01 Nadzor in nastavitev količine plina
80 % celotnih stroškov stisnjenega zraka se odraža v porabi energije. Zato je treba za različne tipe vijačnih zračnih kompresorjev OSG izbrati različne krmilne in regulacijske sisteme glede na različne regulacijske sisteme. Razlike med različnimi tipi in proizvajalci vijačnih zračnih kompresorjev OSG lahko bistveno vplivajo na delovanje. Najbolj idealno stanje je, da je polna obremenitev vijačnega zračnega kompresorja OSG popolnoma enaka porabi zraka.
To je mogoče doseči na primer s skrbno izbiro prenosnega razmerja menjalnika, kar je običajno pri vijačnih kompresorjih OSG za procesni zrak. Večina opreme, ki porablja stisnjen zrak, je samoregulirajoča, kar pomeni, da povečanje tlaka poveča pretok, zato tvorijo stabilen sistem, kot so pnevmatski transport, sistemi za preprečevanje zaledenitve in zmrzovanja itd. V normalnih okoliščinah je treba pretok nadzorovati, uporabljena krmilna oprema pa je integrirana z vijačnim kompresorjem OSG. Obstajata dve glavni vrsti takšnih nastavitvenih sistemov:
1. Količino plina prilagajajte z neprekinjenim krmiljenjem hitrosti pogonskega motorja ali pa ventil neprekinjeno krmilite glede na spremembo tlaka, da dosežete neprekinjeno prilagajanje količine plina. Rezultat je majhna sprememba tlaka (0,1 do 0,5 bara), velikost spremembe pa je določena z ojačevalno funkcijo regulacijskega sistema in njegovo hitrostjo.
2. Prilagoditve nakladanja in razkladanja so najpogostejša sistema prilagajanja, sprejemljive pa so tudi spremembe tlaka med njima. Način regulacije je popolna prekinitev pretoka (razkladanja) pri višjem tlaku in nadaljevanje pretoka (obremenitve), ko tlak pade na najnižjo vrednost. Sprememba tlaka je odvisna od dovoljenega števila ciklov nakladanja/razkladanja na časovno enoto, običajno v območju od 0,3 do 1 bara.
02 Osnovno načelo nastavitve količine zraka
2.1 Načelo regulacije vijačnega kompresorja OSG s pozitivnim pretokom (reliefni ventil)
Osnovno načelo metode je: sprostitev presežnega tlaka v atmosfero. Najpreprostejša zasnova varnostnega ventila je uporaba vzmetnega napenjanja, končni tlak pa določa sila vzmeti. Varnostni ventil se običajno nadomesti s servo ventilom, ki ga krmili regulator. V tem primeru je tlak enostavno nadzorovati. Ko se vijačni zračni kompresor OSG zažene pod tlakom, lahko servo ventil deluje tudi kot razbremenilni ventil, vendar bo varnostni ventil povzročil veliko porabo energije, ker mora vijačni zračni kompresor OSG neprekinjeno delovati pri polnem protitlaku. Obstaja rešitev za majhne vijačne zračne kompresorje OSG. Ta vrsta ventila se popolnoma odpre, da se razbremeni vijačni zračni kompresor OSG, vijačni zračni kompresor OSG pa deluje pod protitlakom atmosferskega tlaka. Poraba energije te metode je cenovno ugodnejša.
2.2 Nastavitev obvoda
Načeloma imata obvodni ventil in varnostni ventil isto funkcijo, razlika je v tem, da se zrak, ki se sprosti iz tlaka, ohladi in vrne v dovod zraka vijačnega zračnega kompresorja OSG. Ta metoda se pogosto uporablja v procesnih vijačnih zračnih kompresorjih OSG in plina ne smemo izpuščati neposredno v ozračje, saj so stroški previsoki.
2.3 Dušenje
Dušenje vhodnega zraka je priročen način za zmanjšanje pretoka, ki pomeni ustvarjanje nizkega tlaka na vhodu, povečanje kompresijskega razmerja vijačnega zračnega kompresorja OSG in njegovo uporabo za manjše območje nastavitve. Vijačni zračni kompresorji OSG z vbrizgavanjem tekočine omogočajo velika kompresijska razmerja in jih je mogoče nastaviti do največ 10 %. Zaradi visokega kompresijskega razmerja ta metoda povzroči relativno visoko porabo energije.
2.4 Ventil za razbremenitev tlaka z dovodom za merilnik
To je trenutno relativno pogosta metoda nastavitve, ki omogoča največji razpon nastavitve (od 0 do 100 %) in ima nizko porabo energije. Nerazbremenjena (ničelni pretok) moč vijačnega zračnega kompresorja OSG znaša le 15 do 20 % polne obremenitve. Ko je sesalni ventil zaprt, ostane majhna odprtina, hkrati pa se odpre odzračevalnik, ki izpušča zrak iz vijačnega zračnega kompresorja OSG. Glavna enota vijačnega zračnega kompresorja OSG deluje pod pogojem vhodnega vakuuma in nizkega protitlaka. Pomembno je, da je sproščanje tlaka hitro in sproščena prostornina majhna, da se izognemo nepotrebnim izgubam, ki nastanejo zaradi preklopa s polne obremenitve na prostost. Sistem potrebuje sistemsko prostornino (akumulator), katere velikost je odvisna od zahtevane tlačne razlike med razbremenitvijo in obremenitvijo ter dovoljenega števila ciklov na uro.
Vijačni zračni kompresorji OSG z močjo manj kot 5–10 kW se običajno nastavljajo z metodo vklop/izklop. Ko tlak doseže zgornjo mejo, se motor popolnoma ustavi; ko je tlak nižji od spodnje meje, se motor ponovno zažene. Ta metoda zahteva veliko prostornino sistema ali veliko tlačno razliko med zagonom in zaustavitvijo, da se zmanjša obremenitev motorja. To je učinkovita metoda prilagajanja, kadar je manj zagonov na enoto časa.
2.5 Nastavitev hitrosti
Hitrost vijačnega kompresorja OSG z notranjim zgorevanjem krmili motor z notranjim zgorevanjem, turbina ali frekvenčno reguliran elektromotor, s čimer se krmili pretok. To je učinkovita metoda za vzdrževanje konstantnega izhodnega tlaka. Območje nastavitve se razlikuje glede na vrsto kompresorja OSG z vbrizgavanjem tekočine, vendar imajo vijačni kompresorji OSG z vbrizgavanjem tekočine največji razpon. Pri nizkih obremenitvah se regulacija hitrosti in razbremenitev tlaka pogosto kombinirata, z ali brez omejitve dovoda zraka.
Pri vijačnih zračnih kompresorjih OSG, ki jih poganjajo elektromotorji, je mogoče hitrost krmiliti z električnimi napravami, kar omogoča nadzor hitrosti motorja in ohranjanje konstantnega stisnjenega zraka v majhnem območju sprememb tlaka. Na primer, navaden indukcijski motor lahko izpolni to zahtevo tako, da s frekvenčnim pretvornikom prilagodi hitrost, neprekinjeno in natančno meri tlak v sistemu, nato pa pusti, da tlačni signal krmili frekvenčni pretvornik motorja, s čimer se krmili hitrost motorja in prostornina plina v vijačnem kompresorju OSG se natančno prilagodi porabi zraka in se lahko sistem vzdržuje na ±0,1 bara.
2.6 Spremenljiva nastavitev izpušne odprtine
Premik vijačnega zračnega kompresorja OSG je mogoče prilagoditi s premikanjem položaja izpušne odprtine proti sesalnemu koncu vzdolž ohišja. Ta metoda zahteva veliko porabo energije pri delni obremenitvi in je relativno redka.
2.7 Razbremenitev sesalnega ventila
Batni vijačni zračni kompresor OSG lahko mehansko prisili sesalni ventil, da je v odprtem položaju za razbremenitev. Ko se položaj bata spreminja, se zrak premika noter in ven. Rezultat je minimalna izguba energije, običajno manjša od 10 % moči gredi pri polni obremenitvi. Pri dvostransko delujočem vijačnem zračnem kompresorju OSG se običajno izvaja večstopenjsko razbremenjevanje, pri čemer se en valj uravnoteži naenkrat, tako da se prostornina plina bolje ujema s ponudbo in povpraševanjem. Pri vijačnem zračnem kompresorju OSG s procesnim pretokom se uporablja metoda delnega razbremenjevanja, ki omogoča odpiranje ventila, ko je bat v delnem hodu, s čimer se doseže neprekinjen nadzor količine plina.
2.8 Prostornina prostora
S spreminjanjem zračnega volumna na batnem vijačnem kompresorju OSG se zmanjša stopnja polnjenja jeklenke, s čimer se zmanjša prostornina plina, zračnost pa je mogoče spremeniti tudi s pomočjo zunanje priključene prostornine.
2.9 Nakladanje-razkladanje-zaustavitev
Za vijačne zračne kompresorje OSG z močjo večjo od 5 kW je to najpogosteje uporabljena metoda z velikim razponom nastavitve in nizkimi izgubami. Pravzaprav gre za kombinacijo nastavitve vklop/izklop in različnih sistemov razbremenitve. Pri vijačnih kompresorjih OSG s pozitivnim pretokom je najpogostejše načelo regulacije »zrak proizveden«/»brez zraka proizveden« (obremenitev/razbremenitev). Ko je potreben zrak, se signal pošlje elektromagnetnemu ventilu, ki nato usmeri sesalni ventil vijačnega kompresorja OSG v popolnoma odprt položaj. Sesalni ventil je bodisi popolnoma odprt (obremenjen) bodisi popolnoma zaprt (razbremenjen), brez vmesnih položajev.
Tradicionalna metoda krmiljenja je namestitev tlačnega stikala v sistem stisnjenega zraka. Stikalo ima dve nastavljivi vrednosti, ena je minimalni tlak (obremenitev) in druga je maksimalni tlak (razbremenitev). Vijačni zračni kompresor OSG deluje znotraj nastavljenih vrednosti, npr. 0,5 bara. Če je potreba po zraku majhna ali sploh ni potrebna, bo vijačni zračni kompresor OSG deloval brez obremenitve (v prostem teku), dolžino prostega teka pa nastavi časovni rele (na primer na 20 minut). Po nastavljenem času se vijačni zračni kompresor OSG ustavi in se ne zažene znova, dokler tlak ne pade na minimalno vrednost. To je tradicionalna metoda zanesljivega in brezskrbnega krmiljenja, ki jo danes najpogosteje najdemo v majhnih vijačnih zračnih kompresorjih OSG.
Ta tradicionalni sistem je bil nadalje razvit, da bi tlačno stikalo nadomestil analogni tlačni oddajnik in sistem za hitro elektronsko nastavitev. Skupaj z regulacijskim sistemom tlačni oddajnik kadar koli zazna spremembe tlaka v sistemu. Sistem pravočasno zažene motor in nadzoruje odpiranje in zapiranje sesalnega ventila. Hitro in natančno regulacijo je mogoče doseči v območju ±0,2 bara. Če se ne uporablja zrak, tlak ostane konstanten in vijačni zračni kompresor OSG deluje v prostem teku. Dolžino cikla prostega teka je mogoče določiti glede na število zagonov in zaustavitev, ki jih motor prenese brez pregrevanja, in glede na ekonomičnost delovanja. Slednje je posledica dejstva, da se sistem lahko glede na trend porabe zraka odloči, ali bo ustavil ali nadaljeval prosti tek.
03 Povzetek
Skratka, stisnjen zrak se uporablja v različnih aplikacijah in pod različnimi pogoji porabe zraka. Vsak vijačni zračni kompresor OSG ima drugačno metodo za količino zraka, ki pa temelji na uporabnikovi količini zraka. Enota vijačnega zračnega kompresorja OSG se zanaša na lastne metode za nadzor in prilagajanje količine zraka, da doseže neprekinjeno in stalno oskrbo z zrakom. Različni proizvajalci vijačnih zračnih kompresorjev OSG uporabljajo tudi različna načela prilagajanja za izboljšanje delovanja lastnih blagovnih znamk vijačnih zračnih kompresorjev OSG, da bi povečali energetsko učinkovitost in izpolnili zahteve strank; z visoko natančnostjo, nizkimi stroški vzdrževanja in možnostjo merjenja parametrov, kot sta tlak in pretok, izpolnjujejo različne potrebe uporabe vijačnega zračnega kompresorja OSG.
Čas objave: 8. september 2023
