Меню Рубрики

Установки компрессора с частотным приводом

Использование компрессора с частотным преобразователем серии INVERSYS

Зачем нам нужен компрессор с частотным приводом? Попробуем разобраться

Реорганизация компрессорного парка одна из наиболее важных задач для российских предприятий. На многих предприятиях остались мощные поршневые компрессорные установки с различной производительностью от 10-100 м3/мин. Данные компрессоры, как правило, не имеют системы регулирования производительности, за исключением сброса излишек сжатого воздуха в атмосферу. Часто возникает ситуация, когда для производства небольшого количества сжатого воздуха, приходится запускать компрессор большой мощности с высоким потреблением электроэнергии.

Кроме того, в силу долгой эксплуатации компрессоры морально и физически устарели, уже не достигается заявленная производительность, имеют место большие потери при производстве сжатого воздуха. Такая картина не позволяет говорить о какой-либо экономии при производстве сжатого воздуха, наоборот, можно говорить о проблемах из-за:

  1. Постоянных ремонтов устаревшего оборудования.
  2. Содержания штата обслуживающего персонала.
  3. Организации оборотного водоснабжения для охлаждения.
  4. Многочисленных потерь в пневматической магистрали из-за утечек.

Для уменьшения расходов при производстве сжатого воздуха, на предприятиях стали прибегать к децентрализованной схеме снабжения сжатым воздухом, устанавливая локальные винтовые компрессоры (компактные, малошумные — серия Tidy; более мощные — серия DVK). На многих предприятиях экономический эффект от перехода к децентрализованной системе составил сотни тысяч рублей.

Следующим шагом в развитие энергосберегающих технологий в 1995 году стала разработка винтовых компрессоров с частотным приводом — серия «INVERSYS».

Частотно-регулируемый привод состоит из асинхронного двигателя и преобразователя частоты. Наша компания использует комплектующие передовых европейских компаний: преобразователь частоты (EMERSON, АВВ), электрический двигатель (WEG).

Отметим некоторые технические особенности нового электродвигателя «WEG W22»:

  • Измененная конструкция обеспечивает усиленный обдув всего корпуса, за счет чего поддерживаются низкие рабочие температуры.
  • Лопастное колесо было спроектировано таким образом, чтобы обеспечить конструктивную прочность и снизить уровень шума.
  • Внутри больше места, и доступ к клеммнику более открытый, что облегчает подводку и подключение кабелей.
  • Клеммная коробка смещена в сторону вала — это снижает температуру на подшипниках и уровень шума за счет того, что воздушный поток лучше распределяется по корпусу.
  • Лапы электродвигателя цельные, что обеспечивает более прочное конструктивное исполнение и, как результат, низкий уровень вибрации.

Двигатели линии W22 производятся с использованием высококачественного чугуна, что обеспечивает максимальную износоустойчивость и высокую производительность в агрессивных средах.

Двигатель преобразует электрическую энергию в механическую и приводит в действие винтовую пару. Преобразователь частоты управляет электрическим двигателем и преобразует переменный ток одной частоты в переменный ток другой частоты. А название «частотно-регулируемый электропривод» обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты напряжения питания, подаваемого на двигатель от преобразователя частоты.

При пуске обычного асинхронного электродвигателя пусковые токи превышают номинальные в четыре с лишним раза, что ведет к перегрузке сети и ограничению допустимых включений компрессора в течение часа, а компрессор с регулируемой производительностью запускается в работу плавно, соответственно и число операций пуска у него меньше.

Компрессор с частотным преобразователем, поддерживает постоянное рабочее давление в системе с точностью до 0,1 бар и немедленно реагирует на изменение давления в сети. А ведь каждый лишний бар давления нагнетания увеличивает электропотребление компрессора на 6-8%.

И, наконец, самый весомый вклад в экономию электроэнергии — точное соответствие производительности компрессора с частотным приводом реальной потребности в сжатом воздухе в данный момент времени.

Существует несколько вариантов установки компрессоров для получения экономии электроэнергии

Первый вариант — установка нескольких винтовых компрессоров, соединенных в единую сеть с общим пультом управления, позволит помимо сокращения энергопотребления обеспечить столь необходимый «резерв» сжатого воздуха в случае выхода из строя одного компрессора.

При пиковых нагрузках компрессорная станция работает полностью, а при падении потребления воздуха один или несколько компрессоров автоматически отключаются. Сделав это, уже можно получить вполне реальную экономию электроэнергии.

Второй вариант — компрессор с частотным приводом работает в паре с обычным винтовым компрессором, тем самым мы также получаем экономию электроэнергии + 50% резерв, если один из них выходит из строя.

Считается, что компрессор с частотным приводом имеет смысл использовать только при работе компрессора в режиме 20-70% нагрузки, при нагрузке свыше 80% экономия электроэнергии уже не так заметна, возможно, здесь имеет смысл ставить компрессор с постоянной производительностью. А так же важно понимать, что компрессор с частотным приводом не будет экономить Вам электроэнергию, если в Вашей сети есть утечки.

Из последнего графика мы можем наблюдать, что в среднем экономия электроэнергии составит 24%. Также необходимо учесть, что начальные инвестиции на проект установки компрессора с частотным приводом существенно выше, чем на проект установки обычного компрессора. Чтобы окупить эту разницу требуется время. В среднем при рваном графике потребления сжатого срок окупаемости проекта установки компрессора с частотным приводом может составлять от 12 до 36 месяцев.

Читайте также:  Установка клепок на кожу вручную

Оборудование компрессорного цеха

Компрессор представляет собой устройство, обеспечивающее получение и дальнейшее использование энергии сжатого газа.

Винтовые компрессоры мощностью 15 кВт

Ключевой особенностью винтовых компрессоров малой мощности является низкий уровень вибраций и полное отсутствие пульсаций газа на выходе из компрессора.

Винтовые компрессоры с осушителем и ресивером

Когда на производстве есть потребность в большом количестве сжатого воздуха, прибегают к использованию винтовых компрессоров.

источник

Применение преобразователей частоты для управления холодильными компрессорами

Для данного применения рекомендуется использовать преобразователи частоты серии VLT Micro Drive FC51, либо другие специальные серии преобразователей частоты «Данфосс».

Наиболее распространены следующие типы холодильный компрессоров:
• Поршневые
• Спиральные
• Винтовые

Принцип управления всеми типами холодильных компрессоров подобны, однако, в работе винтовых компрессоров существует специфика.

Поршневые и спиральные компрессоры

Система управления преобразователя частоты поддерживает заданное значение давления всасывания (температуры кипения) хладагента. Преобразователь частоты поддерживает давление на требуемом уровне путем изменения частоты вращения электродвигателя, тем самым плавно регулируя производительность компрессора. Такой режим работы особо актуален при значительно изменяющейся нагрузке на холодильную систему.

Винтовой компрессор

В большинстве случаев такие установки снабжены регуляторами производительности. Исследования показывают, что эффективность регулирования производительности винтового компрессора золотником, по сравнению с применением преобразователя частоты для этих целей, экономически обоснована лишь при узком диапазоне производительносте (85–100%). В случае, если технологически необходимо регулирование производительности в более широком диапазоне, энергоэффективность решения на базе преобразователей частоты не имеет аналогов.

Ввод в эксплуатацию

Преимущества применения преобразователей частоты

Поршневой и спиральный компрессор

Применение частотно-регулируемого привода Преимущества
Изменение производительности насоса Сокращение расходов на электроэнергию. Широкий диапазон изменения производительности, особо актуальный для установок с большим диапазоном изменения тепловой нагрузки.
Отсутствие механических устройств регулирования производительности
Плавный пуск Увеличение срока службы двигателя.
Пусковые токи близки к номинальному
Особенности преобразователей частоты Данфосс Преимущества
Съемная панель управления Нет необходимости в выносном дисплее контроллера
Встроенный логический контроллер Экономия на внешнем ПЛК
Широкая сеть сервисных партнеров в России Оперативная техническая поддержка и сервис

Винтовой компрессор

Применение частотно-регулируемого привода Преимущества
Изменение производительности насоса Сокращение расходов на электроэнергию. Возможность регулирования производительности в широком диапазоне (выше номинальной производительности, при согласовании с производителем до 90 Гц) без отключения экономайзера
Изменение производительности компрессора Отсутствует необходимость в обслуживании золотникового механизма, сокращение количества двигающихся механизмов
Плавный пуск Увеличение срока службы двгателя.
Пусковые токи близки к номинальному
Особенности преобразователей частоты Данфосс Преимущества
Съемная панель управления Нет необходимости в выносном дисплее контроллера
Встроенный логический контроллер Экономия на внешнем ПЛК
Широкая сеть сервисных партнеров в России Оперативная техническая поддержка и сервис

Пример. Рассчет экономии электроэнергии с использованием преобразователей частоты для холодильных компрессоров

Винтовой холодильный компрессор с электродвигателем мощностью 15 кВт работает в составе производственного технологического процесса. Компрессор работает круглосуточно. Среднесуточная загрузка распределена следующим образом:
27 % производительности – 6 ч
55 % производительности – 8 ч
85% производительности – 6 ч
100 % производительности – 4 ч

Стоимость преобразователя серии VLT Micro Drive FC51 мощностью 15 кВт ≈ 48 500 руб.
Стоимость 1 кВт/ч электроэнергии ≈ 3 руб.
КПД двигателя = 84%.
Потребление без ПЧ в сутки = 9,47 * 24= 227,28 кВт/ч.
Потребление с ПЧ в сутки = 8,65 * 24 = 207,5 кВт/ч.
Экономия за сутки = (227,28-207,5) * 3=59,04 руб.
Экономия за сутки составит 8,7% (Расчет был сделан при помощи программы «Экономия с ЧРП»).
Экономия за год = 59,04 руб * 365 дней ≈ 21 549,6 руб.
Экономия за счет встроенного логического контроллера составит 4000 руб (это стоимость внешнего контроллера).

В компании «Данфосс» разработаны методики расчета ТЭО для винтовых компрессоров и программа для мобильных приложений по расчету. Данный факт позволяет экономить время заказчику при предварительных расчетах ТЭО по внедрению Преобразователей частоты. Экономия составит около 8000 руб.

Сведем все расчеты энергосбережения в таблицу

Применение частотно-регулируемого привода Экономия, руб.
Изменения производительности насоса за счет частоты вращения 21 549
Особенности преобразователей частоты Данфосс Экономия, руб.
ТЭО 8 000
Встроенный логический контроллер 4 000
Итого 33 549

Покупка преобразователя частоты в данном случае окупится менее чем за полтора года.

источник

Преимущества компрессора с частотным преобразователем. Мифы и реальность.

Преимущества частотно-регулируемого привода

Энергосбережение – одна из первостепеннейших задач, стоящих сегодня перед современными промышленниками. Именно поэтому многие производители компрессорного оборудования стали производить компрессоры с частотным регулированием. Производительность при использовании подобного оборудования жестко зависит от текущей величины заданной потребности.

Читайте также:  Установка starline на kia sorento

В чем же особенность компрессоров с частотным преобразователем

Современный частотно-регулируемый привод состоит из асинхронного двигателя и преобразователя частоты. Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую и приводит в действие винтовую пару.

Преобразователь частоты управляет электрическим двигателем и преобразует переменный ток одной частоты в переменный ток другой частоты. А название «частотно-регулируемый электропривод» обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты, подаваемого на него напряжения питания.

Внедрение частотного привода в компрессоростроении предполагало получение аналогичных преимуществ по сравнению с обычными винтовыми компрессорами.

Например, при пуске обычного асинхронного электродвигателя пусковые токи превышают номинальные в четыре с лишним раза, что ведет к перегрузке сети и ограничению допустимых включений компрессора в течение часа. Напротив, компрессор с регулируемой производительностью запускается в работу плавно, соответственно и число операций пуска у него меньше. «Частотник» поддерживает постоянное рабочее давление в системе с точностью до 0,1 бар и немедленно реагирует на изменение давления в сети. А ведь каждый лишний бар давления нагнетания увеличивает электропотребление компрессора на 6-8%.

И, наконец, самый весомый вклад в экономию электроэнергии — точное соответствие производительности «частотника» реальной потребности в сжатом воздухе. В результате — дорогостоящие периоды холостого хода (во время которых асинхронный двигатель обычного винтового компрессора потребляет около 25% своей номинальной мощности) сведены до минимума.

Мифы и реальность

Рассмотрим аргументацию производителей компрессного оборудования в пользу частотного привода.

Как правило, для наглядности приводятся две диаграммы, показывающие общие затраты на производство сжатого воздуха за 5 лет эксплуатации у компрессора без частотного привода и у «частотника». Из этих диаграмм следует, что экономия электроэнергии у компрессора с частотным приводом составляет 24% (некоторые производители декларируют даже 30-35%).

Ниже диаграмма производителя компрессорного оборудования Экомак. Слева компрессор без частотника, справа — с частотником:

Ну а далее, остается перейти от процентов экономии электроэнергии к киловаттам мощности приводного электродвигателя, а от него к деньгам. В результате, в графе «экономия за 5 лет эксплуатации» появляется внушительное пяти-шестизначное число!

Так ли это? Не всегда. Говоря об экономии электроэнергии и приводя характерные диаграммы, большинство производителей компрессорной техники умалчивают о режимах эксплуатации оборудования. А ведь это важнейший вопрос!

Одной из крупнейших компрессорных компаний были проведены исследования о характере потребления сжатого воздуха на европейских промышленных предприятиях. В итоге, все полученные данные были условно разбиты на три группы (см. таблицу ниже).

3-х сменная работа, большое потребление в дневные смены, слабое потребление в выходные дни.

2-х сменная работа, нет потребления в выходные, потребление сильно меняется в течение дня

2-х сменная работа, постоянное потребление на уровне 60% от максимальной производительности

Как видно из таблицы, наибольший эффект при использовании «частотника» по сравнению с компрессором, имеющим традиционную систему управления «нагрузка – холостой ход – остановка» был получен лишь на предприятиях, где потребление существенно меняется в течение дня. Там, где оно более-менее постоянно, эффективность применения «частотника» оказалась значительно ниже. Понятно почему: ведь при загрузке обычного компрессора стремящейся к 100 % время работы на холостом ходу сводится к минимуму.

Рассмотрим еще один типовой образец аргументации в пользу компрессора с частотным приводом на примере статьи «Энергия сэкономленная — есть деньги заработанные» (журнал «Техномир», №3, 2004г.).

В данной статье анализируется работа винтового компрессора с электродвигателем мощностью 60 кВт и максимальным давлением 10 бар, загруженным на 70% с годовой наработкой 4000 часов. Говорится о том, что при замене этого компрессора на аналогичный «частотник» годовая экономия электроэнергии составит 78926 кВт*час или «частотник» окажется экономичнее на 33%.

78926 кВт Час берутся из расчета:

  • экономия за счет минимизации времени холостого хода — 48000 кВт *час (60,82 % от общей экономии);
  • отсутствие потерь из-за разгрузки внутренней системы компрессора (ресивера воздушно-масляного сепаратора) — 806,4кВт *час (1,02%);
  • экономия за счет отсутствия «перекачки» пневмосис-темы по давлению — 15120 кВт *час (19,16%);
  • экономия из-за меньших утечек из пневмосистемы -5400 кВт Час (6,84%);
  • экономия за счет отказа от ременной передачи в пользу прямой (электродвигатель — муфта — винтовой блок) — 9600 кВт Час (12,16 %).

При расчете данных «процентов» экономии сразу возникает несколько вопросов.

Прежде всего, почему при загрузке компрессора на 70 % время холостого хода составляет 30%? Ведь известно, что компрессор работает в режиме «нагрузка — холостой ход — остановка (режим ожидания)». Где в расчетах это самое время ожидания? Или предполагается, что компрессор вообще не останавливается во время работы?

Читайте также:  Установка кофе автоматов в государственных учреждениях

Далее, расчет экономии за счет минимизации времени холостого хода строится из предположения, что «средняя частота разгрузок 20 раз в час». Интересно, откуда берется такое «среднее значение»? Электронные пульты управления работой компрессора у многих производителей при превышении числа включений компрессора более 10 раз в час вообще рассматривают такой режим работы как «ошибочный» и отключают установку. Известно, что в момент пуска электрическая нагрузка значительно увеличивается, а это крайне негативно сказывается и на электросети, и на силовой электрике компрессора (прежде всего, на магнитных пускателях). Поэтому столь частых включений-выключений стараются избегать. Таким образом, полученное значение экономии электроэнергии за счет минимизации времени холостого хода — 48000 кВт*час — можно уменьшить в два раза.

Из рассмотренного выше следует, что годовая экономия электроэнергии может составить не 78926 кВт*час, а всего 45326,4 кВт*час. Получается, что «частотник» экономичнее не на 33%, а всего на 19% (что, кстати, отчасти согласуется с данными таблицы). А при увеличении загрузки более 70%, уменьшении времени холостого хода и числа включений в час, экономия может быть еще меньше.

Таким образом, эффективность использования винтового компрессора с частотным приводом зависит от режима работы оборудования, потребляющего сжатый воздух, а фирмы-производители в рекламных целях нередко склонны завышать выигрыш от использования «частот-ника». Но ведь существуют и другие, нередко более экономичные и простые решения, ведущие к той же цели, например, организация децентрализованной системы обеспечения сжатым воздухом. В этом случае вместо одного мощного компрессора, не всегда полностью загруженного, устанавливаются нескольких компрессоров с меньшей производительностью непосредственно на производственных участках. Здесь гораздо проще подобрать компрессор точно в соответствии с потреблением воздуха. Кроме того, мощность компрессоров, установленных по децентрализованной схеме, значительно ниже, и смысла ставить «частотник» с производительностью от 0,1 до 3 м3/мин нет.

Другой вариант — установка нескольких винтовых компрессоров, соединенных в единую сеть с общим пультом управления. При пиковых нагрузках компрессорная станция работает полностью, а при падении потребления воздуха один или несколько компрессоров автоматически отключаются. Сделав это, уже можно получить вполне реальную экономию электроэнергии.

Кроме того, установка нескольких, например, четырех обычных компрессоров, объединенных в систему с общим управлением, позволит помимо сокращения энергопотребления обеспечить столь необходимый «резерв» сжатого воздуха в случае выхода из строя одного компрессора. В этом случае, общая производительность уменьшится всего на 25%, в то время как выход из строя одного «частотника» полностью остановит все производство. Возможные убытки даже от каждого дня простоя всего производственного оборудования не сравнить со стоимостью сэкономленной электроэнергии, составляющей от нескольких десятков до нескольких сотен евро в день. А простой в 2-3 дня принесет потери, превышающие размер годовой экономии электроэнергии.

Так быть или не быть компрессорам с частотным приводом? Наверное, все-таки быть! У «частотника» существуют очевидные преимущества, особенно если их правильно использовать. Например, очень перспективным представляется направление, где компрессор с частотным приводом работает в паре с обычным винтовым компрессором. Такие проекты уже реализованы и получена существенная экономия электроэнергии.

Вопрос в другом — является ли «частотник» универсальным средством для решения проблем энергосбережения? А вот это, пожалуй, нет. Прежде всего, компрессор с частотным приводом имеет смысл приобретать только после приведения в порядок оптимизации пнев-мосистемы предприятия — именно в этом случае он даст эффект. Ни один даже самый совершенный компрессор не залатает «дырки» в пневмосети предприятия. К тому же, существенную экономию можно получить лишь при изменении нагрузки от 20% до 60% в течение дня, а при нагрузке свыше 80% экономия электроэнергии уже не так заметна. Надо также учесть, что начальные инвестиции на проект с «частотником» существенно выше, чем на проект с обычным компрессором, и чтобы окупить эту разницу тоже требуется время. Поэтому «частотник» может начать реально зарабатывать деньги не через 1,5-2 года, как это часто заявляют, а гораздо позже. Здесь уже надо подумать о том, что предполагаемый срок работы нового компрессора составляет в среднем 50 тыс. часов или 6-12 лет эксплуатации. И если по истечении этого срока компрессор еще будет исправно работать, то он вполне может устареть морально, ведь компрессоростроение сегодня является одним из наиболее динамично развивающихся направлений общего машиностроения.

В заключение, потребителям компрессорного оборудования хочется пожелать — доверьте решение своих проблем профессионалам, и Вам всегда помогут выбрать именно то оборудование, которое будет наилучшим образом соответствовать особенностям вашего производства.

источник