เครื่องอัดอากาศ ของคุณอาจฉลาดกว่าที่คุณคิด

โดย Ron Marshall สำหรับการบีบอัดอากาศChallenge®

ไม่นานมานี้ เครื่องอัดอากาศ ส่วนใหญ่ถูกควบคุมด้วยสวิตช์แรงดันเชิงกลรีเลย์และเกจ การตั้งค่าหน่วยเหล่านี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพยายามประสานงานคอมเพรสเซอร์หลาย ๆ ตัวอาจเป็นประสบการณ์ที่น่าผิดหวังและไร้ผลเพราะบ่อยครั้งไม่ช้ากว่าการควบคุมที่ปรับได้อย่างถูกต้อง Gremlin เชิงกลบางประเภทจะทิ้งบางสิ่งบางอย่างออกไป

การควบคุมวันที่ทันสมัยมักถูกสร้างขึ้นจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยที่ถูกควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีความซับซ้อนซึ่งถูกตั้งโปรแกรมด้วยอัลกอริทึมที่ชาญฉลาดเพื่อให้คอมเพรสเซอร์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและน่าเชื่อถือ

มีการพัฒนาและนำฟีเจอร์มาใช้มากขึ้นในอัลกอริธึมการควบคุม เพื่อประโยชน์สูงสุดของผู้ใช้ในการเรียนรู้ว่าตัวควบคุมคอมเพรสเซอร์ของคุณมีอะไรบ้างและเพื่อพิจารณาว่าคุณจะได้รับประโยชน์จากนวัตกรรมใหม่ ๆ หรือไม่

อัลกอริทึมที่มีประโยชน์มากอย่างหนึ่งคือการนับเริ่มโดยอัตโนมัติต่อชั่วโมงเพื่อลดเวลาการโหลดที่ไม่โหลด บทความนี้กล่าวถึงการใช้อัลกอริทึมนี้ในการควบคุมเครื่องอัดอากาศขนาดเล็กเพื่อประหยัดค่าใช้จ่ายอย่างมีนัยสำคัญและให้ตัวอย่างที่คุณสมบัตินี้ใช้เพื่อประหยัดเงิน 66% โดยเพียงแค่เพิ่มตัวรับที่เก็บลดแรงดันและปรับการควบคุม

ใบไม้สีเขียว

คุณสมบัติเริ่มอัตโนมัติ

หลายปีที่ผ่านมาผู้ออกแบบตัวควบคุมคอมเพรสเซอร์ตระหนักว่ามันไม่มีประสิทธิภาพที่จะปล่อยให้คอมเพรสเซอร์ทำงานอย่างต่อเนื่องหากไม่จำเป็นต้องผลิตอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งคอมเพรสเซอร์สกรูหลายตัวใช้พลังงานอย่างมีนัยสำคัญที่ 25% ถึง 50% ของการโหลดแบบเต็ม (หรือสูงกว่าในบางกรณี) ในสถานะที่ไม่ได้โหลดซึ่งจะสิ้นเปลืองพลังงานหากปล่อยทิ้งไว้ให้ทำงานโดยไม่จำเป็น เพื่อ จำกัด พลังงานที่สูญเปล่าตัวควบคุมคอมเพรสเซอร์ได้รับการติดตั้งวงจรจับเวลา (คุณสมบัติเริ่มอัตโนมัติ) ซึ่งตรวจพบว่าคอมเพรสเซอร์ทำงานโดยไม่มีการโหลดเป็นระยะเวลาหนึ่งหรือไม่หากมีก็จะปิดมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ คอมเพรสเซอร์ที่หยุดทำงานจะยังคงทำงานอยู่และพร้อมที่จะเริ่มต้นหากความดันของระบบลดลงถึงจุดโหลด ปัญหาของวงจรประเภทนี้คือถ้าผู้ใช้ปรับตัวจับเวลาให้พูดหนึ่งนาทีและระบบมีความจุที่ จำกัด คอมเพรสเซอร์อาจพยายามหยุดและเริ่มต้นหลายครั้งต่อชั่วโมงเกินจำนวนสูงสุดของมอเตอร์หลักของไดรเวอร์ เริ่มต้นต่อชั่วโมง การเริ่มต้นที่อนุญาตต่อชั่วโมงสำหรับมอเตอร์อาจแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับลักษณะของมอเตอร์ขนาดวิธีเริ่มต้นและโมเมนตัมของภาระเพลาและข้อพิจารณาอื่น ๆ ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับสตาร์ทมอเตอร์สามารถดูได้ที่ NEMA standard MG-1 โดยทั่วไปแล้วมอเตอร์ที่ใหญ่กว่าและแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าจะสามารถเริ่มต้นมอเตอร์ได้น้อยครั้งต่อชั่วโมง

ทั้งหมดนี้ซับซ้อนมากและในสมัยก่อนการตั้งค่าตัวจับเวลาขั้นต่ำแบบมาตรฐานโดยทั่วไปจะมีการติดตั้งประมาณ 15 นาทีเพื่อไม่ให้มอเตอร์คอมเพรสเซอร์หยุดและเริ่มทำงานมากกว่า 4 ครั้งต่อชั่วโมง ใช้เวลาสักครู่ แต่ผู้ผลิตบางรายในไม่ช้าก็ตระหนักถึงข้อ จำกัด ของการตั้งค่านี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมันมาถึงคอมเพรสเซอร์ขนาดเล็กที่สามารถเริ่มต้นได้อย่างน่าเชื่อถือ 10 ถึง 15 ครั้งต่อชั่วโมง การตั้งค่า 15 นาทีนี้มักจะไม่ได้ผลในการลดการใช้พลังงานที่ไม่ได้โหลดของคอมเพรสเซอร์ซึ่งมีรอบมากกว่า 4 ครั้งต่อชั่วโมง แต่น้อยกว่าจำนวนมอเตอร์สูงสุดที่สตาร์ท

ในที่สุดผู้ผลิตบางรายพบว่ามันปลอดภัยที่จะใช้วิธีการทำงานที่อนุญาตให้เริ่มต้นต่อชั่วโมงได้มากขึ้น แต่จะ จำกัด จำนวนการเริ่มต้นอย่างปลอดภัยหากมีสิ่งใดเกิดขึ้นซึ่งทำให้คอมเพรสเซอร์หมุนรอบอย่างรวดเร็ว สำหรับวัตถุประสงค์ของบทความนี้โหมดควบคุมต่าง ๆ เหล่านี้จะถูกเรียกว่า "การควบคุมอัจฉริยะ" เนื่องจากบทความนี้ถูกเขียนขึ้นเพื่อเป็นกลางผู้ขายผู้ผลิตเฉพาะที่มีคุณสมบัตินี้จะไม่ถูกกล่าวถึงมันจะขึ้นอยู่กับผู้ใช้ที่จะขอข้อมูลเกี่ยวกับการควบคุมเฉพาะของคุณจากผู้ให้บริการของคุณ “ การควบคุมอัจฉริยะ” ที่มีอยู่บางอย่างทำงานด้วยวิธีเหล่านี้

ผู้ผลิตหนึ่งรายอนุญาตให้เริ่มได้สูงสุด 4 ครั้งต่อชั่วโมง แต่การเริ่มต้นสามารถทำได้ตลอดเวลาภายในระยะเวลาหนึ่งชั่วโมงที่เคลื่อนไหว หากการเริ่มต้นเกินจากนั้นคอมเพรสเซอร์ก็จะทำงานโดยไม่โหลด
ผู้ผลิตรายหนึ่งมีโหมดที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าเป็นพิเศษหากเลือกจะรู้สึกถึงความถี่ของวงจรคอมเพรสเซอร์และหากเป็นที่ยอมรับจะปิดคอมเพรสเซอร์ทันทีหลังจากระยะเวลาขนถ่ายสั้น ๆ ผู้ผลิตรายนี้มีโหมดที่ตรวจจับอุณหภูมิมอเตอร์ด้วยมอนิเตอร์และ ถ้าอนุญาตให้หยุด / เริ่มต้นเพิ่มเติมได้ต่ำเพียงพอ
ผู้ผลิตรายอื่นอนุญาตให้ผู้ใช้โปรแกรมสูงสุดที่ต้องการเริ่มต้นต่อชั่วโมงหรือเริ่มต่อวัน ขนาดคอมเพรสเซอร์แต่ละขนาดมีจำนวนสูงสุดที่อนุญาตซึ่งการตั้งค่าการควบคุมจะถูก จำกัด คอมเพรสเซอร์จะปิดตัวลงทันทีหลังจากช่วงเวลาขนถ่ายสั้น ๆ หากจำนวนของการเริ่มต้นจะไม่เกินจำนวนสูงสุดนี้เนื่องจากอัลกอริทึมจะพิจารณาตามวัฏจักรคอมเพรสเซอร์ปัจจุบัน หากไม่พอใจคอมเพรสเซอร์จะยังคงไม่ทำงาน
ผู้ผลิตรายอื่นอนุญาตให้ตัวจับเวลาลดลงเหลือเพียงสองนาทีด้วยมอเตอร์ที่อนุญาตให้ปิดหากคอมเพรสเซอร์ทำงานเป็นเวลา 10 นาที (ไม่แนะนำให้ใช้เพื่อป้องกันการสตาร์ทมากเกินไป)

วิธีการควบคุมคอมเพรสเซอร์เหล่านี้เป็นวิธีการใหม่ในการปกป้องมอเตอร์คอมเพรสเซอร์จากความเสียหาย แต่ยังคงความยืดหยุ่นเพียงพอที่จะประหยัดเวลาในการโหลด ด้วยการควบคุมเหล่านี้หากตัวรับสัญญาณที่เก็บข้อมูลคอมเพรสเซอร์มีขนาดที่ถูกต้องจะประหยัดเวลาในการใช้งานที่ไม่โหลดเป็นจำนวนมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับคอมเพรสเซอร์ที่มีน้ำหนักเบาซึ่งมียอดเขาสูงเป็นครั้งคราว

การออกแบบที่เก็บข้อมูล“ อัจฉริยะ”

ส่วนควบคุม คอมเพรสเซอร์ ไม่สามารถทำได้อย่างเดียว เพื่อให้มีประสิทธิภาพรอบคอมเพรสเซอร์ต้องอยู่ในช่วงที่การควบคุมสามารถจัดการได้ แผนภูมิที่ 1 แสดงผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงปริมาณและวงดนตรีแรงดัน / การโหลดในจำนวนรอบต่อชั่วโมง สำหรับคอมเพรสเซอร์ขนาดเล็กควรออกแบบให้มีพื้นที่เพียงพอสำหรับการเริ่มต้น 6 ถึง 8 ครั้งต่อชั่วโมงที่ความถี่สูงสุดซึ่งเกิดขึ้นที่จุดโหลด 50% (ตรวจสอบข้อ จำกัด นี้กับผู้ผลิต) จากประสบการณ์พบว่าปริมาณการจัดเก็บ 10 แกลลอนต่อ cfm และ 30 psi pressure band ทำให้มั่นใจได้ว่าจำนวนการเริ่มต้นต่อชั่วโมงที่โหลด 50% จะยังคงต่ำกว่า 6 โดยทั่วไปแม้ว่าจะเป็นประโยชน์กลยุทธ์นี้ควรนำไปใช้กับระบบ โหลดได้ดีต่ำกว่า 40%

แผนภูมิ CAC 1

แผนภูมิที่ 1: ผลของการจัดเก็บและแถบความดันต่อความถี่ของวงจร

สิ่งต่าง ๆ สามารถเกิดขึ้นได้ในระบบที่สามารถเพิ่มความถี่วัฏจักรซึ่งเป็นไปได้ว่าจะมีความแตกต่างของตัวกรอง เมื่อตัวกรองบรรจุสิ่งสกปรกผ่านวงจรชีวิตปกติหากตัวกรองอยู่ระหว่างจุดตรวจจับการควบคุมคอมเพรสเซอร์และตัวรับการจัดเก็บดังนั้นความจุที่มีประสิทธิภาพของคอมเพรสเซอร์“ เห็น” จะลดลงและเพิ่มรอบต่อชั่วโมง ด้วยเหตุนี้จึงเป็นการดีที่สุดที่จะต้องใช้การควบคุมแบบสมาร์ทแทนที่จะเปลี่ยนตัวจับเวลาให้เหลือศูนย์ซึ่งเป็นไปได้ในบางกรณี

ผลของแถบแรงดันที่กว้างขึ้น

ความดันเฉลี่ยที่สูงขึ้นจะทำให้การใช้พลังงานของมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ในสภาวะโหลดสูงขึ้นประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์สำหรับการเพิ่มขึ้นทุก ๆ 2 psi (โดยปกติจะน้อยกว่า 110 psi ที่สูงกว่านี้) การขยายแถบความดันจากวงดนตรี 10 psi เป็น 30 psi จะเพิ่มความดันเฉลี่ยที่คอมเพรสเซอร์เห็นได้ 10 psi และทำให้สิ้นเปลืองพลังงานมากกว่าประมาณ 5% อย่างไรก็ตามหากคอมเพรสเซอร์ทำงานโดยไม่โหลดเป็นเวลาหลายชั่วโมงการกำจัดเวลาทำงานที่ไม่โหลดสามารถทำได้มากกว่าการจ่ายพลังงานโหลดเพิ่มเติมนี้กลับคืนมา

ความดันที่สูงขึ้นจะส่งผลกระทบต่อผู้ใช้งานระบบอัดอากาศที่ไม่มีการควบคุมและเพิ่มการไหลหากได้รับอนุญาตในโรงงาน ด้วยเหตุนี้จึงแนะนำให้ใช้อุปกรณ์ควบคุมแรงดัน / การไหลเพื่อรักษาแรงดันของพืชให้คงที่ต่ำกว่าการตั้งค่าโหลดคอมเพรสเซอร์เล็กน้อย

ใบไม้สีเขียว

ตัวอย่างโครงการ

ศูนย์บริการอาหารส่วนกลางสำหรับโรงพยาบาลในเมืองใหญ่ของแคนาดาใช้อากาศอัดสำหรับการดำเนินงานเกี่ยวกับลม มีการตรวจสอบสิ่งอำนวยความสะดวกที่แสดงให้เห็นว่าคอมเพรสเซอร์ HP 20 ตัวที่ใช้งานอยู่มีการโหลด 2% ของเวลาในขณะที่ไม่ได้โหลด 26% ของเวลา เนื่องจากโหลดมีน้ำหนักเบาการทำงานของคอมเพรสเซอร์ภายในเริ่มต้นต่อชั่วโมงจึงปิดคอมเพรสเซอร์ระหว่างรอบระหว่างการโหลดแสงระหว่างกะ แต่ไม่ทำงานในระหว่างกะหลักเนื่องจากการขาดการจัดเก็บ อย่างไรก็ตามกำลังไฟที่คำนวณได้ของคอมเพรสเซอร์เฉพาะคือ 77 kW ต่อ 100 cfm ที่ผลิตเนื่องจากคอมเพรสเซอร์ยังคงทำงานโดยที่ไม่ได้โหลดสำหรับเวลาการทำงานส่วนใหญ่ยังคงใช้พลังงานประมาณ 35% ของกำลังการผลิตเต็ม แต่ไม่ผลิตอากาศ แผนภูมิที่ 2 แสดงโปรไฟล์ดั้งเดิมของการทำงานของระบบ 24 ชั่วโมง

เพื่อลดเวลาการทำงานของคอมเพรสเซอร์เครื่องรับ 660 แกลลอนถูกเพิ่มเข้าสู่ระบบด้วยชุดวาล์วควบคุมความดัน / การไหลที่ 90 psi การทำงานของคอมเพรสเซอร์ที่เกิดขึ้นโดยใช้การควบคุมอันชาญฉลาดช่วยลดเวลาการทำงานที่ไม่โหลดลงและลดจำนวนการสตาร์ทคอมเพรสเซอร์ลงอย่างมาก กำลังงานเฉพาะของระบบลดลงเหลือ 24 kW / 100 cfm ซึ่งลดลง 60% ด้วยการลดการไหลเนื่องจากแรงดันของพืชลดลงและการลดการรั่วไหลเล็กน้อยการลดต้นทุนการดำเนินการจริงคือ 66%

โครงการตัวอย่างนี้มีขนาดเล็กมาก แต่แสดงให้เห็นถึงการประหยัดที่สามารถได้รับถ้า "ความฉลาด" ของการควบคุมเป็นคู่กับการออกแบบที่ดีและรู้วิธี มีโครงการที่คล้ายกันหลายโครงการได้รับการดำเนินการอย่างใดอย่างหนึ่งสูงถึง 100 HP ที่มีพื้นที่เก็บข้อมูลขนาดใหญ่มากและได้พิสูจน์ทางเลือกที่ยอดเยี่ยมให้กับ VSD ในสถานที่ที่มีการโหลดเฉลี่ยน้อยและยอดสูง หากคุณต้องการทำโครงการที่คล้ายกันผู้ผลิตคอมเพรสเซอร์ควรได้รับการพิจารณาเพื่อกำหนดจำนวนเริ่มต้นที่อนุญาตต่อชั่วโมงสำหรับหน่วยเฉพาะของคุณและหากการตั้งค่าการควบคุมคอมเพรสเซอร์สำหรับการทำงานที่ถูกต้อง

แผนภูมิ CAC 2