01 Kaasun tilavuuden säätö ja säätö
Paineilman kokonaiskustannuksista 80 % heijastuu energiankulutuksessa. Siksi erityyppisille ruuvi-OSG-ruuvikompressoreille tulisi valita erilaiset ohjaus- ja säätöjärjestelmät erilaisten säätöjärjestelmien mukaan. Erilaisten ruuvi-OSG-ruuvikompressorityyppien ja -valmistajien väliset erot voivat vaikuttaa merkittävästi suorituskykyyn. Ihanteellisinta on, että ruuvi-OSG-ruuvikompressorin täysi kuormitus on täsmälleen sama kuin ilmankulutus.
Tämä voidaan saavuttaa esimerkiksi valitsemalla huolellisesti vaihteiston välityssuhde, mikä on yleistä prosessiruuvi-ilmakäyttöisissä OSG-ruuvikompressoreissa. Useimmat paineilmaa käyttävät laitteet ovat itsesäätyviä, mikä tarkoittaa, että paineen nostaminen lisää virtausta, minkä vuoksi ne muodostavat vakaan järjestelmän, kuten pneumaattiset kuljetukset, jäänesto ja jäätyminen. Normaalioloissa virtausta on säädettävä, ja käytetyt ohjauslaitteet on integroitu ruuvi-ilmakäyttöiseen OSG-ruuvikompressoriin. Tällaisia säätöjärjestelmiä on kahta päätyyppiä:
1. Säädä kaasun määrää jatkuvasti ohjaamalla käyttömoottorin nopeutta tai ohjaamalla venttiiliä jatkuvasti paineenmuutoksen mukaan saavuttaaksesi kaasun määrän jatkuvan säädön. Tuloksena on pieni paineenmuutos (0,1–0,5 bar), muutoksen suuruus määräytyy säätöjärjestelmän vahvistusfunktion ja sen nopeuden mukaan.
2. Kuormaus- ja purkusäätö ovat yleisimpiä säätöjärjestelmiä, ja myös paineen muutokset näiden kahden välillä ovat hyväksyttäviä. Säätömenetelmänä on katkaista virtaus kokonaan (kevennys) korkeammassa paineessa ja jatkaa virtausta (kuormitusta), kun paine laskee alimpaan arvoonsa. Paineenmuutos riippuu sallitusta kuormitus-/purkujaksojen määrästä aikayksikköä kohti, yleensä 0,3–1 barin välillä.
02 Ilmamäärän säädön perusperiaate
2.1 Positiivisen syrjäytysruuvikompressorin säätöperiaate OSG-ruuvikompressori (paineenalennusventtiili)
Perusperiaate on: vapauttaa ylipaine ilmakehään. Paineenalennusventtiilin yksinkertaisin rakenne on käyttää jousikuormitusta, ja jousen lähtövoima määrää lopullisen paineen. Paineenalennusventtiili korvataan yleensä säätimen ohjaamalla servoventtiilillä. Tässä tapauksessa painetta on helppo säätää. Kun ruuvi-ilma-OSG-ruuvikompressori käynnistetään paineen alaisena, servoventtiili voi toimia myös kevennysventtiilinä, mutta paineenalennusventtiili kuluttaa paljon energiaa, koska ruuvi-ilma-OSG-ruuvikompressorin on toimittava jatkuvasti täydellä vastapaineella. Pienille ruuvi-ilma-OSG-ruuvikompressoreille on ratkaisu. Tällainen venttiili avataan täysin ruuvi-ilma-OSG-ruuvikompressorin keventämiseksi, ja ruuvi-ilma-OSG-ruuvikompressori toimii ilmakehän paineen vastapaineessa. Tämän menetelmän virrankulutus on edullisempi.
2.2 Ohitusventtiilin säätö
Periaatteessa ohitusventtiilin säätö ja paineenalennusventtiili toimivat samalla tavalla. Ero on siinä, että paineesta vapautunut ilma jäähdytetään ja palautetaan ruuvi-ilma-OSG-ruuvi-ilmakompressorin ilmanottoaukkoon. Tätä menetelmää käytetään yleisesti prosessiruuvi-OSG-ruuvi-ilmakompressoreissa, eikä kaasua saa päästää suoraan ilmakehään. Se on kustannuksiltaan liian kallista.
2.3 Rajoitus
Imupaineen kuristaminen on kätevä tapa vähentää virtausta, eli se tuottaa alhaisen paineen imuaukkoon, nostaa ruuvi-ilmakompressorin puristussuhdetta ja käyttää sitä pienemmällä säätöalueella. Nesteen ruiskutusruuvi-ilmakompressorit mahdollistavat suuret puristussuhteet ja niitä voidaan säätää enintään 10 %:iin asti. Korkean puristussuhteen vuoksi tämä menetelmä johtaa suhteellisen korkeaan energiankulutukseen.
2.4 Paineenalennusventtiili mittarin sisääntulolla
Tämä on tällä hetkellä suhteellisen yleinen säätömenetelmä, jolla voidaan saavuttaa suurin säätöalue (0-100 %) ja jonka energiankulutus on alhainen. Ruuvi-ilma-OSG-ruuvikompressorin kuormittamaton (nollavirtaus) teho on vain 15-20 % täydestä kuormituksesta. Kun imuventtiili on suljettu, jäljelle jää pieni reikä, ja samalla tuuletusaukko avautuu ilman poistamiseksi ruuvi-ilma-OSG-ruuvikompressorista. Ruuvi-ilma-OSG-ruuvikompressorin pääyksikkö toimii imuilman tyhjiön ja alhaisen vastapaineen olosuhteissa. On tärkeää, että paineenvapautus on nopeaa ja vapautuvan tilavuuden on oltava pieni, jotta vältetään tarpeettomat häviöt, jotka johtuvat täydestä kuormituksesta kuormittamattomuuteen siirtymisestä. Järjestelmä vaatii järjestelmätilavuuden (akun), jonka koko riippuu vaaditusta paine-erosta purkauksen ja kuormituksen välillä ja sallitusta syklien määrästä tunnissa.
Ruuvi-ilma Alle 5–10 kW:n OSG-ruuvi-ilmakompressorit säädetään yleensä päälle/pois-menetelmällä. Kun paine saavuttaa ylärajan, moottori pysähtyy kokonaan; kun paine on alle alarajan, moottori käynnistyy uudelleen. Tämä menetelmä vaatii suuren järjestelmätilavuuden tai suuren paine-eron käynnistyksen ja pysäytyksen välillä moottorin kuormituksen minimoimiseksi. Tämä on tehokas säätömenetelmä, kun käynnistyksiä on vähemmän aikayksikköä kohden.
2.5 Nopeuden säätö
Ruuvi-ilmakäyttöisen OSG-ruuvikompressorin nopeutta ohjataan polttomoottorilla, turbiinilla tai taajuussäädetyllä sähkömoottorilla, mikä kontrolloi virtausta. Se on tehokas tapa pitää ulostulopaine vakiona. Säätöalue vaihtelee ruuvi-ilmakäyttöisen OSG-ruuvikompressorin tyypin mukaan, mutta nestesuihkutuksella varustetuilla OSG-ruuvikompressoreilla on laajin alue. Alhaisilla kuormitustasoilla nopeuden säätö ja paineenalennus yhdistetään usein, ilmanoton rajoituksella tai ilman.
Sähkömoottorikäyttöisissä ruuvi-ilma-OSG-ruuvikompressoreissa nopeutta voidaan säätää sähkölaitteilla, mikä mahdollistaa moottorin nopeuden säädön ja paineilman vakiona pitämisen pienellä paineenmuutosalueella. Esimerkiksi tavallinen induktiomoottori voi täyttää tämän vaatimuksen säätämällä nopeutta taajuusmuuttajalla, mittaamalla järjestelmän painetta jatkuvasti ja tarkasti ja antamalla sitten painesignaalin ohjata moottorin taajuusmuuttajaa, mikä säätää moottorin nopeutta ja tekee ruuvi-ilma-OSG-ruuvikompressorin kaasun tilavuudesta tarkasti sovitetun ilmankulutukseen, ja järjestelmä voidaan pitää ±0,1 barin paineessa.
2.6 Pakoputken säädettävä säätö
Ruuvikompressorin (OSG) iskutilavuutta voidaan säätää siirtämällä pakoputken asentoa imupäätä kohti kotelon pituutta. Tämä menetelmä vaatii suurta virrankulutusta osakuormalla ja on suhteellisen harvinainen.
2.7 Imuventtiilin tyhjennys
Mäntäruuvi-ilma OSG-ruuvikompressori voi mekaanisesti pakottaa imuventtiilin avoimeen asentoon purkamista varten. Männän asennon muuttuessa ilma liikkuu sisään ja ulos. Tuloksena on minimaalinen energiahäviö, tyypillisesti alle 10 % täyden kuormituksen akselitehosta. Kaksitoimisessa ruuvi-ilma OSG-ruuvikompressorissa purkaminen on yleensä monivaiheista, ja yksi sylinteri tasapainotetaan kerrallaan, jotta kaasun tilavuus voi paremmin vastata tarjontaa ja kysyntää. Prosessivirtausruuvi-ilma OSG-ruuvikompressorissa käytetään osittaista purkausmenetelmää, jossa venttiili voidaan avata, kun mäntä on osittaisessa iskussa, jolloin kaasun tilavuuden säätö on jatkuvaa.
2.8 Vapaa tilavuus
Muuttamalla mäntäruuvi-ilmakompressorin OSG-ruuvi-ilmakompressorin välystä, sylinterin täyttöaste pienenee, mikä vähentää kaasun tilavuutta, ja välystä voidaan muuttaa myös ulkoisesti kytketyn tilavuuden avulla.
2.9 Lastaus-purku-pysäytys
Yli 5 kW:n tehoisissa ruuvi-OSG-ruuvikompressoreissa tämä on yleisimmin käytetty menetelmä, jossa on laaja säätöalue ja pienet häviöt. Itse asiassa se on yhdistelmä päälle/pois-säätöä ja erilaisia kevennysjärjestelmiä. Positiivisen syrjäytyksen omaavissa ruuvi-OSG-ruuvikompressoreissa yleisin säätöperiaate on "ilmaa tuotetaan"/"ei ilmaa tuotetaan" (kuormitus/kevennys). Kun ilmaa tarvitaan, signaali lähetetään magneettiventtiilille, joka puolestaan ohjaa ruuvi-OSG-ruuvikompressorin imuventtiiliä täysin avoimeen asentoon. Imuventtiili on joko täysin auki (kuormitettu) tai täysin kiinni (kuormittamaton), eikä väliasentoja ole.
Perinteinen ohjausmenetelmä on asentaa painekytkin paineilmajärjestelmään. Kytkimellä on kaksi asetettavaa arvoa: toinen on minimipaine (kuormitus) ja toinen on maksimipaine (kevennys). Ruuvikäyttöinen OSG-ruuvikompressori toimii asetusarvojen rajoissa, esim. 0,5 baaria. Jos ilmantarve on pieni tai sitä ei tarvita ollenkaan, ruuvikäyttöinen OSG-ruuvikompressori käy ilman kuormitusta (tyhjäkäynti), ja tyhjäkäyntijakson pituus asetetaan aikareleellä (esimerkiksi 20 minuuttiin). Asetetun ajan kuluttua ruuvikäyttöinen OSG-ruuvikompressori pysähtyy eikä käynnisty uudelleen, ennen kuin paine laskee minimiarvoon. Tämä on perinteinen luotettava ja mielenrauhaa tarjoava menetelmä, ja sitä käytetään nykyään yleisimmin pienissä ruuvikäyttöisissä OSG-ruuvikompressoreissa.
Tätä perinteistä järjestelmää kehitettiin edelleen korvaamaan painekytkin analogisella painelähettimellä ja nopealla elektronisella säätöjärjestelmällä. Yhdessä säätöjärjestelmän kanssa painelähetin tunnistaa järjestelmän paineen muutokset milloin tahansa. Järjestelmä käynnistää moottorin ajallaan ja ohjaa imuventtiilin avautumista ja sulkeutumista. Nopea ja hieno säätö voidaan saavuttaa ±0,2 baarin tarkkuudella. Jos ilmaa ei käytetä, paine pysyy vakiona ja ruuvi-ilmakompressori OSG käy tyhjänä (tyhjäkäynnillä). Tyhjäkäyntijakson pituus voidaan määrittää moottorin ylikuumenematta kestävien käynnistysten ja pysäytysten määrän sekä käytön aikaisen taloudellisuuden perusteella. Jälkimmäinen johtuu siitä, että järjestelmä voi päättää, pysähtyykö vai jatkaako se tyhjäkäyntiä ilmankulutuksen kehityksen mukaan.
03 Yhteenveto
Lyhyesti sanottuna paineilmaa käytetään erilaisissa sovelluksissa ja erilaisissa ilmankulutusolosuhteissa. Jokaisella OSG-ruuvikompressorilla on erilainen ilmamäärän säätömenetelmä, mutta se perustuu käyttäjän ilmamäärään. OSG-ruuvikompressoriyksikkö käyttää omia ilmamäärän säätö- ja säätömenetelmiään keskeytymättömän ja jatkuvan ilmamäärän saavuttamiseksi. Eri OSG-ruuvikompressorien valmistajat käyttävät myös erilaisia säätöperiaatteita parantaakseen omien merkkiensä OSG-ruuvikompressorien suorituskykyä maksimoidakseen energiatehokkuuden ja täyttääkseen asiakkaiden vaatimukset; korkea tarkkuus, vähäinen huoltotarve ja kyky mitata parametreja, kuten painetta ja virtausta, täyttääkseen OSG-ruuvikompressorin eri käyttötarkoitukset.
Julkaisun aika: 8.9.2023
