Thời gian kích hoạt đề xuất cho điều khiển van điện từ: khoảng 0,5 đến 1 giây dưới dạng xung, và điều chỉnh theo tình hình thực tế.
(3) Bốn phương pháp điều chỉnh lưu lượng của máy nén khí trục vít
Các phương pháp điều khiển khác nhau của máy nén khí trục vít
Có nhiều yếu tố cần xem xét khi lựa chọn loại máy nén khí trục vít. Phải tính đến mức tiêu thụ khí cao nhất và phải có một biên độ nhất định. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành hàng ngày, máy nén khí không phải lúc nào cũng hoạt động ở điều kiện xả định mức.
Theo thống kê, tải trung bình của máy nén khí ở Trung Quốc chỉ khoảng 79% lưu lượng định mức. Có thể thấy rằng các chỉ số tiêu thụ điện năng ở điều kiện tải định mức và điều kiện tải một phần cần được xem xét khi lựa chọn máy nén khí.
Tất cả các máy nén khí trục vít đều có chức năng điều chỉnh lưu lượng, nhưng các biện pháp thực hiện khác nhau. Các phương pháp phổ biến bao gồm điều chỉnh tải/dỡ tải BẬT/TẮT, tiết lưu hút, chuyển đổi tần số động cơ, van trượt điều chỉnh công suất, v.v. Các phương pháp điều chỉnh này cũng có thể được kết hợp linh hoạt để tối ưu hóa thiết kế.
Trong trường hợp máy nén khí đạt được hiệu suất năng lượng nhất định, cách duy nhất để tiết kiệm năng lượng hơn nữa là tối ưu hóa phương pháp điều khiển từ tổng thể máy nén khí, nhằm thực sự đạt được hiệu quả tiết kiệm năng lượng toàn diện trong lĩnh vực ứng dụng của máy nén khí.
Máy nén khí trục vít có phạm vi ứng dụng rộng, và rất khó tìm ra một phương pháp điều khiển hoàn toàn hiệu quả phù hợp với mọi trường hợp. Cần phải phân tích toàn diện theo tình hình ứng dụng thực tế để lựa chọn phương pháp điều khiển phù hợp. Sau đây sẽ giới thiệu ngắn gọn bốn phương pháp điều khiển phổ biến, cùng với các đặc điểm và công dụng chính khác.
1. Điều khiển bật/tắt tải/dỡ tải
Điều khiển bật/tắt tải/dỡ tải là một phương pháp điều khiển tương đối truyền thống và đơn giản. Chức năng của nó là tự động điều chỉnh công tắc van hút khí của máy nén theo lượng khí tiêu thụ của khách hàng, để máy nén được tải hoặc không tải nhằm giảm sự dao động áp suất cung cấp khí. Trong hệ thống điều khiển này có các van điện từ, van hút, van xả và các đường ống điều khiển.
Khi lượng khí tiêu thụ của khách hàng bằng hoặc lớn hơn lưu lượng xả định mức của thiết bị, van điện từ khởi động/dỡ tải ở trạng thái được cấp điện và đường ống điều khiển không hoạt động dưới tải.
Khi lượng khí tiêu thụ của khách hàng nhỏ hơn lưu lượng định mức, áp suất trong đường ống máy nén sẽ tăng dần. Khi áp suất xả đạt và vượt quá áp suất không tải của thiết bị, máy nén sẽ chuyển sang chế độ hoạt động không tải. Van điện từ khởi động/dỡ tải ở trạng thái tắt nguồn để điều khiển việc dẫn khí trong đường ống, và một cách là đóng van hút; Cách khác là mở van xả để giải phóng áp suất trong bể tách dầu khí cho đến khi áp suất bên trong bể ổn định (thường là 0,2～0,4MPa), lúc này thiết bị sẽ hoạt động ở áp suất ngược thấp hơn và duy trì trạng thái không tải.
Khi lượng tiêu thụ khí của khách hàng tăng lên và áp suất đường ống giảm xuống giá trị quy định, thiết bị sẽ tiếp tục hoạt động. Lúc này, van điện từ khởi động/dỡ tải được cấp điện, đường ống điều khiển không được dẫn điện, và van hút của đầu máy duy trì độ mở tối đa dưới tác dụng của chân không hút. Bằng cách này, máy sẽ liên tục nạp và xả khí theo sự thay đổi lượng tiêu thụ khí ở phía người dùng. Đặc điểm chính của phương pháp điều khiển nạp/dỡ tải là van hút của động cơ chính chỉ có hai trạng thái: mở hoàn toàn và đóng hoàn toàn, và trạng thái hoạt động của máy chỉ có ba trạng thái: nạp, xả và tự động tắt máy.
Đối với khách hàng, lượng khí nén được phép nhiều hơn nhưng không được quá ít. Nói cách khác, dung tích của máy nén khí được phép lớn, nhưng không được nhỏ. Do đó, khi thể tích khí thải của thiết bị lớn hơn lượng khí tiêu thụ, thiết bị máy nén khí sẽ tự động xả để duy trì sự cân bằng giữa thể tích khí thải và lượng khí tiêu thụ.
2. Điều khiển tiết lưu hút
Phương pháp điều khiển tiết lưu hút điều chỉnh thể tích khí hút của máy nén theo lượng khí tiêu thụ yêu cầu của khách hàng, nhằm đạt được sự cân bằng giữa cung và cầu. Các thành phần chính bao gồm van điện từ, bộ điều chỉnh áp suất, van hút, v.v. Khi lượng khí tiêu thụ bằng với thể tích khí thải định mức của thiết bị, van hút sẽ mở hoàn toàn và thiết bị sẽ hoạt động ở tải trọng tối đa; kích thước của thể tích. Chức năng của chế độ điều khiển tiết lưu hút được giới thiệu tương ứng với bốn điều kiện làm việc trong quá trình vận hành của một tổ máy nén có áp suất làm việc từ 8 đến 8,6 bar.
(1) Điều kiện khởi động 0～3,5bar
Sau khi tổ máy nén được khởi động, van hút được đóng lại và áp suất trong bình tách dầu khí được thiết lập nhanh chóng; khi đạt đến thời gian cài đặt, nó sẽ tự động chuyển sang trạng thái tải trọng tối đa và van hút được mở nhẹ bằng lực hút chân không.
(2) Điều kiện vận hành bình thường 3,5～8 bar
Khi áp suất trong hệ thống vượt quá 3,5 bar, mở van áp suất tối thiểu để cho khí nén đi vào đường ống cấp khí, bảng mạch máy tính giám sát áp suất đường ống theo thời gian thực và van hút khí được mở hoàn toàn.
(3) Điều kiện làm việc điều chỉnh lưu lượng khí 8～8,6 bar
Khi áp suất đường ống vượt quá 8 bar, điều khiển đường dẫn khí để điều chỉnh độ mở của van hút nhằm cân bằng lưu lượng khí thải với lượng khí tiêu thụ. Trong giai đoạn này, phạm vi điều chỉnh lưu lượng khí thải là từ 50% đến 100%.
(4) Điều kiện xả tải – áp suất vượt quá 8,6 bar
Khi lượng khí tiêu thụ cần thiết giảm hoặc không cần khí, và áp suất đường ống vượt quá giá trị cài đặt là 8,6 bar, mạch điều khiển khí sẽ đóng van hút và mở van xả để giải phóng áp suất trong bể tách dầu khí; thiết bị hoạt động ở áp suất ngược rất thấp khi giảm tải, giúp giảm tiêu thụ năng lượng. Khi áp suất đường ống giảm xuống mức áp suất tối thiểu cài đặt, mạch điều khiển khí sẽ đóng van xả, mở van hút, và thiết bị chuyển sang chế độ tải.
Điều khiển tiết lưu hút điều chỉnh lượng khí hút bằng cách điều khiển độ mở của van hút, từ đó giảm tiêu thụ điện năng của máy nén và giảm tần suất tải/xả thường xuyên, do đó có tác dụng tiết kiệm năng lượng nhất định.
3. Điều khiển điều chỉnh tốc độ bằng biến tần
Điều khiển điều chỉnh tốc độ biến tần của máy nén khí là điều chỉnh lưu lượng bằng cách thay đổi tốc độ của động cơ dẫn động, sau đó điều chỉnh tốc độ của máy nén. Chức năng của hệ thống điều chỉnh lưu lượng khí của máy nén khí biến tần là thay đổi tốc độ của động cơ thông qua biến tần để phù hợp với nhu cầu khí nén thay đổi theo mức tiêu thụ khí của khách hàng, nhằm đạt được sự cân bằng giữa cung và cầu.
Tùy thuộc vào từng loại máy biến tần, thiết lập tần số đầu ra tối đa của biến tần và tốc độ tối đa của động cơ khi máy đang hoạt động thực tế. Khi mức tiêu thụ khí của khách hàng bằng với lưu lượng định mức của máy, máy biến tần sẽ điều chỉnh tần số của động cơ biến tần để tăng tốc độ của động cơ chính, và máy sẽ hoạt động ở tải trọng tối đa; Tần số sẽ giảm tốc độ của động cơ chính và giảm lượng khí hút vào tương ứng; Khi khách hàng ngừng sử dụng khí, tần số của động cơ biến tần được giảm xuống mức tối thiểu, đồng thời van hút được đóng lại và không cho phép khí đi vào, thiết bị ở trạng thái không tải và hoạt động dưới áp suất ngược thấp hơn.
Công suất định mức của động cơ dẫn động được trang bị bộ điều khiển biến tần máy nén là cố định, nhưng công suất trục thực tế của động cơ tỷ lệ thuận với tải và tốc độ của nó. Bộ máy nén sử dụng điều chỉnh tốc độ bằng biến tần, và tốc độ giảm đồng thời khi tải giảm, điều này có thể cải thiện đáng kể hiệu quả làm việc trong điều kiện tải nhẹ.
So với máy nén tần số công nghiệp, máy nén biến tần cần được dẫn động bởi động cơ biến tần, được trang bị biến tần và tủ điều khiển điện tương ứng, do đó chi phí sẽ tương đối cao. Vì vậy, chi phí đầu tư ban đầu khi sử dụng máy nén biến tần tương đối cao, bản thân biến tần có các hạn chế về tiêu thụ điện năng, tản nhiệt và thông gió, v.v., chỉ máy nén khí có phạm vi tiêu thụ khí rộng mới cần sử dụng biến tần, và biến tần thường chỉ được lựa chọn khi tải tương đối thấp.
Những ưu điểm chính của máy nén biến tần như sau:
(1) Hiệu quả tiết kiệm năng lượng rõ rệt;
(2) Dòng khởi động nhỏ, tác động lên lưới điện nhỏ;
(3) Áp suất khí thải ổn định;
(4) Độ ồn của thiết bị thấp, tần số hoạt động của động cơ thấp, không có tiếng ồn do tải và dỡ tải thường xuyên.
4. Điều chỉnh lưu lượng bằng van trượt
Nguyên lý hoạt động của chế độ điều khiển điều chỉnh lưu lượng bằng van trượt là: thông qua một cơ cấu để thay đổi thể tích nén hiệu dụng trong buồng nén của động cơ chính của máy nén, từ đó điều chỉnh lưu lượng của máy nén. Không giống như điều khiển BẬT/TẮT, điều khiển tiết lưu hút và điều khiển biến tần, tất cả đều thuộc về điều khiển bên ngoài máy nén, phương pháp điều chỉnh lưu lượng bằng van trượt cần phải thay đổi cấu trúc của chính máy nén.
Van trượt điều chỉnh lưu lượng là một phần tử cấu trúc được sử dụng để điều chỉnh lưu lượng của máy nén trục vít. Máy áp dụng phương pháp điều chỉnh này có cấu trúc van trượt quay như hình 1. Có một lỗ bypass tương ứng với hình xoắn ốc của rôto trên thành xi lanh, qua đó khí có thể thoát ra khi chúng không được che lại. Van trượt được sử dụng cũng thường được gọi là “van trục vít”. Thân van có hình dạng xoắn ốc. Khi quay, nó có thể che hoặc mở lỗ bypass nối với buồng nén.
Khi lượng khí tiêu thụ của khách hàng giảm, van vít sẽ xoay để mở lỗ bypass, cho phép một phần khí hít vào chảy ngược trở lại miệng qua lỗ bypass ở đáy buồng nén mà không bị nén, điều này tương đương với việc giảm chiều dài của vít tham gia vào quá trình nén hiệu quả. Thể tích làm việc hiệu quả giảm, do đó công nén hiệu quả giảm đáng kể, giúp tiết kiệm năng lượng ở tải trọng một phần. Thiết kế này cho phép điều chỉnh lưu lượng thể tích liên tục, và phạm vi điều chỉnh công suất thường có thể thực hiện được là từ 50% đến 100%.