螺杆压缩机4段容调; 无段容调; 4种流量调节方式

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螺杆压缩机4段容调 & 无段容调 & 4种流量调节方式

     一、螺杆压缩机四段式容调原理
四段式容调系统由一个容调滑阀、三个常闭电磁阀与一组容调油压活塞组成，可调节的范围有 25%(启动或停机时使用 )、 50%、 75%、 100%。


其原理系利用油压活塞推动容调滑阀，当部分负载时， 容调滑阀移动将部分制冷剂气体旁通回吸气端，使制冷剂气体流量减少以达到部分负载功能。当停机时，弹簧的力量使活塞复归到起始状态。
压缩机运转时油压开始推动活塞，借着电磁阀的动作，控制油压活塞的定位，而电磁阀则由系统蒸发器的进（出）水温度开关来控制。控制容调活塞的油从机壳的储油槽中，以压差方式送入 ，经油过滤器后用一支毛细管限流后再送入油压缸，若油过滤器阻塞或 毛细管阻塞将造成容调系统作动不顺或失败，同样若容调电磁阀故障，亦有相似的情况发生。



   1、25%启动运转   压缩机在起动时，必须使负载降到最低才容易起动。所以 SV1 作动，油直接旁通回到低压腔，而容调滑阀旁通空间最大，此时负载只有 25%，待 Y-△起动完成后，压缩机才可以开始逐步加载。一般起动 25％负载运转时间约设 30 秒左右。


  2、50%负载运转   随着启动程序的执行或设定的温度开关动作，SV3 电磁阀受电导通，容调活塞移动至 SV3 阀的油路旁通口，带动容调滑阀的位置变化 ，部分制冷剂气体经螺杆旁通回路返回到低压腔，压缩机即作 50%的负载运转。


  3、75%负载运转   当系统启动程序的执行或设定 的温度开关动作，信号给电磁阀 SV2， SV2 受 电导通，容调滑阀在油压的作用下移动至 SV2 旁通口位置，油即从此 SV2 旁通口回流至低压侧，部分制冷剂气体从螺杆旁通口回流到 低压腔，压缩机排气量增加（减少），压缩机 75%负载运转。


  4、100%全载运转    压缩机起动完成，或冷冻水温高于设定值，SV1，SV2，SV3 均不受电，油直接进入油压缸内推动容调活塞向前，容调活塞带动 容调滑阀移动，使制冷剂气体旁通口逐渐减小，直到容调滑阀完全推到底，此时压缩机全载100%运转。


      二、螺杆压缩机无段容调系统　
无段容调系统与四段式容调其基本原理相同。所不同者在于电磁阀的控制应用，四段式容量控制采用三个常闭电磁阀，无段容调控制则采用一个常开电磁阀以及一个或两个常闭电磁阀，控制电磁阀的开关，以决定压缩机的加载或卸载。
1、容调范围：25%~100% 。
利用一个常闭电磁阀 SV1（控制泄油通路）确保压缩机在最低负载下进行启动以及一个常开电磁阀 SV0（控制进油通路），依负载需要控制 SV1 和 SV0 受电或不受电以达到控制容调效果，如此无段式容调可在 25% ~100%容量之间做连续式控制以达到稳定输出的功能，电磁阀控制动作时间建议：以脉冲形式为 0.5~1 秒左右，并可依实际状况调整。



无段容调（25%~100%）电磁阀动作图
注意 : 上表ON/OFF代表电磁阀的通电/断电，“脉冲”表示为脉冲电源
2、容调范围：50%~100% 为防止制冷压缩机马达长时间在低负载下运转（ 25%），可能造成马达温度过高或因膨胀阀能力过大造成液压缩，在设计无段容调系统时可将压缩机最低容调控制在 50%负载以上。
采用一个常闭电磁阀 SV1（控制油路旁通）确保压缩机在最低 25%负载下进行启动；此外利用一个常开电磁阀 SV0（控制进油通路）及常闭电磁阀 SV3（控制泄油通路）限制压缩机在 50%~100%范围之间运转，依需要控制 SV0 及 SV3 受电或不受电以达到容调连续无段的控制效果。


电磁阀控制作动时间建议：以脉冲形式为 0.5～ 1 秒左右，依实际情况调整。
无段容调 (50%~100%)电磁阀动作表：
注意 :上表ON/OFF 代表电磁阀的通电/断电，“脉冲”表示为脉冲电源
    三、螺杆压缩机4种流量调节方式　
螺杆空压机各种控制方式螺杆空压机选型时考虑的因素很多，必须照顾到最高耗气量并考虑一定的余量，但是日常运行时，空气压缩机并非总是在额定排气工况下。

据统计，在中国空气压缩机的平均负载只有额定容积流量的79%左右，可以看出压缩机选型时需要考虑额定负载工况和部分负载工况的功耗指标。

所有的螺杆空压机均有排气量调节功能，只是实现的措施有不同。常见的方式有ON/OFF加载/卸载调节、吸气节流、电机变频、滑阀变容等，这些调节方式也可以灵活地组合使用来优化设计。

在压缩机主机能效一定的情况下，只能从压缩机整机上进行优化控制方式达到进一步节能的目的，从而在空气压缩机的应用领域中实际达到综合节能效果。

螺杆空压机的应用范围比较广泛，很难找到适合所有场合并完全有效的控制方式，需要根据实际应用情况综合分析，以便选择对应合适的控制方式，以下简要介绍四种常见的控制方式包括其主要特点及用途。
   1、 ON/OFF加载/卸载控制  
ON/OFF加载/卸载控制是比较传统、比较简单的控制方式，它的功能是根据客户用气量的大小，自动调节压缩机进气阀的开关，使压缩机加载或卸载，以减小供气压力的波动。该控制中有电磁阀、进气阀、放空阀和控制管线。
当客户用气量等于或大于机组的额定排气量时，启动/卸载电磁阀处在得电状态控制管路不导通，压缩机主机进气阀在吸气真空作用下完全打开，机组保持满负荷状态运行。
当客户用气量小于额定排气量时，压缩机管路的压力会缓慢上升，当排气压力达到并超过机组卸载压力，压缩机转入卸载运行。启动/卸载电磁阀处在失电状态控制管路导通，一路气去关闭进气阀；另一路气打开放空阀让油气分离罐中的压力放空，直至油气分离器罐内部压力稳定(一般是0.2～0.4MPa) ，此时机组将在较低的背压下运行，保持空载状态。

当客户用气量增加使管路压力下降到规定值时，机组就继续加载运行。此时启动/卸载电磁阀得电，控制管路不导通，机头进气阀在吸气真空作用下保持最大开度。如此根据用户端用气量的变化机器反复加载、卸载的运行。加载/卸载控制方式的主要特点是主机进气阀只有完全打开、完全关闭2种状态，机器的运行状态只有加载、卸载、自动停机3种状态。
对客户来说，压缩空气都是允许多但不允许不足，换言之，空气压缩机的排气量是允许大，不允许小。因此，当机组排气量大于用气量时，空压机机组会自动的卸载，以保持排气量和用气量维持平衡。
   2、 吸气节流控制   
吸气节流控制方式根据客户所需的用气量来调节压缩机进气量的大小，以便达到供需平衡，主要元件包括电磁阀、压力调节器、进气阀等。当用气量等于机组的额定排气量时，进气阀完全打开，机组将在满载状态下运行；当用气量小于额定排气量时，控制气路自动调节进气阀的开度，控制进气量的大小。现针对一台工作压力为8～8.6bar的压缩机机组运行过程中的4种工况，分别介绍吸气节流控制方式的功能。
(1) 启动工况0～3.5bar压缩机机组启动后，进气阀关闭着，油气分离器罐中压力迅速建立；当达到设定时间会自动切换到满载状态，进气阀靠真空吸气作用微微打开。
(2) 常规运行工况3.5～8bar当系统内压力超过3.5bar后，冲开最小压力阀使压缩空气进人供气管，电脑板实时监控管线压力，进气阀完全打开。

(3) 气量调节工况8～8.6bar当管线压力超过8bar时，控制气路调节进气阀的开度，使排气量与用气量相平衡，在此期间排气量调节范围是50%～100%。
(4)卸载工况-压力超过8.6bar

当所需用气量减少或不需用气时，管线压力超过设定值8.6bar时，控制气路关闭进气阀并打开放空阀，释放油气分离罐中的压力；机组在很低的背压下运行，耗能减少。

当管线压力降至设定的最低压力时，控制气路关闭放空阀，打开进气阀，机组转换为加载工况运行。

吸气节流控制通过对进气阀的开度控制，进而调节进气量，从而减小了压缩机的功耗，并降低了频繁加载/卸载的频率，因此有一定的节能效果。
  3、 变频调速控制  压缩机变频转速调节控制是通过改变驱动电机的转速，进而调节压缩机的转速来调节排气量。变频压缩机的气量调节系统的功能是根据客户用气量的大小，通过变频改变电机的转速来配合不断变化的空气需求量，以便达到供需平衡。

每款变频机组根据型号的不同，设定有机组实际运行时变频器最大输出频率及电机最高转速。当客户用气量等于机组的额定排气量时，变频机组调节变频电机的频率而提高主机转速，机组在满载状态下运行；当用气量小于额定排气量时，变频机组将通过降低变频电机的频率从而降低主机转速，相应降低进气量；当客户停止用气时，变频电机的频率降至最低，同时关闭进气阀不再进气，机组处于空载状态在较低的背压下运行。

压缩机变频机组配备的驱动电机其额定功率是一定的，但电机的实际轴功率跟其负载、转速直接相关。压缩机机组采用变频调速，在负载降低的情况下同时降低转速，可大大提高轻载运行时的工作效率，同时能十分方便地连续调节，保持排气量和排气压力的稳定。
变频压缩机相对于工频压缩机来说，驱动马达需要为变频电机，配有变频器及相应的电控柜，因此成本会比较高。所以，选用变频压缩机初次投资成本较大，变频器本身有功率消耗以及变频器散热通风限制等原因，只是用户耗气量变化范围大的空气压缩机，经常处在较低负载才有选择变频器的必要。

变频压缩机的主要优点如下：

(1) 节能效果明显；(2) 启动电流小，对电网冲击小；(3) 排气压力稳定；(4) 机组噪声低，电机运转频率低，无频繁加卸载噪声。

  4、滑阀变容调节   

滑阀变容调节控制方式的工作原理为：通过一个机构去改变压缩机主机压缩腔内的有效压缩容积，从而调节压缩机的排气量。与ON/OFF控制、吸气节流控制及变频控制都属于压缩机外部控制的工作原理有所不同，滑阀变容调节方式需要改变压缩机本身的结构。


容积流量调节滑阀是螺杆压缩机用来调节容积流量的一种结构元件，采用这种调节方式的机如图1的转动滑阀结构，气缸壁上开有与转子螺旋形状相对应的旁通孔，当这些孔没有被盖住时，气体可以从这些孔中排出。所用滑阀也俗称为“螺旋阀”，阀体是螺旋形状的，当它旋转时就可盖住或打开与压缩腔相连的旁通孔。
客户用气量减少时，螺旋阀转动打开旁通孔，使吸人的部分空气未经压缩就通过压缩腔底部的旁通孔流回人口，不参与压缩，相当于降低参与有效压缩的螺杆长度即降低有效工作容积，所以有效的压缩功大大降低，实现部分负载时的节能。这种设计方案可以提供连续的容积流量调节，一般可以实现的容量调节范围50%～100%。
滑阀变容调节的工作原理示意见图2～4。

螺旋阀结构可用于任何型号的压缩机，符合人们日益倡导的“绿色工业”的理念。

  5、各种控制方式综合对比   

为了更直观的比较各种控制调节方式的特点及性能优劣，这几种气量调节方式见表1。

图5是通过大量测试数据比较总结出来的比较功率变化曲线图，从中可以看出变容调节、变频调节的节能效果非常明显。