Промышленные компрессоры — новые возможности энергосбережения

1 марта 2005

Наблюдая за развитием технологий, внедряемых ведущими мировыми производителями компрессорного оборудования, можно констатировать, что в линейке продукции большинства из них появились компрессоры со встроенным преобразователем частоты, позволяющим осуществлять бесступенчатое регулирование производительности компрессора, а также мягким пускателем для плавного пуска и останова компрессора.

Применение этих устройств позволяет значительно уменьшить потребление электроэнергии, механический из нос компрессора, а также дает ряд преимуществ, которые будут рассмотрены в этой статье.

Рис. 1. Преобразователи частоты Emotron серии FDU

Как правило, компрессоры выбираются с гарантированным запасом по мощности, обусловленным различными сочетаниями потребителей сжатого воздуха и снижением производительности по мере износа. Опираясь на мировой опыт использования компрессоров в реальных условиях, можно судить о том, что большинство их них загружены лишь на 50–70 %, а максимальная нагрузка наблюдается лишь в пиковые часы.

В целях регулирования производительности компрессоров применяют несколько способов: периодический сброс избыточного давления через предохранительный клапан, отключение электродвигателя от питающей сети или отключение муфты, передающей крутящий момент от двигателя к компрессору (режим «нагрузка — холостой ход»). Данные способы несовершенны, т. к. потребление электроэнергии при этом остается на уровне 90–100 %. Кроме того, при превышении номинального давления в ресивере происходит нагревание воздуха вследствие его сжатия, а при отключении ре- сивера от компрессора воздух начинает остывать, давление падает, происходят адиабатические процессы, что ведет к снижению КПД установки.

Рис. 2. Компрессор Alup Allegro со встроенным преобразователем частоты Emotron FDU

Вышеописанные проблемы, возникающие при различных способах регулирования, могут быть успешно решены установкой пре- образователя частоты на компрессорную установку, что позволит получить оптимальную производительность при минимальном потреблении электроэнергии. Правильный выбор преобразователя частоты может помочь в дальнейшем избежать многих проблем с установкой, настройкой и обслуживанием оборудования. Учитывая опыт Компании АДЛ в области внедрения частотного регулирования, остановимся на наиболее оптимальном решении — преобразователе частоты серии FDU (рис. 1) шведской фирмы Emotron. Оборудование данной фирмы хорошо зарекомендовало себя в российских условиях эксплуатации. Немецкая фирма Alup Kompressoren уже поставила более десятка компрессоров недавно разработанной серии Allegro (рис. 2) с интегрированным преобразователем частоты Emotron FDU в Россию.

Производительность компрессора со встроенным преобразователем частоты напрямую зависит от частоты вращения вала двигателя компрессора, т. е. в каждый момент времени производится только необходимое количество сжатого воздуха. Основной эффект заключается в том, что с помощью преобразователя частоты можно безопасно для двигателя понижать частоту его вращения до 30–40 % от номинальной, что приводит к снижению потребления электроэнергии. Применение преобразователя частоты позволяет избегать режимов, когда компрессор создает избыточное давление, что ведет к чрезмерному расходу воздуха, его утечкам и дополнительной нагрузке на все компоненты компрессора. Сравнение энергопотребления нерегулируемого компрессора и компрессора с частотным приводом приведено на рис. 3.

Рис. 3. Энергопотребление компрессора с преобразователем частоты по сравнению со стандартными компрессорами

Существуют системы, в которых компрессоры не требуют регулирования производительности. В этом случае основная задача преобразователя частоты исчезает, и его применение становится необоснованным. Для решения этой задачи экономически целесообразно применять более простое устройство — мягкий пускатель, цена которого в 3–5 раза меньше стоимости преобразователя частоты, и в десятки раз меньше стоимости самого компрессора. Мягкий пускатель Emotron серии MSF (рис. 4) обеспечивает пуск компрессора с 2–3-кратным током, в том время как при прямом пуске ток в 7 раз выше номинального.

Мягкие пускатели Emotron MSF имеют несколько вариантов разгона: с линейным нарастанием напряжения, с ограничением тока и с линейным нарастанием момента. Оптимальный запуск компрессора возможен только благодаря использованию функции MSF — «разгон по моменту», когда MSF следит за необходимым значением момента, обеспечивая пуск с минимальным значением тока. Испытания с включенной функцией «разгон с ограничением тока», которая присутствует во многих марках мягких пускателей других производителей, показали, что пусковой ток по сравнению с «разгоном по моменту» на 20 % выше и переходной процесс в этом случае не является линейным.

Мягкие пускатели Emotron MSF популярны в компрессорных установках не менее, чем преобразователи частоты. Являясь высокоинтеллектуальными приборами, они обеспечивают полный набор функций защиты двигателя, позволяют избавиться от лишних контакторов, а также осуществлять мониторинг работы компрессора и элек трической сети. Например, в холодильных винтовых компрессорах голландской фирмы Grasso установка мягкого пускателя Emotron MSF позволила осуществить гарантированный запуск компрессора, избежать пика тока, возникающего в момент переключения со звезды на треугольник, снизить время пуска и осуществить плавный разгон компрессора.

Рис. 4. Мягкие пускатели Emotron серии MSF

Ведущие российские производители компрессоров все чаще применяют мягкие пускатели для плавного пуска и останова двигателей компрессоров. Московский завод «Комрессор» имеет пятилетний опыт внедрения мягких пускателей Emotron MSF мощностью 160 кВт в своих компрессорах. А в Санкт-Петербурге на заводах Компании «Талосто» была произведена модернизация холодильного оборудования немецкой фирмы Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH, на которые были установлены мягкие пускатели Emotron MSF мощностью 22–315 кВт. Мягкие пускатели и преобразователи частоты Emotron так же эксплуатируются в ставе компрессоров производства ПензаКомпрессорМаш и Казанькомпрессормаш.

В некоторых случаях для обеспечения требуемой производительности задействован не один компрессор, дающий 100% необходимого объема сжатого воздуха, а несколько, работающих параллельно. В случае использования двух компрессоров, первый необходимо оснастить преобразователем частоты, а второй всегда включать на полную производительность и выключать в случае ее превышения (роль логического элемента может выполнять сам преобразователь частоты Emotron FDU). Также возможна установка на второй компрессор мягкого пускателя. В этом случае речь уже идет о комплектном устройстве.

Компания АДЛ имеет опыт в поставке подобных шкафов управления под торговой маркой ГРАНТОР^®. Подобный описанному выше шкаф управления компрессорами производства Компании АДЛ с преобразователями частоты Emotron уже используется в ОАО «РЖД». Данный шкаф управления имеет один преобразователь частоты Emotron FDU 200 кВт и весь набор защитной и релейно-коммутационной аппаратуры для заданного цикла работы группы из трех компрессоров.

Авторы данной статьи будут рады ответить на вопросы по опыту применения преобразователей частоты и мягких пускателей на компрессорах и дать консультации по выбору энергосберегающего оборудования.