzane” (dociążenie/odciążenie). W przypadku zapotrzebowania na powietrze, sygnał jest wysyłany do zaworu elektromagnetycznego, który z kolei steruje zaworem wlotowym sprężarki śrubowej OSG, aż do osiągnięcia pozycji całkowicie otwartej. Zawór wlotowy jest albo całkowicie otwarty (pod obciążeniem), albo całkowicie zamknięty (bez obciążenia), bez pozycji pośrednich.
Tradycyjną metodą sterowania jest instalacja presostatu w układzie sprężonego powietrza. Presostat ma dwie nastawne wartości: jedną dla ciśnienia minimalnego (obciążenia), a drugą dla ciśnienia maksymalnego (odciążenia). Sprężarka śrubowa OSG pracuje w zakresie nastaw, np. 0,5 bara. Jeśli zapotrzebowanie na sprężone powietrze jest niewielkie lub w ogóle nie jest potrzebne, sprężarka śrubowa OSG będzie pracować bez obciążenia (na biegu jałowym), a czas trwania biegu jałowego jest ustawiany za pomocą przekaźnika czasowego (np. na 20 minut). Po upływie ustawionego czasu sprężarka śrubowa OSG zatrzyma się i nie uruchomi ponownie, dopóki ciśnienie nie spadnie do wartości minimalnej. Jest to tradycyjna metoda niezawodnego i bezpiecznego sterowania, obecnie najczęściej stosowana w małych sprężarkach śrubowych OSG.
Ten tradycyjny system został dodatkowo udoskonalony, aby zastąpić presostat analogowym przetwornikiem ciśnienia i szybkim elektronicznym systemem regulacji. Wraz z systemem regulacji, przetwornik ciśnienia wykrywa zmiany ciśnienia w układzie w dowolnym momencie. System uruchamia silnik na czas i steruje otwieraniem i zamykaniem zaworu wlotowego. Szybka i precyzyjna regulacja jest możliwa z dokładnością ±0,2 bara. Bez powietrza ciśnienie pozostaje stałe, a sprężarka śrubowa OSG pracuje na pustym sprężonym powietrzu (bieg jałowy). Długość cyklu biegu jałowego można określić na podstawie liczby uruchomień i zatrzymań, które silnik może wytrzymać bez przegrzania, oraz oszczędności podczas pracy. To ostatnie wynika z faktu, że system może decydować o zatrzymaniu lub kontynuowaniu biegu jałowego na podstawie trendu zużycia powietrza.
03 Podsumowanie
Krótko mówiąc, sprężone powietrze jest wykorzystywane w różnych zastosowaniach i przy różnym zużyciu powietrza. Każda sprężarka śrubowa OSG ma inną metodę pomiaru objętości powietrza, która zależy od objętości powietrza użytkownika. Jednostka sprężarki śrubowej OSG opiera się na własnej kontroli objętości powietrza i metodach regulacji, aby zapewnić nieprzerwaną i ciągłą objętość dostarczanego powietrza. Różni producenci sprężarek śrubowych OSG stosują również różne zasady regulacji, aby poprawić wydajność swoich własnych sprężarek śrubowych OSG, maksymalizując efektywność energetyczną i spełniając wymagania klientów. Wysoka dokładność, niskie koszty konserwacji i możliwość pomiaru parametrów takich jak ciśnienie i przepływ pozwalają na spełnienie różnych wymagań dotyczących zastosowania sprężarki śrubowej OSG.
Czas publikacji: 08.09.2023
