氣量控制與調(diào)節(jié)

壓縮空氣總成本的80%，體現(xiàn)在能耗上，因而不同型式的壓縮機(jī)，應(yīng)當(dāng)按照不同的調(diào)節(jié)系統(tǒng)選擇不同的控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)。不同壓縮機(jī)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(jī)的滿負(fù)荷與耗氣量恰好相一致。

例如可以通過仔細(xì)地選擇齒輪箱的傳動(dòng)比，達(dá)到這個(gè)要求，這種做法常見于工藝流程壓縮機(jī)之中。大多數(shù)消耗壓縮空氣的設(shè)備是自身調(diào)節(jié)的，就是說提高壓力會(huì)提高流量，這就是它們何以形成穩(wěn)定系統(tǒng)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(shè)備與壓縮機(jī)組成一體，這類調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要有兩大類:

1.利用不斷地控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)氣量，或者根據(jù)壓力的變化不斷地控制閥門實(shí)現(xiàn)氣量的連續(xù)調(diào)節(jié)。其結(jié)果是由較小的壓力變化（0.1至0.5bar ），變化大小由調(diào)節(jié)系統(tǒng)的放大功能及其速度而定。

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

02
氣量調(diào)節(jié)基本原理

2.1 容積式壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)原理（卸壓閥）

基本原理方法是：將超過的壓力釋放到大氣中去，卸壓閥最簡單的設(shè)計(jì)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(diào)節(jié)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(jī)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?yàn)閴嚎s機(jī)必須連續(xù)在全背壓下工作。有一種用于小型壓縮機(jī)的方案，把這種閥完全打開，使壓縮機(jī)卸載，壓縮機(jī)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(diào)節(jié)

從原理上，旁通調(diào)節(jié)和卸壓閥有相同的功能，差別就是壓力釋放的空氣是經(jīng)過冷卻，并回到壓縮機(jī)的進(jìn)氣口，這個(gè)方法常用流程壓縮機(jī)，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(jié)流

進(jìn)口節(jié)流是減少流量的一種簡便方法，該方法是使進(jìn)口處產(chǎn)生低壓，提高壓縮機(jī)的壓縮比，至用于較小的調(diào)節(jié)范圍。噴液壓縮機(jī)容許有大的壓縮比，可以下調(diào)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(jié)流的卸壓閥

這是目前比較常見的調(diào)節(jié)方法，可以得到最大的調(diào)節(jié)范圍（0至100%），而且能耗低，壓縮機(jī)卸載（零流量）功率只有滿載的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，供排放壓縮機(jī)出來的空氣。壓縮機(jī)主機(jī)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，以免滿載轉(zhuǎn)換到空載時(shí)，引起不必要的損失。該系統(tǒng)要求有一個(gè)系統(tǒng)容積（儲(chǔ)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(shù)。

小于5-10kW的壓縮機(jī)常用開/停方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)壓力達(dá)到上限值，電機(jī)完全停止；當(dāng)壓力低于下限值，電機(jī)重新啟動(dòng)。該方法需要大的系統(tǒng)容積或開機(jī)壓力與停機(jī)之間有大的壓力差，以使電機(jī)的負(fù)載降低到最小。在單位時(shí)間內(nèi)有較少起動(dòng)次數(shù)的情況下，這是行之有效的調(diào)節(jié)方法。

2.5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

由內(nèi)燃機(jī)、渦輪機(jī)或調(diào)頻電機(jī)控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)范圍因壓縮機(jī)的型式而異，但噴液壓縮機(jī)的范圍最大。在載荷程度較低時(shí)，通常將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和卸壓結(jié)合起來，或帶或不帶進(jìn)氣節(jié)流。

用電源電機(jī)作為動(dòng)力的壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)速可以由電器控制電機(jī)，因而提供一個(gè)機(jī)會(huì)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持壓縮空氣恒定在很小的壓力變化范圍內(nèi)。例如，普通的感應(yīng)電機(jī)用一個(gè)變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速就可以達(dá)到這個(gè)要求，連續(xù)不斷并精確地測量系統(tǒng)的壓力，然后讓壓力信號去控制電機(jī)的變頻器，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使壓縮機(jī)的氣量精確地適應(yīng)空氣的耗量，系統(tǒng)可以保持在±0.1bar 。

2.6 可變排氣口調(diào)節(jié)

螺桿壓縮機(jī)的排氣量可以在機(jī)殼內(nèi)沿著長度方向，向著進(jìn)氣端移動(dòng)排氣口的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種方法在部分負(fù)荷時(shí)需要耗費(fèi)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(jī)可以用機(jī)械方法迫使吸氣閥處于開啟位置，進(jìn)行卸荷。隨活塞位置的變化，空氣進(jìn)進(jìn)出出。結(jié)果有最小的能量損失，通常低于滿載軸功率的10%。在雙作用的壓縮機(jī)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(dá)到供需相應(yīng)。工藝流程壓縮機(jī)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，因而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的氣量控制。

2.8 余隙容積

靠改變活塞壓縮機(jī)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(jī)

對于功率大于5kW的壓縮機(jī)，這是最常用的方法，調(diào)節(jié)范圍大而且損失低，實(shí)際上這是一種開/停調(diào)節(jié)與各種卸荷系統(tǒng)的組合。容積式壓縮機(jī)，最普通的調(diào)節(jié)原理是“產(chǎn)生空氣”/“不產(chǎn)生空氣”（加載/卸載），當(dāng)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(dǎo)壓縮機(jī)的進(jìn)氣閥達(dá)到完全的開啟位置。進(jìn)氣閥要么全開（加載），要么全閉（卸載），沒有中間位置。

傳統(tǒng)控制方法是在壓縮空氣系統(tǒng)中裝有一個(gè)壓力開關(guān)，開關(guān)有兩個(gè)可設(shè)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(jī)工作在設(shè)定值界限內(nèi)，例如：0.5bar。如果空氣需要量小，或者一點(diǎn)不需要，則壓縮機(jī)空載運(yùn)行（空轉(zhuǎn)），空轉(zhuǎn)周期長短由一個(gè)時(shí)間繼電器設(shè)定（例如設(shè)為20分鐘）。過了設(shè)定時(shí)間，壓縮機(jī)停轉(zhuǎn)，并且不再啟動(dòng)，直到壓力跌到最小值。這是傳統(tǒng)可靠，放心的控制方法，現(xiàn)在最常見于小型壓縮機(jī)。

這個(gè)傳統(tǒng)系統(tǒng)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(diào)節(jié)系統(tǒng)，替代壓力開關(guān)。壓力變送器與調(diào)節(jié)系統(tǒng)一起，隨時(shí)感受到系統(tǒng)中的壓力變化。系統(tǒng)及時(shí)啟動(dòng)電機(jī)，并控制進(jìn)氣閥的開啟與關(guān)閉。能在±0.2bar 內(nèi)，實(shí)現(xiàn)快速和良好的調(diào)節(jié)。如果沒有使用空氣，壓力將保持恒定，壓縮機(jī)空載運(yùn)行（空轉(zhuǎn)）。空轉(zhuǎn)周期的長短，可以根據(jù)電機(jī)能承受的啟停次數(shù)，而不至于過熱，以及運(yùn)行期間的經(jīng)濟(jì)性而定。后者因?yàn)橄到y(tǒng)可以根據(jù)空氣消耗量的走向，決定停機(jī)，還是繼續(xù)空轉(zhuǎn)。

03
小結(jié)

總之，壓縮空氣在不同的應(yīng)用場合，不同用氣量情況下，每臺(tái)空氣壓縮機(jī)氣量方式不同，但都是根據(jù)用戶用氣量的大小，壓縮機(jī)組依靠自身氣量控制和調(diào)節(jié)方式來實(shí)現(xiàn)氣量不間斷連續(xù)的供給。不同壓縮機(jī)制造商也在用不同的調(diào)節(jié)原理來提高自己品牌壓縮機(jī)的性能，使能效最大化，滿足客戶的使用要求；以準(zhǔn)確度高，維護(hù)量小，可以測量壓力和流量等參數(shù)，來滿足壓縮機(jī)不同場合的應(yīng)用。