工业实用效率

适用于多空压机系统的VFD压缩机选型

Tim Dugan，压缩工程公司P.E.总裁

介绍

更换旧空压机时，安装变频驱动(VFD)空压机已成为“最佳做法”。因此，实际系统有定速和VFD空压机，混合使用。我观察了几种VFD压缩机的选型方法。在我的上一篇文章中，我提到了一个常用的方法:为整个系统配置一个VFD压缩机。这可以工作。然而，如果它不能满足更高的峰值需求，一个或多个旧压缩机将被启动，结果是混合系统。另一种方法是更换相同尺寸的压缩机，但使用VFD。如果更换的压缩机体积较大，则安装了较大的变频器。如果是小的，还是小的。另一种方法是分割系统。 In all these cases, there is a VFD compressor in a system that has not been really designed. It just happened. Many of these systems aren’t operating efficiently or reliably, because system issues and VFD compressor sizing wasn’t well thought out.

本文的目的是为在多压缩机系统中选择和安装合适尺寸的变频空压机提供一些参考。

总结

简而言之，在多机系统中增加VFD空压机时，我建议如下:

  1. 建立固体流动剖面
  2. 确定“内饰”空气压缩机的流量范围
  3. 规格VFD和基本负荷空压机(s)

建立固体流动剖面

当你有多台空压机时，制定一个流量分布可能说得容易做得难，特别是当有多个空压站时。在每个压缩机站的干燥器出口处安装一个永久流量计是较好的方法。它们很容易被热启动。有几家厂家生产热质量流量计，热质量流量计是较好的类型。我更喜欢能够进行数据记录的仪表，并带有约束电缆。参见图1。如果您的系统有再生压缩空气干燥器，您需要在测量的流量剖面中添加干燥器清洗。

thermalmassflowmeter

图1所示。典型的热质量流量计

如果没有安装流量计，则必须进行“审核”以确定流量剖面。这需要对所有空压机的电流(或功率)和压力进行数据记录，记录时间足够长，以开发所有典型的生产剖面，根据测量数据和空压机性能曲线进行准确的流量计算，并对所有空压机流量进行总结。即使您测量的是磨损的空气压缩机，我建议为压缩机分配全工厂指定的曲线流量，这是保守的。根据加载-卸载间隔，以30秒或更细的时间记录数据。我大部分的审计都是这样做的。我们不应该仅仅按一个因素来缩放电流。这是非常不准确的。

在这两种方法中，流量计或计算流量，必须“阻尼”数值(在Excel模型中)，如果在混合中有加载-卸载或启停压缩机。它们使系统看起来比实际更“高峰”。如果加载-卸载间隔是2分钟，我将运行5-10分钟的平均流量以使其平稳。

然后，将测量的(流量计)流量调整到空气压缩机进气流量，使用容积单位如“acfm”或m3/hr，而不是标准化单位如“scfm”或“nm3/hr”。这一剖面成为确定空压机尺寸的基础，空压机的输送是在包的进气口的额定。使用以下公式:

  • 进气流量=测量流量× 29.92 /环境压力(mm Hg)

我还调整了我的流量剖面的压力，因为一些系统是相当不规范的，有很大的压力差异。这需要比你想做的更多的电子表格操作，但以下是我对每个数据样本所做的:

  • P2调节流量= P1流量x[1 +未调节比例x (P2 - P1)/100]

对于我的一个大型航空航天客户，我得到了他们的热质量流量计数据，他们将数据录入他们的SCADA系统，验证并总结。在这种情况下，我推荐热压缩干燥机，所以我没有添加回干燥机清洗。参见图2。注意流的高度变化，以及“两种模式”的行为。还要注意数据中的高“噪声”。即使在阻尼之后，噪声也是显著的。

flowprofile

图2。流量剖面

总之

当整个压缩空气系统处于受控压力下时，在所有典型的生产日子里，开发一个完整的流量范围的Excel模型。

确定“调整”空气压缩机的流量范围

这一步需要“目测”以上的流量剖面。这不是我在工程学校学到的技能，而是在现实世界中做了数百次压缩空气分析。在航天项目的例子中，显然有两种模式。高流量，这是一个模拟辅助液压单元机载操作的测试过程，低流量，这是通用的暖通空调加维护的气动。这是一个“批处理”过程。你的植物可能不会有这么大的变化。我用这个作为例子，因为我的项目中至少有一半的气流有很大的波动，而你的工厂可能比你想象的变化更多。许多运营商说“我的流量是恒定的”，然后我进行审计，结果有很大的差异。只需打开一个1英寸的阀门，就会产生1000 scfm的需求峰值，而且操作人员可能会对此进行屏蔽，所以他们不知道发生了什么。

首先，抛开明显的异常数据。一个典型的要忽略的数据集是在系统关闭后继续运行。在这个数据集中，它总是被加压。其他异常值可能存在的时间很短，您可以有效地忽略它们以确定主压缩机的大小，并期望备用压缩机捕获它。就像这个数据中在凌晨2点15分16秒的峰值。

第二，寻找在最大最小差上接近相同的范围。这个数据显示了大约800-1000 scfm最大-最小的两个范围。参见图3。

图3

图3。流量范围

尺寸VFD和基本负荷空气压缩机从方差和基本负荷尺寸

如上所述文章对于单压缩机系统的VFD压缩机的选型，大多数时候应该保持在30%到80%的范围内。在这个概要中，低端似乎经常降为零。显然，这就是数据噪音。这个系统太大了，无法做到这一点。所以，如果你想要一个VFD空压机神奇地工作在这两个范围，你会想要一个1200-1300 acfm单位，转速控制800-1000 acfm调低，或大约500-1300 acfm速度控制。然而,你必须有一个1200 - 1300 acfm负荷系统中压缩机运行在高流量,所以你的选择是有限的一组基本负荷的压缩机认为最有意义的整体,以及他们是否正在取代当时正在安装变频。

我将在这里停止，并给你几个经验规则，可以很好地用于多压缩机系统设计:

  1. 始终要有一个音序器，一个可以控制VFD压缩机作为“固定修剪”，而不是作为一个压缩机分阶段进入和退出。
  2. 其他文章已经写了这个，但我喜欢至少3-5加仑每acfm无油螺杆和6-10加仑润滑。
  3. 对于固定速度的压缩机，同等大小，相同类型的顺序压缩机，在峰值有一个备用，总是最稳健的设计。
  4. 理想情况下，只有其中之一，并且在其最佳位置，30-80%的速度，大多数时间。
  5. 为了避免“死带”控制问题，VFD压缩机需要比基础负载压缩机稍大一点，当然不能更小。

我将在这个流程配置文件中运行三个选项，您将看到哪个最有效。在现实世界中，这将取决于你被限制的基本负荷选项。

选项1。两(2)台同等大小的空压机(VFD和基础负荷)

空气压缩机的选择:

  • (1) VFD: 1300 acfm, 500-1300 acfm调速范围
  • (1)基础负荷(+ 1备用):1300 acfm/ea

这是可行的，如果流动不是经常在中间范围降落。如图4所示，这种情况在这个系统中并不常见。然而，如果你的需求随机上下浮动，并且会在范围的中间20%很多，我不会使用这个设计。你会经常缩短VFD和基础负载压缩机之间的循环。

flowranges

图4

以下是一些观察结果:

  • 低流量:VFD循环
  • 高流量，VFD在最佳位置
  • 注意中区，1300-1800空中管制，"死亡乐队
  • “2模式”配置文件。中程不好。
  • 推荐:
    • 如果流量处于中档>10%的时间就不要使用。
    • 大小存储和调整控制，以阻尼过渡从1=>2和2=>1压缩机运行。

第二个选项。更大的VFD和(2)相同尺寸的基础负载空气压缩机

空气压缩机的选择:

  • (1) VFD: 1300 acfm, 500-1300 acfm调速范围
  • (2)基础负荷(+ 1备用):750 acfm/ea

这是一个尝试遵循最严格的经验规则，与可用的大小压缩机。这个流动剖面的挑战是大的跳跃。它经常超过一个基本负荷和VFD，需要第二个基本负荷启动。参见图5。如果流程的变化更加随机，那么这通常是一种“最佳实践”设计。但这是真实的世界，所以让我们看看它是如何工作的。参见图5。

调用loadchart

图5

以下是一些观察结果:

  • 低流量，变频器在低范围内循环
  • 高流量，后2nd基础起步，VFD返回，在低范围内骑行
  • 小的基本负荷是好的一般，但注意VFD低范围。
  • 建议:
    • 大小存储和调整控制，以减弱过渡从1=>3和3=>1压缩机运行。
    • 避免时序器计时器2=>3和3=>2操作。给VFD足够的时间旋转和稳定两个小的基本负荷压缩机运行。

选项3。超大基础负荷空压机

空气压缩机的选择:

  • (1) VFD: 1300 acfm, 500-1300 acfm调速范围
  • (1)基础负荷(+ 1备用):2000 acfm

这违反了所有的规则。我用这个例子来说明为什么不应该这样做。我经常遇到设备工程师的客户，他们想要一个“大”的基础负载和一个“小”的变频器压缩机。他们只考虑一个负荷，在他们认为的流量下，一个平坦的需求。他们没有考虑到这个模型崩溃的流动范围，而这很可能发生在整个系统的生命周期中。在某些情况下，系统中已经有一个新的大型基础负载压缩机，并增加了一个新的、更小的VFD微调压缩机。

我把中间地带称为“无人区”。从技术上讲，这是一个“死带”控制问题，即修剪和基础负荷压缩机的控制范围重叠。两者都将试图满足需求，系统将不稳定。参见图6。

figure5

图6

以下是一些观察结果:

  • 低流量，VFD循环
  • 中流，基础负荷和VFD循环，不稳定
  • 高流量，VFD循环
  • 大负荷坏
  • 建议:
    • 如果可以避免，就不要这样做。
    • 如果这是不可避免的，使用基于流量的控制和上限范围调制的基础负载压缩机，这样它运行系统单独在中范围。这是一个自定义控制器。

结论

要将一个VFD与多个空压机系统匹配，请执行以下操作:

  1. 建立固体流动剖面
  2. 观察外形，确定微调压缩机的运行范围
  3. 总包括一个主控制器和存储在系统中，设计控制阀内件压缩机作为“固定阀内件”。
  4. 一般来说，最安全的做法是将VFD的基本负荷设定为1.5倍，并配备同等大小、顺序的基本负荷压缩机，并配备一个备用压缩机。

欲了解更多信息，请联系Tim Dugan，电话:(503)520-0700，邮箱:Tim.Dugan@comp-eng.com,或者访问www.comp-eng.com．

阅读更多空气压缩机技术的文章,请访问www.ghtac.com/technology/air-compressors．

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