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浅谈远传压力表在空压机节能技术改造中的应用

编辑:ca88会员登录入口发表时间:2017-09-16

摘 要:通过分析空压机运行中存在的问题,研究其电机启动方式、止回阀、放气阀、压力表、电流变送器、PLC 接线等改造内容和电机交替工作程序、电机起动间隔时间保护程序、抗干扰等智能改造中的关键技术。达到提高空压机智能运行效果;改善空载运行时间,节电;降低润滑油耗油量和机械磨损程度,间接达到降低空压机发出噪音的目的。


引言

       在现代煤炭生产过程中,压缩空气是重要的原动力之一,可驱动凿岩机和风镐等设备工作。在高瓦斯矿井或有煤尘爆炸可能的矿井中,使用压缩空气比使用电力更加安全。空气压缩机是压缩空气,增加空气动力的主要机械装置。其工作状态直接决定着煤矿的生产效率和经济效益。因此,让空压机能够更加高效、节能地运行是非常必要的。PLC,即可编程控制器是现代化控制系统的重要装置,能够完成逻辑运算和控制等功能,能够对开关、按钮、传感器等输入的信号进行分析处理,然后输出各种控制信号和指令。PLC 体积小,安装方便,编程简单,具有较高的抗干扰性和可靠性,目前已经在煤矿得到广泛应用。


1 概述

1. 1 空压机概述

       空压机按照工作原理不同一般可以分为容积型和速度型两种。煤矿中应用较广的是容积型空气压缩机。其主要原理是对气体体积进行压缩,增加单位体积气体的密度,从而提高了空气的压力。容积型空气压缩机中比较常用的有活塞式和螺杆式。活塞式空压机的工作原理与液压泵相类似,通过电动机、曲柄、连杆、活塞等部件的运动,将空气吸入和排出。从 2000 年开始,活塞式空压机已经逐步开始淘汰和更新。


       螺杆式空压机应用范围正在不断扩大,特别是双螺杆式,其设计合理,轴承不易损坏,增加了使用寿命,同时噪音低、节能性能好。


1. 2 存在的主要问题

       空压机在工作过程中运行成本较高,尤其煤矿用的大型空压机,每天 24 h 不间断工作,耗电量很大。但空压机运行过程中,有很长时间是处于空载或者轻载运行,如不能节能运行,对于煤矿的高效、经济生产有一定的影响。因此,提高空压机的工作效率,降低管道内的气体泄漏和压力损失,对于空压机维持高效运行和经济运行有着非常重要的作用。空压机组工作过程并不复杂,但对启停的要求比较严格。目前,空压机组的启停是由固定值班人员值守,根据生产需求进行调度,按照操作规程手动进行开关、阀门等操作。值班人员要经常对机组运行状态进行检测,当出现意外情况时及时停机。所以,空压机 24 h 不间断工作时,还需要有专门的工作人员 24 h 不间断工作,造成了一定的人力资源和经济上的浪费。因此,提高空压设备的自动运行能力和各类保护,实现无人监控、远程监控是非常有意义的。


1. 3 空压机传统改造方式

       目前,为了提高空压机的运行效率、自动化能力以及可靠性,已经进行了多方面的研究和试验,也取得了一定的经济效益和社会效益。比较常见的改造方式是机械改造、电气改造和智能节能改造。机械改造自从空压机投入生产以来就一直不断在进行,主要是通过对润滑系统、负荷调节系统、各类阀体以及气缸等方面的改造,来提高空压机在现场的运行效率和可靠性。


       电气改造主要是指对空压机运行状态的监测、对各类意外情况的保护方面的改造。已经通过开发的各类仪器实现了监控,也实现了对断油、断水、超温、过流等方面的保护。


       节能改造主要是探讨如何让空压机更加节能。除了利用机械改造、电气改造使其提高效率外,用的比较多的是变频技术。但是其投资较大,转速也有一定要求,所以仍然有能量的损耗。近年来的研究主要是从空负载状态下停止与运行的角度进行的,但是这样会有大量的手动操作,而且启动电流会比较大。如何降低启动电流,实现自动化控制,就是本文希翼讨论分析的关键内容。


2 空压机智能节能改造关键技术分析

       空压机的智能改造,要对人工操作进行简化以便满足自动控制,尽量减小启动电流,能够自动处理一些故障。


2. 1 改变电机启动方式

       为了达到较好的电机启动性能,将启动方式改为使用 ABB 进口软启动器控制。该方式与传统的频敏电阻器启动相比,能够更加稳定地对启动电流和电压进行限制,同时能够对电机的各种故障进行报警和保护。采用 ABB 进口软启动器控制能够很大程度地降低启动电流,更好地进行自动启停控制。改变启动方式,可以减少对供电系统的影响。一台空压机的启动电流可以从 600A 降低到 400A。


2. 2 止回阀改造

       止回阀的作用是防止气体倒流,确保两台空压机并联运行。目前,市场上常见的止回阀主要有两种方式:翻板式以及升降式。其中翻板式止回阀在使用中会频繁摆动、撞击,因此噪音比较大,不适用于空压机。升降式止回阀虽然大量用于空压机,但是也存在上下频繁撞击,有噪音,密封面很容易断裂等问题。经过查阅资料,提出一种对止回阀的改造。仍然采用升降式,但是将吸气阀也进行加工后放入腔体,做成新的阀芯。这样能够保证运行平稳,降低噪声。改造后的止回阀结构示意图如图 1 所示。

2. 3 放气阀改造

       目前,空压机出气管上的放气阀多采用的是直径 15 mm 的闸阀,为了能够快速放气,选择直径 40mm 的电磁阀。直径增大后,放气时噪音相应也会增加,为了避免过大的噪声,可以增加延长管到水中,有效降低噪音。


2. 4 安装远传压力表

       为了实现当达到设定高压的时候,空压机自动停机;当低于正常气压的时候,空压机自动启动,就必须将压力表进行更换。用远传压力传感器既       能实现预定目标,还能够跟踪监测气体压力。同时,用远传压力传感器还可以将压力信号转化为适合 PLC的电流信号,方便处理、显示。


2. 5 安装电流变送器

       增加电流变送器能够对电机进行过流、超载保护,还可以将电机的电流信号转换传输给 PLC,进行处理分析,为实现自动化控制提供更好的保障。为了更好地实现空压机的节能智能运行,还需要考虑对减荷阀弹簧的改造,在满足载荷要求的前提下,可以选择硅锰弹簧钢质并减少弹簧丝直径。具体的数值需要通过详细的计算和校核来完成。


3 空压机智能节能改造 PLC 关键技术分析

3. 1 PLC 接线图

       经过分析,PLC 可以按图 2 所示接线。

3. 2 电机交替工作

       如果储气罐压力低于设定值的话,空压机启动运行;如果储气罐压力达到设定值的话,空压机停机。如果储气罐压力再一次低于设定值的话,为了确保刚才启动过的空压机有足够时间进行散热,提高使用寿命,此时应启动另一台空压机。要确保两台电机交替运行,需在 PLC 程序中设置计数变量K00,当电机 1 从运行(P10 =1)变为停机(P10 =0)时,K00 = 1,此时代表电机 2 处于等待运行状态。当再次需要空压机启动时,则电机 2 运行(P12 =1),当电机 2 停机时(P12 =0),K00 =0,电机 1 处于等待运行状态。这样就可以确保两台空压机在自动运行中保证交替工作。


3. 3 电机启动间隔时间保护

       虽然采用电机软启动器进行空压机的启动,但是,其启动电流仍然会对电网和电机产生冲击,因此,不能够频繁启动电机,需要设定启动间隔时间保护。当现场用风高峰时段,空压机启动频繁,设定启动时间,若两次启动时间比设定时间短,则空压机持续运行;如果两次启动时间比设定时间长,则认为处于用风低谷,空压机可以间断运行。


3. 4 抗干扰措施

PLC 的工作条件比较恶劣,各种类型的干扰都会对 PLC 的正常使用造成一定的影响。因此,必须考虑抗干扰措施。①输入、输出信号电缆、电力电缆       均要带有屏蔽层,一端接地,而且敷设时都要分开,不能扎在一起,并且远离有电磁干扰的设备;②用不同电缆进行数字、模拟信号的传输,输入输出信号线要尽量短一些,而且使用双芯屏蔽线;③控制电源加设滤波回路和浪涌保护器,控制变压器设屏蔽接地;④将 PLC 要放在专用电柜里,四周留有一定的空间以确保良好的通风散热。


3 结论

       (1)对空压机运行中存在的问题进行了简单分析,在此基础上,研究了空压机智能节能改造的关键技术。对电机启动方式、止回阀、放气阀、压力表、电流变送器等基本改造进行了阐述,同时对 PLC 接线、电机交替工作程序、电机启动间隔时间保护程序、抗干扰等进行了分析。

       (2)通过对关键技术的节能分析,能够提高空压机智能运行效果,改善空载运行时间,节约电能、润滑油耗油量以及机械磨损程度,同时间接降低空压机发出噪音的时间。具有一定的经济效益和社会效益。


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