Trochę teorii
Generalnie, w przemyśle, mają zastosowania łopatkowe i śrubowe sprężarki zmiennoobrotowe wykorzystujące klatkowe (zwarte) silniki asynchroniczne skojarzone z przemiennikami częstotliwości, wykorzystujące bardzo prostą zależności prędkości obrotowej od częstotliwości prądu:
V= (60*f):p
gdzie:
p- to liczba par biegunów silnika asynchronicznego jest stałą konstrukcyjną i zmienia się od 1 do zazwyczaj 4 lub 6.
f- jest częstotliwością prądu przemiennego (dla sieci energetycznej w Polsce wynosi 50 Hz), która może być regulowana.
Zasada działania, to proporcjonalne sprzężenie pomiędzy ciśnieniem w sieci odbiorników a prędkością obrotową wirników. Gdy ciśnienie maleje, sterownik mikroprocesorowy poprzez zmianę częstotliwości w przemienniku, zwiększa obroty, gdy rośnie – zmniejsza.
Korzyści (energetyczne, eksploatacyjne, ochrony środowiska) wskazują, że w zasadzie zawsze lepszym rozwiązaniem jest sprężarka zmiennoobrotowa – zwłaszcza łopatkowa.
Zaawansowanie technologiczne oraz coraz niższe koszty przemienników częstotliwości spowodowały, że sterowanie prędkością obrotową staje się popularne. Pojawiające się niekiedy konstrukcje oparte na silnikach krokowych mają marginalne znaczenie.
Krótkie porównanie systemów
Zmiennoobrotowe sprężarki śrubowe pracują w zakresie 30% (praktycznie 40%) do 100% obrotów stopnia sprężającego. Dolnym ograniczeniem jest grzanie się silnika elektrycznego, górnym naprężenia termiczne i mechaniczne obciążenia konstrukcji. Optymalna prędkość liniowa wirników wynosi około 40 m/sek. Charakterystyka energetyczna jest krzywą proporcjonalną w stosunku do obrotów. Jednostkowa zmiana wydatku jest okupiona większą różnicą obrotów, a czas reakcji dłuższy.Także sprawność energetyczna jest mniejsza.
Zmiennoobrotowe sprężarki łopatkowe pracują w zakresie 50% do 100% (110%) obrotów stopnia sprężającego. Dolnym ograniczeniem jest prędkość, przy której siła odśrodkowa nie jest w stanie docisnąć łopatek do cylindra (lewy rysunek). Przy nadmiernych prędkościach obrotowych nacisk łopatek może przeciąć film olejowy i spowodować kontakt metaliczny z korpusem (prawy rysunek). Graniczna prędkość liniowa to 29-30 m/sek. W praktyce, dla zdecydowanej większości rozwiązań, bezpiecznym zakresem jest prędkość od 900 do 1500 (1600) obr/min.
Charakterystyka energetyczna jest wprost proporcjonalna do obrotów. Jednostkowa zmiana wydatku jest realizowana przy mniejszej różnicy obrotów i przy krótszym czasie reakcji, ale z większym forsowaniem momentu obrotowego.
Zmiennoobrotowe sprężarki IN-TECH
W ramach rozwoju produktu, wykorzystując rezerwy konstrukcyjne i energetyczne sprężarki ROL 20 (15 kW) opracowany został agregat o mocy 18,5 kW IN-TECH ROL 25. Prace nad wdrożeniem tej konstrukcji wykonane zostały w ramach Regionalnego Programy Operacyjnego dla Województwa Pomorskiego, Rozwój i Innowacje w MŚP.
Zazwyczaj producenci dobierają przemienniki częstotliwości i oprogramowanie do produkowanych, czyli istniejących sprężarek. Powstają konstrukcje stałoobrotowe, mogące w opcji pracować przy regulacji obrotami. W tym przypadku postąpiliśmy odwrotnie. Powstała sprężarka w podstawowej wersji jako zmiennoobrotowa, mogąca także pracować przy stałych obrotach. Takie podejście pozwoliło na wykorzystanie wszystkich możliwości energetycznych urządzenia. A okazały się zaskakujące, nawet bardzo.
Badania energetyczne, przeprowadzono na Politechnice Rzeszowskiej. Okazało się, że przy ciśnieniu 6 barów sprężarkę IN-TECH ROL 25 FU możemy regulować proporcjonalnie od 1500 do 3500 obr/min, uzyskując brzegowe wartości wydatki (0,9 m3/min i 2,7 m3/min). Przy 10 barach – od 1500 obr/min (0,7 m3/min) do 3000 obr/min (2,1 m3/min). Graniczną minimalną prędkością dla tej sprężarki okazało się 1400 obr/min, gdzie zaczęły pojawiać się niewielkie wibracje, związane ze słabym dociskiem łopatek do cylindra. Ze względu na bezawaryjną pracę, minimalne obroty w wersji produkcyjnej zostały podniesione do bezpiecznej wielkości = 1500 obr/min. Ograniczenia maksymalnej prędkości nie wynikały w tym przypadku z pracy stopnia sprężającego ani z warunków termicznych. Urządzenie cały czas funkcjonowało w zakresie temperatur 68 – 72 st. C. Przy wyższych obrotach następowało przeciążenie 18,5 kW silnika. Dopuszczalne przy krótkich próbach, niedopuszczalne dla wersji produkcyjnej.
Uzyskaliśmy w naszych sprężarkach zmiennoobrotowych IN-TECH FU zakres regulacji nieosiągalny dla innych sprężarek łopatkowych, znacznie lepszy także od rozwiązań śrubowych czołowych producentów. Bardzo wymierną korzyścią zastosowania takiej sprężarki jest dla inwestora zdecydowanie lepsze dopasowanie energetyczne do wymagań systemu, czyli mniejsze koszty wydatkowane na energię elektryczną.
Oferujemy następujące sprężarki w wykonaniu zmiennoobrotowym IN-TECH ROL FU
Typ | Zakres ciśnień | Wydatek przy 8/10/12 barach | Moc silnika | Chłodzenie |
ROL 5,5 baseline | 8/10/12 bar | 0,60/0,48/0,38 m3/min | 4,0 kW | powietrze |
ROL 7,5 baseline | 8/10/12 bar | 0,80/0,65/0,52 m3/min | 5,5 kW | powietrze |
ROL 10 baseline | 8/10/12 bar | 1,10/0,85/0,70 m3/min | 7,5 kW | powietrze |
Typ | Zakres ciśnień | Wydatek przy 8/10/12 barach | Moc silnika | Chłodzenie |
ROL 15 baseline | 8/10/12 bar | 1,60/1,30/1,00 m3/min | 11,0 kW | powietrze |
ROL 20 baseline | 8/10/12 bar | 2,10/1,60/1,30 m3/min | 15,0 kW | powietrze |
ROL 25 baseline | 8/10/12 bar | 2,50/2,10/1,60 m3/min | 18,5 kW | powietrze |