螺桿製冷壓縮機能量調節機構的自動化改造

tags: 壓縮 壓縮機    時間:2014-03-11 13:17:49
螺桿製冷壓縮機能量調節機構的自動化改造簡介
          摘要  介紹了螺桿製冷壓縮機能量調節機構的工作原理,對在用壓縮機上存在的能量滑閥……
螺桿製冷壓縮機能量調節機構的自動化改造正文
          摘要  介紹了螺桿製冷壓縮機能量調節機構的工作原理,對在用壓縮機上存在的能量滑閥位置不穩定的問題進行了分析,找出原因。針對問題提出利用R刃進行自動化改造的思路,並付之實施。
        衢化氟化學有限公司購進的螺桿製冷冰機,其螺桿壓縮機的能量調節分別通過手動四通閥和三位四通電磁閥來控制。幾年來在運行過程中,由於維護保養較好,冰機基本滿足了生產的需要。但也暴露出一些不足,如壓縮機在運行中出現輸氣量不穩定的問題(即滑閥位置不穩定)。為此需要操作人員經常去調節。隨著機電一體化技術的發展,和對國外先進冰機使用體會的加深,對該螺桿製冷壓縮機的能量調節機構進行了自動化改造。
        一、能量調節系統簡介
        螺桿製冷壓縮機為容積式壓縮機,採用滑閥調節能量,即在兩個轉子高壓側,裝有一個能夠相對於螺桿軸向移動的滑閥,通過改變螺桿的有效軸向工作長度,使能量在100%和10%之間連續無級調節。
        圖1為滑閥的移動與能量調節的原理圖。

        圖1a示出全負荷時滑閥的位置,吸入的氣體經轉子壓縮后,從排氣口全部排出,其能量為100%;圖1c示出部分負荷時滑閥的位置,吸入的氣體部分未被壓縮,從旁通口返回到壓縮機的吸入端。圖1b的實線和虛線分別對應上述兩種工況。

        公司目前在用的有兩種能量調節系統,即手動四通閥能量調節系統(圖2)和三位四通電磁閥能量調節系統(圖3)。這兩種調節系統,都是由操作人員根據生產實際需要,手動操作四通閥或開關三位四通電磁閥,通過調節活塞的移動來實現螺桿壓縮機能量滑閥的「載入、減載、停止」三種狀態,以達到控制吸入壓力的目的。圖示為滑閥正在「載入」。
        二、存在問題及原因分析
        在冰機使用過程中,滑閥位置不穩定的現象較為普遍。特別是螺桿製冷壓縮機經檢修后,運行了一段時間,這種現象尤為突出。當滑閥停留在一個非全負荷的位置時,就會緩慢向載入方向移動,對螺桿壓縮機不斷進行載入,直至全負荷,使壓縮機輸氣量增大,導致受控的「吸氣壓力」這一指標產生漂移。這時需操作人員經常加以調節,以防吸入壓力嚴重偏離指標。由於這種調節都是滯后的,就不可避免地影響了生產的穩定。
        通過分析和解體檢查,找到了導致這一現象的主要原因。螺桿製冷壓縮機在運行時,有一個朝滑閥載入方向的排氣壓力作用在滑閥上,促使其進行載入運動,而驅動滑閥的液壓活塞與液壓缸之間總存在泄漏(O形密封圈不可能起到完全密封的作用),所以就導致了滑閥朝載入方向移動。而且0形密封圈的泄漏量越大,滑閥位置不穩定的現象就越嚴重。
        以往,處理辦法是在一個運行周期之後,更換0形密封圈。這對滑閥位置不穩定的現象在短時間內會有所改善,但無法根本解決問題。
        三、改造措施
 

       從控制理論的角度來看,現有的能量調節機構是一個開環系統(如圖4),系統中無反饋迴路。即操作人員根據指令來調節滑閥位置,使螺桿製冷壓縮機實現所需的吸入壓力。這其中由於干擾的存在,會使吸入壓力偏離原控制值。

        經分析研究決定在該系統增加反饋迴路,如圖5所示,根據生產需要,給出一個吸入壓力設定值,三位四通電磁閥上電工作,液壓油進入液壓缸,滑閥移動至所需的位置,使吸入壓力實際值達到設定要求。如干擾導致吸入壓力偏離設定值,則反饋值與設定值比較之後的結果會進一步控制滑閥位置,來提高系統的穩定性。
        2002年10月利用冰機停車檢修時間,實施了改造。由一隻壓力感測器、一台可編程控制器(PLC)及附件構成一閉環控制系統,使用梯形圖編製控制程序。利用原有的三位四通電磁閥作為執行機構,去控制能量滑閥的移動。改造后的閉環控制迴路由PLC來進行管理,該PLC還可根據需要同時管理其它一些被控對象,其控制原理如圖6所示。

        系統通過調試、使用,效果良好,達到了預期目的。為了確保冰機運行的穩定與可靠,應注意以下幾點:
        1.系統採用壓力感測器的測量值作為反饋量,為了防止其零點漂移(即壓力感測器無輸入時,每隔一段時間進行測量,其輸出偏離零值的變化相對於滿量程輸出的百分比)所導致的誤動作,需要定期對壓力感測器進行驗零。
        2.為避免電干擾,電控櫃與PLC控制箱的互連線應採用屏蔽電纜。
        3.為避免控制電壓不穩定所帶來的問題,要注意PLC電源模板的可靠性。
        利用PLC對螺桿製冷壓縮機進行自動化改造,不但避免了干擾引起的系統波動;同時,也使壓縮機可以隨用戶對製冷量的需求變化而自動調節能量滑閥。既減少了操作人員的工作量,又保證了生產穩定,同時,還延長了螺桿製冷壓縮機的檢修周期。
        參考文獻
        1  鍾約先、林亨.機械系統計算機控制.清華大學出版社,2001年
        2  吳寶志.螺桿式製冷壓縮機.機械工業出版社,1995年
        3  王馨、陳康寧.機械工程式控制制基礎.西安交通大學出版社,1992年  

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