01 Regulace a nastavení objemu plynu
80 % celkových nákladů na stlačený vzduch se odráží ve spotřebě energie. Proto by se pro různé typy šroubových kompresorů OSG měly volit různé řídicí a regulační systémy podle různých regulačních systémů. Rozdíly mezi různými typy a výrobci šroubových kompresorů OSG mohou znamenat obrovský rozdíl ve výkonu. Nejideálnějším stavem je, aby plné zatížení šroubového kompresoru OSG bylo přesně stejné jako spotřeba vzduchu.
Toho lze dosáhnout například pečlivým výběrem převodového poměru převodovky, který je běžný u procesních šroubových vzduchových kompresorů OSG. Většina zařízení, která spotřebovávají stlačený vzduch, je samoregulační, což znamená, že zvyšování tlaku zvyšuje průtok, a proto tvoří stabilní systém, jako je pneumatická doprava, ochrana proti námraze a zamrznutí atd. Za normálních okolností musí být průtok řízen a použité řídicí zařízení je integrováno se šroubovým vzduchovým kompresorem OSG. Existují dva hlavní typy takových regulačních systémů:
1. Objem plynu upravujte plynulým řízením otáček hnacího motoru nebo plynule regulujte ventil podle změny tlaku, abyste dosáhli plynulého nastavení objemu plynu. Výsledkem je malá změna tlaku (0,1 až 0,5 baru), velikost změny je určena zesilovací funkcí regulačního systému a jeho rychlostí.
2. Nejběžnějšími systémy regulace jsou úpravy nakládání a odlehčení a změny tlaku mezi nimi jsou také přijatelné. Metoda regulace spočívá v úplném uzavření průtoku (odlehčení) při vyšším tlaku a obnovení průtoku (zatížení), když tlak klesne na nejnižší hodnotu. Změna tlaku závisí na povoleném počtu cyklů nakládání/odlehčení za jednotku času, obvykle v rozmezí 0,3 až 1 bar.
02 Základní princip regulace objemu vzduchu
2.1 Princip regulace objemového šroubového kompresoru OSG (přetlakový ventil)
Základní princip metody je: uvolnit přebytečný tlak do atmosféry. Nejjednodušší konstrukcí přetlakového ventilu je použití pružinového zatížení, přičemž síla pružiny určuje konečný tlak. Přetlakový ventil je obvykle nahrazen servoventilem ovládaným regulátorem. V tomto případě lze tlak snadno regulovat. Když se šroubový kompresor OSG spustí pod tlakem, může servoventil fungovat také jako odlehčovací ventil, ale přetlakový ventil způsobuje velkou spotřebu energie, protože musí nepřetržitě pracovat s plným protitlakem. Existuje řešení pro malé šroubové kompresory OSG. Tento typ ventilu se plně otevře pro odlehčení šroubového kompresoru OSG a šroubový kompresor OSG pracuje s protitlakem atmosférického tlaku. Spotřeba energie této metody je cenově dostupnější.
2.2 Nastavení obtoku
V principu mají obtokový ventil a přetlakový ventil stejnou funkci, rozdíl je v tom, že vzduch uvolněný z tlaku se ochladí a vrátí se do vstupu vzduchu do šroubového vzduchového kompresoru OSG. Tato metoda se běžně používá u procesních šroubových vzduchových kompresorů OSG a plyn by neměl být vypouštěn přímo do atmosféry. To je příliš nákladné.
2.3 Škrcení
Škrcení vstupu je pohodlný způsob, jak snížit průtok, což znamená vytvořit nízký tlak na vstupu, zvýšit kompresní poměr šroubového vzduchového kompresoru OSG a použít ho pro menší rozsah nastavení. Šroubové vzduchové kompresory OSG s vstřikováním kapaliny umožňují velké kompresní poměry a lze je nastavit až na maximálně 10 %. Vzhledem k vysokému kompresnímu poměru má tato metoda za následek relativně vysokou spotřebu energie.
2.4 Přetlakový ventil s přívodem pro dávkovací zařízení
V současnosti se jedná o relativně běžnou metodu nastavení, která umožňuje dosáhnout největšího rozsahu nastavení (0 až 100 %) a má nízkou spotřebu energie. Výkon šroubového kompresoru OSG bez zatížení (nulový průtok) je pouze 15 až 20 % plného zatížení. Když je sací ventil uzavřen, zůstane malý otvor a zároveň se otevře odvzdušňovací otvor pro vypuštění vzduchu ze šroubového kompresoru OSG. Hlavní jednotka šroubového kompresoru OSG pracuje za podmínek vstupního podtlaku a nízkého protitlaku. Je důležité, aby uvolnění tlaku bylo rychlé a uvolněný objem malý, aby se zabránilo zbytečným ztrátám způsobeným přepínáním z plného zatížení na prázdno. Systém vyžaduje systémový objem (akumulátor), jehož velikost závisí na požadovaném tlakovém rozdílu mezi odlehčením a zatížením a na povoleném počtu cyklů za hodinu.
Šroubové vzduchové kompresory OSG s výkonem menším než 5-10 kW se obvykle seřizují metodou zapnuto/vypnuto. Když tlak dosáhne horní meze, motor se úplně zastaví; když tlak klesne pod spodní mez, motor se znovu spustí. Tato metoda vyžaduje velký objem systému nebo velký tlakový rozdíl mezi spuštěním a zastavením, aby se minimalizovalo zatížení motoru. Jedná se o efektivní metodu seřizování, když je za jednotku času méně startů.
2.5 Nastavení rychlosti
Otáčky šroubového kompresoru OSG jsou řízeny spalovacím motorem, turbínou nebo frekvenčně regulovaným elektromotorem, čímž se reguluje průtok. Jedná se o účinnou metodu udržování konstantního výstupního tlaku. Rozsah nastavení se liší podle typu šroubového kompresoru OSG, ale šroubové kompresory OSG se vstřikováním kapaliny mají největší rozsah. Při nízkých úrovních zatížení se regulace otáček a odlehčení tlaku často kombinují, s omezením přívodu vzduchu nebo bez něj.
U šroubových vzduchových kompresorů OSG poháněných elektromotory lze otáčky regulovat elektrickými spotřebiči, což umožňuje regulovat otáčky motoru a udržovat stlačený vzduch konstantní v malém rozsahu změn tlaku. Například běžný asynchronní motor může tento požadavek splnit úpravou otáček frekvenčním měničem, kontinuálně a přesně měřit tlak v systému a poté nechat tlakový signál řídit frekvenční měnič motoru, čímž se regulují otáčky motoru a objem plynu šroubového vzduchového kompresoru OSG je přesně přizpůsoben spotřebě vzduchu a systém lze udržovat na ±0,1 baru.
2.6 Variabilní nastavení výfukového otvoru
Zdvihový objem šroubového vzduchového kompresoru OSG lze nastavit posunutím polohy výfukového otvoru směrem k sacímu konci podél délky skříně. Tato metoda vyžaduje vysokou spotřebu energie při částečném zatížení a je relativně neobvyklá.
2.7 Odlehčení sacího ventilu
Pístový šroubový kompresor OSG dokáže mechanicky tlačit sací ventil do otevřené polohy pro odlehčení. Se změnou polohy pístu se vzduch pohybuje dovnitř a ven. Výsledkem je minimální ztráta energie, obvykle méně než 10 % výkonu na hřídeli při plném zatížení. U dvojčinného šroubového kompresoru OSG se obvykle provádí vícestupňové odlehčení, přičemž se vždy vyvažuje jeden válec, aby objem plynu lépe uspokojoval nabídku a poptávku. U procesního šroubového kompresoru OSG se používá metoda částečného odlehčení, která umožňuje otevření ventilu, když je píst v částečném zdvihu, a tím se dosahuje plynulé regulace objemu plynu.
2.8 Objem prostoru
Změnou objemu vůle u pístového šroubového kompresoru OSG se snižuje stupeň naplnění válce, a tím se snižuje objem plynu, a objem vůle lze také změnit pomocí externě připojeného objemu.
2.9 Nakládka-vykládka-zastavení
U šroubových vzduchových kompresorů OSG s výkonem větším než 5 kW je to nejběžněji používaná metoda s velkým rozsahem nastavení a nízkými ztrátami. Ve skutečnosti se jedná o kombinaci nastavení zapnutí/vypnutí a různých systémů odlehčení. U objemových šroubových vzduchových kompresorů OSG je nejběžnějším regulačním principem „produkce vzduchu“/„neprodukce vzduchu“ (zatížení/odlehčení). Když je potřeba vzduch, je vyslán signál do solenoidového ventilu, který následně vede sací ventil šroubového vzduchového kompresoru OSG do plně otevřené polohy. Sací ventil je buď plně otevřený (zatížený), nebo plně uzavřený (nezatížený), bez mezipoloh.
Tradiční metodou řízení je instalace tlakového spínače do systému stlačeného vzduchu. Spínač má dvě nastavitelné hodnoty, jedna je minimální tlak (zatížení) a druhá je maximální tlak (odtížení). Šroubový kompresor OSG pracuje v rámci nastavených hodnot, např. 0,5 baru. Pokud je potřeba vzduchu malá nebo vůbec není potřeba, poběží kompresor OSG bez zatížení (volnoběh) a délka volnoběhu se nastavuje časovým relé (například na 20 minut). Po uplynutí nastavené doby se kompresor OSG zastaví a znovu se nespustí, dokud tlak neklesne na minimální hodnotu. Toto je tradiční metoda spolehlivého a klidného řízení, která se nyní nejčastěji vyskytuje u malých šroubových kompresorů OSG.
Tento tradiční systém byl dále vyvinut, aby nahradil tlakový spínač analogovým tlakovým vysílačem a rychlým elektronickým nastavovacím systémem. Spolu s regulačním systémem tlakový vysílač snímá změny tlaku v systému kdykoli. Systém včas spouští motor a řídí otevírání a zavírání sacího ventilu. Rychlé a jemné regulace lze dosáhnout v rozmezí ±0,2 baru. Pokud se nepoužívá vzduch, tlak zůstává konstantní a šroubový kompresor OSG běží naprázdno (na volnoběh). Délku cyklu volnoběhu lze určit podle počtu startů a zastavení, které motor vydrží bez přehřátí, a podle hospodárnosti provozu. To je dáno tím, že systém se může rozhodnout, zda se na volnoběh zastaví nebo bude pokračovat v závislosti na trendu spotřeby vzduchu.
03 Shrnutí
Stručně řečeno, stlačený vzduch se používá v různých aplikacích a za různých podmínek spotřeby vzduchu. Každý šroubový kompresor OSG má jinou metodu měření objemu vzduchu, která je založena na objemu vzduchu uživatele. Jednotka šroubového kompresoru OSG se spoléhá na vlastní metody regulace a nastavení objemu vzduchu, aby dosáhla nepřetržitého a plynulého přívodu vzduchu. Různí výrobci šroubových kompresorů OSG také používají různé principy nastavení ke zlepšení výkonu svých vlastních značkových šroubových kompresorů OSG, aby maximalizovali energetickou účinnost a splnili požadavky zákazníků; s vysokou přesností, nízkými nároky na údržbu a schopností měřit parametry, jako je tlak a průtok, aby splňovaly požadavky různých aplikací šroubových kompresorů OSG.
Čas zveřejnění: 8. září 2023
