氣量控制與調節

壓縮空氣總成本的80%，體現在能耗上，因而不同型式的壓縮機，應當按照不同的調節系統選擇不同的控制與調節系統。不同壓縮機型式和制造商之間的差別，會(huì )使性能上差異有天壤之別。最理想的狀態(tài)是使壓縮機的滿(mǎn)負荷與耗氣量恰好相一致。

例如可以通過(guò)仔細地選擇齒輪箱的傳動(dòng)比，達到這個(gè)要求，這種做法常見(jiàn)于工藝流程壓縮機之中。大多數消耗壓縮空氣的設備是自身調節的，就是說(shuō)提高壓力會(huì )提高流量，這就是它們何以形成穩定系統的原因，如氣力輸送、防冰和冷凍等。正常情況下，必須對流量進(jìn)行控制，所用的控制設備與壓縮機組成一體，這類(lèi)調節系統主要有兩大類(lèi):

1.利用不斷地控制驅動(dòng)電機的轉速調節氣量，或者根據壓力的變化不斷地控制閥門(mén)實(shí)現氣量的連續調節。其結果是由較小的壓力變化（0.1至0.5bar ），變化大小由調節系統的放大功能及其速度而定。

2.加載、卸載調節是最常見(jiàn)的調節系統，并且二者之間的壓力變化也是可以接受的。調節的方法是：在較高壓力時(shí)完全切斷氣流（卸載），而當壓力降低到最低值，恢復流量（加載）。壓力的變化取決于單位時(shí)間內，加載/卸載循環(huán)的許可次數，通常壓力在0.3至1bar 范圍內變化。

02
氣量調節基本原理

2.1 容積式壓縮機的調節原理（卸壓閥）

基本原理方法是：將超過(guò)的壓力釋放到大氣中去，卸壓閥最簡(jiǎn)單的設計是用彈簧加載，彈簧的起跳力決定最終的壓力。卸壓閥通常被一種由調節器控制的伺服閥所取代，這時(shí)壓力可以方便地得到控制，在壓縮機帶壓起動(dòng)時(shí)，伺服閥還可以起到卸荷閥作用，但是卸壓閥會(huì )造成大量的能耗，因為壓縮機必須連續在全背壓下工作。有一種用于小型壓縮機的方案，把這種閥完全打開(kāi)，使壓縮機卸載，壓縮機在背壓為大氣壓下工作，采用這種方法功率的消耗較為實(shí)惠。

2.2 旁通調節

從原理上，旁通調節和卸壓閥有相同的功能，差別就是壓力釋放的空氣是經(jīng)過(guò)冷卻，并回到壓縮機的進(jìn)氣口，這個(gè)方法常用流程壓縮機，氣體不宜直接排放到大氣中，成本上太昂貴了。

2.3 進(jìn)口節流

進(jìn)口節流是減少流量的一種簡(jiǎn)便方法，該方法是使進(jìn)口處產(chǎn)生低壓，提高壓縮機的壓縮比，至用于較小的調節范圍。噴液壓縮機容許有大的壓縮比，可以下調到最大的10%，由于高壓縮比，該方法造成相對高的能耗。

2.4 帶進(jìn)氣節流的卸壓閥

這是目前比較常見(jiàn)的調節方法，可以得到最大的調節范圍（0至100%），而且能耗低，壓縮機卸載（零流量）功率只有滿(mǎn)載的15至20%。進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)，留一個(gè)小孔，同時(shí)放空打開(kāi)，供排放壓縮機出來(lái)的空氣。壓縮機主機工作在進(jìn)口真空和低背壓狀態(tài)下，重要的是，壓力釋放要快，而且被釋放的容積要小，以免滿(mǎn)載轉換到空載時(shí)，引起不必要的損失。該系統要求有一個(gè)系統容積（儲氣罐），其大小取決于卸載與加載之間所要求的壓差，以及每小時(shí)容許的循環(huán)次數。

小于5-10kW的壓縮機常用開(kāi)/停方法進(jìn)行調節，當壓力達到上限值，電機完全停止；當壓力低于下限值，電機重新啟動(dòng)。該方法需要大的系統容積或開(kāi)機壓力與停機之間有大的壓力差，以使電機的負載降低到最小。在單位時(shí)間內有較少起動(dòng)次數的情況下，這是行之有效的調節方法。

2.5 轉速調節

由內燃機、渦輪機或調頻電機控制壓縮機的轉速，從而控制流量。它是保持恒定出氣壓力的一種有效方法。調節范圍因壓縮機的型式而異，但噴液壓縮機的范圍最大。在載荷程度較低時(shí)，通常將轉速調節和卸壓結合起來(lái)，或帶或不帶進(jìn)氣節流。

用電源電機作為動(dòng)力的壓縮機，轉速可以由電器控制電機，因而提供一個(gè)機會(huì )控制電機的轉速，保持壓縮空氣恒定在很小的壓力變化范圍內。例如，普通的感應電機用一個(gè)變頻器調節轉速就可以達到這個(gè)要求，連續不斷并精確地測量系統的壓力，然后讓壓力信號去控制電機的變頻器，從而控制電機的轉速，使壓縮機的氣量精確地適應空氣的耗量，系統可以保持在±0.1bar 。

2.6 可變排氣口調節

螺桿壓縮機的排氣量可以在機殼內沿著(zhù)長(cháng)度方向，向著(zhù)進(jìn)氣端移動(dòng)排氣口的位置進(jìn)行調節。這種方法在部分負荷時(shí)需要耗費較高的功率，相對而言不常用。

2.7 吸氣閥卸荷

活塞式壓縮機可以用機械方法迫使吸氣閥處于開(kāi)啟位置，進(jìn)行卸荷。隨活塞位置的變化，空氣進(jìn)進(jìn)出出。結果有最小的能量損失，通常低于滿(mǎn)載軸功率的10%。在雙作用的壓縮機上，一般是多級卸荷，一個(gè)氣缸一次得到平衡，較好地使氣量達到供需相應。工藝流程壓縮機上用一種部分卸荷方法，允許活塞在部分行程時(shí)，氣閥被打開(kāi)，因而實(shí)現連續的氣量控制。

2.8 余隙容積

靠改變活塞壓縮機上余隙容積，降低氣缸的充氣程度，從而降低氣量，也可借助一個(gè)外部相連的容積，使余隙容積得以變化。

2.9 加載—卸載—停機

對于功率大于5kW的壓縮機，這是最常用的方法，調節范圍大而且損失低，實(shí)際上這是一種開(kāi)/停調節與各種卸荷系統的組合。容積式壓縮機，最普通的調節原理是“產(chǎn)生空氣”/“不產(chǎn)生空氣”（加載/卸載），當需要空氣時(shí)，一個(gè)信號被送到一個(gè)電磁閥上，依次引導壓縮機的進(jìn)氣閥達到完全的開(kāi)啟位置。進(jìn)氣閥要么全開(kāi)（加載），要么全閉（卸載），沒(méi)有中間位置。

傳統控制方法是在壓縮空氣系統中裝有一個(gè)壓力開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)有兩個(gè)可設定值，一個(gè)為最小壓力（加載），一個(gè)為最大壓力（卸載）。壓縮機工作在設定值界限內，例如：0.5bar。如果空氣需要量小，或者一點(diǎn)不需要，則壓縮機空載運行（空轉），空轉周期長(cháng)短由一個(gè)時(shí)間繼電器設定（例如設為20分鐘）。過(guò)了設定時(shí)間，壓縮機停轉，并且不再啟動(dòng)，直到壓力跌到最小值。這是傳統可靠，放心的控制方法，現在最常見(jiàn)于小型壓縮機。

這個(gè)傳統系統進(jìn)一步發(fā)展，以一個(gè)模擬的壓力變送器與一個(gè)快速電子調節系統，替代壓力開(kāi)關(guān)。壓力變送器與調節系統一起，隨時(shí)感受到系統中的壓力變化。系統及時(shí)啟動(dòng)電機，并控制進(jìn)氣閥的開(kāi)啟與關(guān)閉。能在±0.2bar 內，實(shí)現快速和良好的調節。如果沒(méi)有使用空氣，壓力將保持恒定，壓縮機空載運行（空轉）?？辙D周期的長(cháng)短，可以根據電機能承受的啟停次數，而不至于過(guò)熱，以及運行期間的經(jīng)濟性而定。后者因為系統可以根據空氣消耗量的走向，決定停機，還是繼續空轉。

03
小結

總之，壓縮空氣在不同的應用場(chǎng)合，不同用氣量情況下，每臺空氣壓縮機氣量方式不同，但都是根據用戶(hù)用氣量的大小，壓縮機組依靠自身氣量控制和調節方式來(lái)實(shí)現氣量不間斷連續的供給。不同壓縮機制造商也在用不同的調節原理來(lái)提高自己品牌壓縮機的性能，使能效最大化，滿(mǎn)足客戶(hù)的使用要求；以準確度高，維護量小，可以測量壓力和流量等參數，來(lái)滿(mǎn)足壓縮機不同場(chǎng)合的應用。