Váš vzduchový kompresor může být chytřejší, než si myslíte

Ron Marshall za výzvu Compressed Air Challenge®

Nedávno byla většina vzduchových kompresorů ovládána mechanickými tlakovými spínači, relé a měřidly. Nastavení těchto jednotek, zejména při pokusu o koordinaci více kompresorů, by mohlo být frustrující a neplodné, protože často, ne dříve, než byly ovládací prvky správně nastaveny, nějaký druh mechanického gremlu něco vyhodil z úpravy.

Moderní ovládací prvky se často skládají z přesné špičkové elektroniky ovládané sofistikovanými mikroprocesory, které jsou programovány pomocí chytrých algoritmů, aby kompresory běžely efektivněji a spolehlivěji.

Stále více funkcí je vyvíjeno a implementováno do řídicích algoritmů. Je v nejlepším zájmu uživatele zjistit, co vaše řízení kompresoru nabízí, a zjistit, zda můžete těžit z nových inovací.

Jedním takovým velmi užitečným algoritmem je automatické počítání startů za hodinu, aby se snížila doba nezatíženého běhu. Tento článek popisuje použití tohoto algoritmu při řízení malých vzduchových kompresorů pro významná procenta úspor a uvádí příklad, kde byla tato funkce použita k získání úspor 66% jednoduchým přidáním úložného přijímače, snížením tlaku a úpravou řízení kompresoru.

Funkce automatického spuštění

Před několika lety si konstruktéři řízení kompresorů uvědomili, že je neefektivní nechat kompresor neustále běžet nezatížený, pokud není nutné vyrábět žádný vzduch. Zejména mnoho šroubových kompresorů spotřebovává značný výkon 25% až 50% plné zátěže (nebo v některých případech i vyšší) v nezatíženém stavu, který plýtvá energií, pokud nechává zbytečně běžet. Aby se omezila zbytečná energie, byly ovládací prvky kompresoru vybaveny časovacím obvodem (funkce automatického startu), které detekovalo, zda kompresor běžel po určitou dobu bez zatížení a pokud by byl, vypnul by motor kompresoru. Zastavený kompresor by zůstal aktivní a byl by připraven ke spuštění, pokud by systémový tlak klesl do bodu zatížení. Problém s tímto typem obvodu je v tom, že pokud uživatel nastaví časovač tak, aby řekl jednu minutu, a systém má omezenou kapacitu úložiště, kompresor se může pokusit zastavit a spustit příliš mnohokrát za hodinu, čímž překročí maximální počet motorů hlavního ovladače začíná za hodinu. Přípustné rozběhy za hodinu pro motor se mohou značně lišit v závislosti na charakteristikách motoru, velikosti, způsobu spouštění a hybnosti zatížení hřídele a dalších ohledech. Více informací o spouštění motoru naleznete ve standardu NEMA MG-1. Obecně platí, že čím větší motor a čím vyšší napětí, tím méně motorů za hodinu může začít.

To vše je velmi komplikované a ve starých časech je pro zjednodušení standardně nastaveno minimální nastavení časovače, obvykle asi 15 minut, takže žádný kompresorový motor se nezastaví a nespustí více než 4krát za hodinu. Chvíli to trvalo, ale někteří výrobci si brzy uvědomili omezení tohoto nastavení, zejména pokud jde o menší kompresory, které by mohly spolehlivě spustit 10 až 15krát za hodinu. Toto nastavení 15 minut bylo často neúčinné při snižování nevyčerpané spotřeby energie kompresorů, které cyklují více než 4krát za hodinu, ale méně než maximální počet rozběhů motoru.

Někteří výrobci nakonec zjistili, že je bezpečné implementovat způsob provozu, který umožňuje více startů za hodinu, ale bezpečně omezuje počet startů, pokud by se stalo něco, co způsobí, že kompresor rychle cykluje. Pro účely tohoto článku se tyto různé režimy řízení nazývají „inteligentní kontroly“. Protože tento článek je psán jako dodavatel neutrální, konkrétní výrobci s touto funkcí nebudou zmíněni, bude na uživateli, aby si vyžádal informace o vaší konkrétní kontrole od vašeho poskytovatele služeb. Některé dostupné „inteligentní ovládací prvky“ fungují těmito způsoby:

• Jeden výrobce umožňuje maximálně 4 starty za hodinu, ale start může být kdykoli v rámci pohybující se hodinové periody. Pokud začátky překračují, pak kompresor jednoduše běží bez zatížení,

• Jeden výrobce má speciální předprogramovaný režim, pokud je vybrán, bude snímat frekvenci cyklu kompresoru, a pokud je to přijatelné, vypne kompresor okamžitě po krátké době bez vybití, tento výrobce má také režim, ve kterém je teplota motoru snímána monitorem, a pokud bude povoleno dostatečné množství dalších zastávek / startů,

• Jiný výrobce umožňuje uživateli naprogramovat požadované maximální spuštění za hodinu nebo za den. Každá velikost kompresoru je dodávána s maximálním povoleným číslem, které bude nastavení ovladače omezovat. Kompresor se vypne okamžitě po krátké době vyprázdnění, pokud počet spuštění nepřesáhne tento maximální počet, protože algoritmus vychází z aktuálních cyklů kompresoru. Pokud není spokojen, kompresor zůstane bez zatížení.

• Jiný výrobce umožňuje, aby se časovač snížil na dvě minuty, motor se může vypnout, pokud kompresor běží 10 minut (nedoporučuje se používat k ochraně před nadměrným rozběhem).

Některé z těchto způsobů řízení kompresorů jsou inovativní ve způsobu, jakým chrání motor kompresoru před poškozením, a přitom si zachovávají dostatečnou flexibilitu, aby ušetřily nezatížený provozní čas. U mnoha z těchto ovládacích prvků je, pokud je přijímač kompresoru správně dimenzován, získána významná úspora v hodinách nečerpané doby chodu, zejména u lehce zatížených kompresorů s příležitostnými vysokými špičkami, jako jsou jednotky umístěné v opravnách.

Navrhování „inteligentního“ úložiště

Ovládání kompresoru to nemůže udělat samo; aby byly cykly kompresoru účinné, musí být v rozsahu, který může ovládání zvládnout. Graf 1 ukazuje účinek změny objemového a tlakového pásma zatížení / vyložení na počet cyklů za hodinu. Pro malé kompresory je nejlepší navrhnout dostatek úložného prostoru pro asi 6 až 8 startů za hodinu při maximální frekvenci, která se vyskytuje v 50% naloženém bodě (toto omezení zkontrolujte u výrobce). Zkušenost ukázala, že skladovací objem 10 galonů na cfm a tlakové pásmo 30 psi zajišťuje, že počet startů za hodinu při 50% zátěži zůstává vždy pod 6. Obecně by však měla být tato strategie použita pro systémy s průměrem nakládka dobře pod 40%.

Graf 1: Vliv skladovacích a tlakových pásem na frekvenci cyklu

V systému se mohou stát věci, které by mohly zvýšit frekvenci cyklu, s největší pravděpodobností diferenciální filtraci. Když se filtry zatěžují úlomky v průběhu normálního životního cyklu, pokud je filtr umístěn mezi snímacím bodem řízení kompresoru a přijímačem úložiště, snižuje se efektivní kapacita, kterou kompresor „vidí“, a zvyšuje se počet cyklů za hodinu. Z tohoto důvodu je nejlepší spoléhat se na inteligentní ovládání, spíše než na jednoduché vypnutí časovače na nulu, což je v některých případech možné.

Účinek širšího tlakového pásma

Vyšší průměrný tlak zvýší spotřebu energie motoru kompresoru ve stavu zatížení asi o jedno procento za každé zvýšení o dva psi (obvykle menší než toto nad 110 psi). Rozšíření tlakového pásma z pásma 10 psi na pásmo 30 psi zvyšuje průměrný tlak kompresoru o 10 psi a způsobuje zhruba 5% vyšší spotřebu energie. Pokud však kompresor běží nezatížený po významnou dobu, eliminace doby nezatíženého běhu může více než splatit tento dodatečný načtený výkon.

Vyšší tlak také ovlivní neregulované spotřebitele stlačeného vzduchu a zvýší průtok, pokud bude povolen do závodu. Z tohoto důvodu se doporučuje zařízení pro regulaci tlaku / průtoku, aby se udržoval konstantní nižší tlak v zařízení o něco menší než nastavení zatížení kompresoru.

Příklad projektu

Centrální potravinářské zařízení pro oblastní nemocnice ve velkém kanadském městě používá stlačený vzduch pro pneumatické operace. Byl proveden audit zařízení, které ukázalo, že stávajících 20 kompresorů HP s provozním zatížením bylo načteno 2% času při běhu bez zatížení 26% času. Protože zátěž je nízká, je aktivní vnitřní spouštění kompresoru za hodinu, vypnutí kompresoru mezi cykly během lehkého zatížení mezi směnami, ale ne během hlavních směn kvůli nedostatečnému skladování. Přesto je vypočítaný měrný výkon kompresoru 77 kW na 100 cfm, protože kompresor zůstává po většinu své provozní doby bez zatížení, stále spotřebovává asi 35% svého plného zatížení, ale neprodukuje žádný vzduch. Graf 2 ukazuje původní profil 24 hodin provozu systému.

Za účelem zkrácení provozní doby kompresoru byl do systému přidán přijímač 660 gallonů s regulačním ventilem tlaku / průtoku nastaveným na 90 psi. Výsledná operace kompresoru pomocí inteligentního řízení prakticky eliminovala nezatíženou dobu chodu a výrazně snížila počet spuštění kompresoru. Specifický výkon systému je nyní snížen na přibližně 24 kW / 100 cfm, což je 60% snížení. Při snížení průtoku v důsledku nižšího tlaku v zařízení a malého snížení úniku je skutečné snížení provozních nákladů 66%.

Tento příklad projektu je velmi malý, ale ukazuje úspory, které lze dosáhnout, pokud je „inteligence“ kontroly spojena s dobrým designem a know-how. Bylo realizováno mnoho podobných projektů, jeden až 100 HP s velmi velkým úložištěm, a prokázaly se jako vynikající alternativa k VSD v místech s nízkým průměrným zatížením a vysokými vrcholy, ale v prašném prostředí. Pokud si přejete provést podobné projekty, je třeba konzultovat výrobce kompresoru, abyste zjistili přípustný počet spuštění za hodinu pro vaši konkrétní jednotku a zda je řízení kompresoru nastaveno pro správnou funkci.

Graf 2: Typický profil výrobního týdne ukazující významný čas strávený nevyloženým.

Graf 3: Nevyčerpaná energie kompresoru byla odstraněna po přidání úložiště.

-------- http://www.hqcompressor.com