10 ضواغط هواء VSD غير معروفة

بقلم رون مارشال للتحدي الجوي المضغوط

يعد إدخال ضواغط الهواء اللولبية الدوارة التي يتم التحكم فيها عن طريق محركات الأقراص ذات السرعة المتغيرة (VSDs) أحد أفضل الابتكارات في مجال كفاءة الطاقة التي تم إدخالها إلى الصناعة في السنوات القليلة الماضية. يمكن لهذا النمط من التحكم في الضاغط أن يقلل بدرجة كبيرة من الطاقة التي تهدرها الضواغط التي تعمل في حالة التفريغ. ولكن يمكن أن يختلف نوع التحكم في VSD الذي توفره مختلف الشركات المصنعة ، ويمكن أن تؤثر بعض هذه الاختلافات على كفاءة النظام. تتناول هذه المقالة بعض التعديلات غير المعروفة للتحكم في ضاغط VSD ، بما في ذلك بعض الميزات الخفية التي يمكن تنفيذها في بعض الأحيان لتحسين المدخرات المكتسبة عن طريق تثبيت هذا النوع من الضاغط.

لاحظ أن هذه التدابير هي أمثلة على الاستراتيجيات المطبقة في منطقة خدمة مانيتوبا هيدرو للمؤلف. عند إجراء التعديلات ، تم استشارة موردي المعدات حتى لا تؤثر على عمر الجهاز أو التشغيل السليم له.

1. تنسيق الهدف وبدء / إيقاف المستويات.

تحتوي عناصر تحكم VSD عادةً على أربعة إعدادات ضغط رئيسية. ثلاثة من هذه هي السيطرة على بدء / توقف أو تحميل / فرق الضغط التي تستخدم عندما يعمل الضاغط أقل من الحد الأدنى للسرعة. الهدف المتبقي هو تعيين هدف VSD ، وهو المكان الذي سيحافظ فيه الضاغط على ضغط التصريف مع تغيير سرعته. هناك العديد من الإعدادات الافتراضية المبرمجة في عناصر التحكم هذه عندما تأتي من المصنع - بعضها ينتج أقل من التشغيل الأمثل للضاغط.

تقوم بعض الشركات المصنعة بإغلاق هدف VSD في إعداد "البدء" بحيث تكون متماثلة تمامًا. يسمح البعض الآخر بضبط مستقل لهدف VSD على أي إعداد ضمن حد معين. عندما يسمح التعديل المستقل ، هناك بعض الشروط التي قد تسبب مشاكل. إذا تم ضبط الضغط المستهدف بطريق الخطأ فوق إعداد بدء / إيقاف أو تحميل / تفريغ ، فسيعمل الضاغط دائمًا بالكامل - شرط غير فعال لضاغط VSD - وسيبدأ / يوقف / يحمّل / يفرغ بين نقطتي المجموعة. إذا تم ضبط نقطة المجموعة المستهدفة دون قصد على نطاق الضغط ، فسيتم تشغيل VSD بالسرعة الدنيا بينما بين نقطتي الضبط العالية والمنخفضة. ومع ذلك ، لن يعمل في نطاقه المتغير ما لم يكن الضغط أقل بكثير من نطاق الضغط ، وهذا شرط آخر غير مرغوب فيه.

إذا كانت نقطة الضبط المستهدفة في مكان ما بين النقطتين المرتفعة والمنخفضة ، فمن الشائع جدًا رؤية هذا الإعداد في الوسط تمامًا ، ومن ثم فإن الضاغط سيرتفع على الفور بأقصى سرعة عندما يتم استدعاء الضاغط لبدء التشغيل. سيحاول أولاً رفع الضغط بسرعة إلى الضغط المستهدف ، ثم يقلل من سرعة تنظيم الضغط. تزيد هذه الحالة من تكرار بدء / توقف الضاغط وتسبب تقلبات سريعة التغير في الضغط ، وأحيانًا تكون حالة غير مرغوب فيها. غالبًا ما يؤدي هذا التكوين أيضًا إلى ارتفاع الضغط المستهدف عن المطلوب ، وبالتالي يتسبب في استهلاك الضاغط لمزيد من الطاقة بسبب ارتفاع متوسط ضغط التصريف. في منطقة مانيتوبا هيدرو ، يتم تشجيع العملاء على ضبط الضغط المستهدف عند نقطة البداية / التحميل أو بالقرب منها ، مما يؤدي إلى انخفاض سرعة ضاغط الدراجات ، وضغوط انخفاض أكثر استقرارًا.

2. تقليل تردد بدء / إيقاف بتوسيع نطاق الضغط.

الضغط الثابت والمستقر هو الهدف النهائي في التحكم في أي نظام هواء مضغوط. سوف يدرك من هم على دراية بالتحكم في الحمولة / التفريغ أن ضغط النظام يتم التحكم فيه بين نقطتين محددتين: الحمل ونقطة التفريغ. هذا النوع من التحكم يتسبب في شكل موجة مسننة للضغط إذا تم عرضها على قطعة بيانات ضغط على أساس الوقت (الشكل 1). ضواغط VSD ، من ناحية أخرى ، سوف تبقي الضغط عند ضغط مستهدف ثابت من خلال تسريع أو إبطاء محرك الضاغط.

الشكل 1: يؤدي الشكل الموجي لنسج المنشار إلى ضغط متوسط أعلى من المطلوب ، مما يتسبب في زيادة الضغط على الضاغط عند بدء التشغيل يزيد من تردد الدورة. - انقر هنا للتكبير

لكن الضواغط يمكنها فقط أن تبطئ كثيراً ، مع الحد من خصائص المكونات الضاغطة. الشيء الرئيسي الذي يسبب هذا القيد هو محرك الضاغط ، الذي لا يمكن أن يبرد نفسه بشكل كاف بسرعات منخفضة للغاية. القيد الثاني هو عنصر انضغاط المسمار ، والذي يجب أن يحتفظ بحد أدنى معين من دورة في الدقيقة وإلا ستصبح الخسائر الداخلية (تسرب مرة أخرى من خلال العنصر) مفرطة. لمعالجة هذه المشكلة ، سيكون لأي ضاغط VSD الحد الأدنى للسرعة حيث يتم التحكم في السرعة المتغيرة بواسطة بعض طرق التحكم الأخرى.

تتمثل إحدى الطرق الشائعة للتحكم في ضواغط VSD عند التدفقات التي تقل عن الحد الأدنى للسرعة في بدء / إيقاف أو تحميل / إلغاء تحميل الضاغط. ينتج وضع التحكم هذا أيضًا الشكل الموجي لأسلاك المنشار لوضع التحكم في التحميل / التفريغ. نظرًا لأن مصنعي الضواغط يدركون أن شكل موجة سن المنشار ينتج تقلبات غير مرغوب فيها في الضغط ، فإن بعض الشركات المصنعة تميل إلى تزويد الضواغط بأشرطة ضغط ضيقة للغاية ، وأحيانًا يتراوح عرضها من 3 إلى 4 رطل لكل بوصة مربعة. لسوء الحظ ، سيؤدي شريط الضغط الضيق للغاية ، إذا تم تثبيته على نظام ذي سعة تخزينية أقل ، إلى بدء وإيقاف الضاغط بشكل مفرط ، وفي بعض الأحيان يتم ترحيل مواد التشحيم المفرطة.

عندما تم تقديم ضواغط VSD لأول مرة ، كان بعض الموردين يروجون لقدرات "التشغيل والتوقف غير المحدود". ومع ذلك ، فإن المنطق السليم يملي أن إدخال جهاز ميكانيكي ليقول ما بين 50،000 إلى 100000 يبدأ سنويًا في السنوات القليلة الأولى من عمره يمكن أن يقلل بشكل كبير من عمر عناصر التحكم ومكونات الضاغط.

يؤدي توسيع نطاق ضغط التشغيل / الإيقاف وإضافة تخزين كبير للنظام إلى تقليل تردد دورة الضاغط عند التشغيل بأقل من الحد الأدنى للسرعة ويتيح أوقات تشغيل طويلة بما يكفي لتسخين الضاغط حتى درجات حرارة التشغيل. التحجيم المعتاد لحكم الإبهام المستخدم حول منطقة مانيتوبا هيدرو هو 10 جالونات تخزينية مثبتة لكل متر مكعب في سرعة الضاغط الدنيا. إدخال نطاق ضغط أوسع يبلغ 10 رطل لكل بوصة مربعة يعني الحد الأقصى لتردد البدء والإيقاف مرة واحدة كل 4 دقائق بمعدل 50 بالمائة من الحد الأدنى للسرعة.

بالمناسبة ، إذا كان الضاغط ينفق الكثير من الوقت في الحد الأدنى لنطاق السرعة ، فقد تحتاج إلى تغيير حجم الضاغط ، أو قد تحدث مشاكل. عند الحد الأدنى للسرعة ، يتم توليد حرارة قليلة جدًا. هذا هو نتيجة مباشرة للكفاءة الجيدة ، والتي يمكن أن تسمح للرطوبة الزائدة تتراكم في زيوت التشحيم ضاغط. في ضاغط قياسي ، عادة ما تؤدي حرارة الضغط إلى إيقاف هذه الرطوبة.

3. القضاء على وقت التشغيل تفريغ عن طريق الحد من الإعداد مؤقت التفريغ.

يختلف التحكم في ضواغط VSD بين الشركات المصنعة. يتم إيقاف بعض أنواع الضواغط فورًا عندما يصل الضغط إلى مستوى "التوقف" ، بينما يستمر البعض الآخر في التشغيل في حالة التفريغ. قد لا يزال لدى البعض الآخر إعداد تحديد الوضع في مكان ما في عنصر التحكم والذي يسمح لك بتحديد ما إذا كان الضاغط يتوقف أو لا يعمل على الفور. تقوم ماركة واحدة بحساب عدد مرات البدء في الساعة وتسمح بإيقاف التشغيل عندما تسمح الظروف بذلك ، مما يوفر الطاقة.

عندما تكون في حالة التفريغ ، فإن ضواغط الهواء اللولبية - سواء كانت سرعة ثابتة أو VSD - تستمر في استهلاك الطاقة مع عدم إنتاج هواء ، مما يقلل من الكفاءة الكلية للوحدة. في كثير من الأحيان ، عند اتباع ممارسات جيدة لتصميم الهواء المضغوط ، توجد ظروف يمكن فيها تخفيض مؤقت التشغيل إلى حد كبير ، أو حتى ضبطه على الصفر لتجنب هذه الحالة المهدرة. يحتاج محرك الضاغط هذا إلى مسحه لتجنب مشاكل الضمان. إذا كان لدى الضاغط إعداد ضغط عريض بما فيه الكفاية ، ويمكن أن تكون سعة التخزين الكبيرة بما يكفي للعمل مع عدد مرات التشغيل والتوقف محدودة ، يمكنك تجنب المشاكل بسبب الإفراط في ركوب الدراجات ولا تزال تسمح بمزيد من الكفاءة في التشغيل.

4. تثبيت الاستشعار عن بعد الضغط.

من الشائع أن ترى ضواغط VSD تمارس ضغطًا دقيقًا للغاية عند تصريفها ، في حين أن ضغط النبات يتدهور بسبب فوارق الضغط عبر الأنابيب والمرشحات ومجففات الهواء. قد تكون فروق الضغط هذه صغيرة عندما تكون التدفقات منخفضة ، ولكنها كبيرة أثناء مطالب ذروة النبات. نظرًا لأن الهدف من وجود ضغط مستقر في المصنع هو الهدف النهائي ، فمن المستحسن جعل استشعار الضغط عن الضاغط بعيدًا ، حيث يمكن القيام بذلك بأمان دون تجاوز قدرة الضغط في الضاغط. تتيح إضافة مستشعر ضغط عن بُعد لـ VSD "رؤية" بعد أي انخفاض في الضغط في غرفة الضاغط وتنظيم ضغط المصنع بدقة.

يوفر هذا الإجراء أيضًا الطاقة لأن الضغط المستهدف يمكن ضبطه بالضبط عند الحاجة إليه وليس عند مستوى عالٍ مصطنعًا للتعويض عن أسوأ فرق في الضغط. عندما تكون التدفقات منخفضة ، يكون هناك فرق ضئيل للضغط عبر مكونات التنظيف: لذلك ، فإن الضاغط يبقي تفريغه منخفضًا. أثناء التدفقات الأعلى ، سيزيد الضاغط تلقائيًا ضغط التصريف للتعويض عن فرق الضغط ، ولكن فقط خلال هذه الظروف.

5. ضبط إعدادات التحكم PID.

في بعض الأحيان عندما يتم تطبيق الاستشعار عن بعد ، أو عندما تحتوي خصائص الطلب على الهواء المضغوط على أحمال متفاوتة على نطاق واسع ، فإن الضاغط سوف يتخطى باستمرار ويضغط على الضغط المستهدف. هناك بعض الحالات التي يؤدي فيها عدم الاستقرار هذا إلى وجود تحكم غير مستقر في الضاغط ، مما يتسبب في إخراج منتظم للضغط الجيبية حيث يحاول الضاغط تلبية الضغط المستهدف دون نجاح. نظرًا لطبيعة الهواء المضغوط ، فإنه يتصرف كزنبرك ولديه قوة دفع وينعكس داخل الأنابيب. وبالتالي ، يكون من الصعب في بعض الأحيان التحكم في الضغط بدقة. لهذه الأسباب ، وضعت الشركات المصنعة ضاغط VSD خوارزميات التحكم PID في الضواغط للمساعدة في ضبط هذه المشاكل وتحقيق الاستقرار في الضغط. لكن الشركات المصنعة ببساطة ضبط الإعدادات الافتراضية لمتوسط الظروف ، ونظامك قد يكون لها خصائص مختلفة (الشكل 2).

الشكل 2: هذا الضاغط (الخط البرتقالي) يعرض عدم الاستقرار ، مما يتطلب تعديل المعلمات PID. - انقر هنا للتكبير

عندما يكون الضاغط VSD مستمرًا في إطلاق النار وتجاوزه ، تؤثر الضغوط الميكانيكية والكهربائية سلبًا على الضاغط. إذا وجدت أن هذا يحدث على نظامك ، فعليك أن تطلب من المورد الخاص بك الحضور وإجراء تعديلات دقيقة. من النادر إيجاد نظام لا يمكن ضبطه عن طريق ضبط حلقة PID و / أو إضافة سعة مستقبل التخزين.

6. ضبط مستويات الضغط في الوقت المناسب.

تحتوي بعض أدوات التحكم في ضاغط VSD على إمكانيات جدولة داخلية حيث يمكن برمجة ضغوط مختلفة خلال أوقات مختلفة من الأسبوع أو اليوم. بالإضافة إلى ذلك ، تتيح بعض أدوات التحكم برمجة مستويات ضغط مختلفة للرد على موضع المحول الخارجي. وبهذه الطريقة ، يمكن برمجة الضاغط بحيث يعمل بضغط منخفض - قل خلال الليالي وعطلات نهاية الأسبوع - ولكن يزيد الضغط خلال التحولات الرئيسية. أيضًا ، يمكن استخدام مفتاح خارجي لتحريك مستويات ضغط أعلى قصيرة الأجل أثناء الأحداث التي تحتاج إلى ضغط أعلى ، مثل ملء الإطارات بقدرة 110 رطل لكل بوصة مربعة ، لكن تسمح للنظام بالعودة إلى عمليات 90 رطل / بوصة عادية خلال الظروف العادية. هذا يوفر الطاقة عن طريق تقليل الطلب الصناعي وضغط تصريف الضاغط المتوسط.

7. القضاء على تعديل الحد الأدنى للسرعة.

تحتوي بعض ضواغط VSD أيضًا على أدوات تحكم في تعديل المدخل تُستخدم للحصول على إمكانات منخفضة للغاية لإيقاف التشغيل (في حدود 12 بالمائة من الحمل الكامل) للحصول على تحكم أفضل في الضغط من خلال النطاق الكامل لتشغيل الضاغط. لسوء الحظ ، مثل ضواغط السرعة الثابتة ، يؤدي تطبيق التعديل على ضواغط VSD إلى أقل من مستويات الكفاءة المثلى. في بعض الحالات ، تم ضبط أدوات التحكم في التعديل عن غير قصد لتقييد تدفق المدخل ضمن النطاق المتغير لتشغيل الضاغط.

في إقليم Manitoba Hydro ، نشجع عملائنا على التخلص من تشكيل ضواغط VSD عن طريق ضبط إعداد التعديل بعيدًا عن نطاق الضغط المستهدف وبدء التشغيل / الإيقاف. يتطلب ذلك ضبطًا من قِبل مورد الضاغط وأحيانًا تخزينًا أكبر للنظام لتقليل تردد بدء / إيقاف التشغيل ، ولكنه يزيد في كثير من الأحيان من كفاءة النظام.

8. زيادة الحد الأدنى للسرعة الإعدادات.

إذا قمت بفحص منحنى CAGI لبعض الضواغط ، فسترى أن الكفاءة (kW / 100 cfm) لمعظم ضواغط VSD تنخفض مع اقتراب الضاغط من الحد الأدنى للسرعة. يختلف هذا التدهور في الكفاءة باختلاف طراز الضاغط وطرازه ، ويبدو أكثر وضوحًا في الضواغط الأصغر حجمًا التي تبلغ 75 حصانًا أو أقل. غالبًا ما يحد المصنِّعون من الحد الأدنى لسرعة علامة الضاغط الخاصة بهم لإبقاء الوحدات خارج النطاق غير الفعال. في حالة عدم القيام بذلك ، قد تحتوي عناصر التحكم في الضاغط على إعداد للسرعة الدنيا مخفي في معلمات التحكم التي يمكن ضبطها للحفاظ على الضاغط في سرعات أكثر فعالية وأقل ارتفاعًا. يأتي هذا التعديل مع مفاضلة ، مما يقلل من النطاق المتغير.

في إقليم Manitoba Hydro ، نطلب من عملائنا زيادة الحد الأدنى من إعدادات السرعة الخاصة بهم ، عند الاقتضاء ، وإضافة مساحة تخزين أكبر للتعويض عن هذا التغيير لجعل الضواغط أكثر كفاءة. يتم ضبط الحد الأدنى للسرعة بواسطة مورد الضاغط.

9. تقليل إعدادات السرعة القصوى.

في بعض الأحيان يتم شراء ضاغط كبير جدًا من قِبل شركة تحسباً لمستويات إنتاج أعلى في المستقبل. إذا تم تثبيت ضاغط كبير في نظام ذي أحمال ذروة عالية ، فقد يساهم الضاغط في زيادة رسوم ذروة الطلب على المنشأة ، مما يكلف تكاليف كهربائية إضافية.

تحتوي بعض ضواغط VSD على إعداد rpm كحد أقصى حيث يمكن تخفيض الحد الأقصى kW للضاغط مؤقتًا. عند القيام بذلك بالاقتران مع سعة تخزين إضافية ، يمكن لهذا التعديل أن يقلل التكاليف الكهربائية.

10. زوج ضاغط VSD مع ضاغط أصغر.

في كثير من الأحيان ، عندما يتم تثبيت ضاغط VSD كبير جدًا بالنسبة للحمل ، ستقضي الوحدة معظم وقت التشغيل في وضع التشغيل / الإيقاف أقل من النطاق المتغير. سوف تخبرك معظم الشركات المصنعة أن التشغيل طويل المدى في هذا الوضع غير مرغوب فيه لأسباب سبق ذكرها. يحدث هذا غالبًا في الأنظمة التي تغذي محلات تصليح السيارات أو ما شابه ، حيث قد يكون متوسط الحمل خفيفًا جدًا (10 إلى 20 في المائة) ، لكن تدفقات الذروة ستحدث أثناء تشغيل الأدوات الهوائية الكبيرة. في هذه الحالات ، حيث يكون تغيير حجم الضاغط غير عملي ، قد يكون من الحكمة تثبيت ضاغط أصغر حجمًا ، والذي يمكن التحكم فيه أيضًا بواسطة VSD لتغذية الأحمال الخفيفة جدًا ، ولكن ضبط الضاغط الكبير على التشغيل أثناء الأحمال العالية. وبهذه الطريقة ، فإن كل ضاغط يعمل ، كبيرًا أم صغيرًا ، سوف يتطابق مع حالة التشغيل ويعمل ضمن نطاق التحميل الأمثل ، مما يوفر تكاليف إصلاح باهظة في المستقبل.

--- HTTP: //www.hqcompressor.com