10 modifiche al compressore d'aria VSD poco conosciute
Di Ron Marshall per Compressed Air Challenge®
L'introduzione di compressori d'aria rotativi a vite controllati da variatori di velocità (VSD) è una delle migliori innovazioni di efficienza energetica introdotte nel settore negli ultimi anni. Questo stile di controllo del compressore può ridurre significativamente l'energia sprecata dai compressori che funzionano in condizioni di vuoto. Ma il tipo di controllo VSD offerto da vari produttori può differire e alcune di queste differenze possono influire sull'efficienza del sistema. Questo articolo discute alcune modifiche poco note al controllo del compressore VSD , tra cui alcune che utilizzano funzionalità nascoste che a volte possono essere implementate per migliorare i risparmi ottenuti dall'installazione di questo tipo di compressore.
Si noti che queste misure sono esempi di strategie implementate nel territorio del servizio Manitoba Hydro dell'autore. Laddove sono state apportate modifiche, i fornitori delle apparecchiature sono stati consultati in modo da non influire sulla durata o sul corretto funzionamento delle apparecchiature.
1. Coordinare i livelli target e start / stop.
I controlli VSD in genere hanno quattro impostazioni di pressione principali. Tre di questi servono a controllare le bande di pressione di avvio / arresto o di carico / scarico che vengono utilizzate quando il compressore funziona al di sotto della velocità minima. Il restante è impostare il target VSD, che è dove il compressore manterrà la sua pressione di scarico variando la sua velocità. Esistono varie impostazioni predefinite programmate in questi controlli quando vengono dalla fabbrica, alcune con un funzionamento del compressore non ottimale.
Alcuni produttori bloccano il target VSD sull'impostazione "start" in modo che siano esattamente gli stessi. Altri consentono una regolazione indipendente del target VSD su qualsiasi impostazione entro un limite prestabilito. Laddove è consentita una regolazione indipendente, ci sono alcune condizioni che possono causare problemi. Se la pressione target viene impostata accidentalmente al di sopra dell'impostazione di avvio / arresto o di carico / scarico, il compressore funzionerà sempre a pieno carico - una condizione inefficiente per un compressore VSD - e inizierà / si fermerà o caricherà / scaricherà tra i due set point. Se il setpoint target viene impostato inavvertitamente su un valore inferiore rispetto alla banda di pressione, il VSD funzionerà alla velocità minima tra i set point alti e bassi. Tuttavia, non funzionerà nel suo intervallo variabile a meno che la pressione non scenda molto al di sotto della banda di pressione, un'altra condizione indesiderabile.
Se il set point target si trova tra i set point alti e bassi, è molto comune vedere questa impostazione esattamente nel mezzo, e quindi il compressore passerà immediatamente alla massima velocità ogni volta che viene chiamato il compressore per avviarsi. Tenterà innanzitutto di aumentare rapidamente la pressione fino alla pressione target, quindi ridurrà la velocità per regolare la pressione. Questa condizione aumenta la frequenza di avvio / arresto del compressore e provoca fluttuazioni della pressione che cambiano rapidamente, a volte una condizione indesiderabile. Questa configurazione spesso causa anche una pressione target superiore a quella richiesta, facendo sì che il compressore consumi più energia a causa della maggiore pressione media di scarico. Nel territorio di Manitoba Hydro, i clienti sono incoraggiati a impostare la pressione target al o vicino al punto di avvio / carico, con conseguente rallentamento del ciclo del compressore e pressioni più basse più stabili.
2. Ridurre la frequenza di avvio / arresto allargando la banda di pressione.
La pressione stabile e costante è l'obiettivo finale nel controllo di qualsiasi sistema di aria compressa. Chi conosce il controllo di carico / scarico si renderà conto che la pressione del sistema è controllata tra due set point: il carico e il punto di scarico. Questo tipo di controllo provoca una forma d'onda di pressione a dente di sega se visualizzata su un diagramma di dati di pressione basato sul tempo (Figura 1). I compressori VSD, d'altra parte, manterranno la pressione a una pressione target costante accelerando o rallentando il motore del compressore.
Figura 1: la tipica forma d'onda a dente di sega produce una pressione media superiore al necessario, facendo sì che il compressore vada a pieno carico all'avvio aumenta la frequenza del ciclo. - Clicca qui per ingrandire
Ma i compressori possono solo rallentare così tanto, con la riduzione limitata dalle caratteristiche dei componenti del compressore. La cosa principale che causa questa limitazione è il motore del compressore, che non può raffreddarsi adeguatamente a velocità eccessivamente basse. Una seconda limitazione è l'elemento di compressione a vite, che deve mantenere un certo numero di giri minimo, altrimenti le perdite interne (perdita attraverso l'elemento) diventeranno eccessive. Per risolvere questo problema, qualsiasi compressore VSD avrà una certa velocità minima in cui il controllo della velocità variabile viene assunto da qualche altro metodo di controllo.
Un modo comune di controllare i compressori VSD a flussi al di sotto della velocità minima è quello di avviare / arrestare o caricare / scaricare il compressore. Questa modalità di controllo produce anche la tipica forma d'onda a dente di sega della modalità di controllo carico / scarico. Poiché i produttori di compressori riconoscono che questa forma d'onda a dente di sega produce fluttuazioni di pressione indesiderate, alcuni produttori tendono a fornire compressori con bande di pressione molto strette, a volte solo da 3 a 4 psi. Sfortunatamente, una banda di pressione molto stretta, se installata su un sistema con una capacità di stoccaggio minima, comporterà avviamenti e arresti eccessivi del compressore e talvolta un eccessivo riporto di lubrificante.
Quando i compressori VSD furono introdotti per la prima volta, alcuni fornitori stavano promuovendo la capacità di "avviamenti e arresti illimitati". Tuttavia, il buon senso impone che l'introduzione di un dispositivo meccanico per dire da 50.000 a 100.000 avviamenti all'anno nei primi anni della sua vita può ridurre notevolmente la durata dei controlli e dei componenti del compressore.
L'ampliamento della fascia di pressione di avvio / arresto e l'aggiunta di una notevole memoria di sistema ridurranno la frequenza del ciclo del compressore quando si opera al di sotto della velocità minima e consentono tempi di funzionamento sufficientemente lunghi per riscaldare il compressore fino alle temperature di esercizio. Il dimensionamento tipico della regola empirica utilizzato intorno all'area Manitoba Hydro è di 10 galloni di stoccaggio installati per ogni cfm alla velocità minima del compressore. L'introduzione di una banda di pressione più ampia di 10 psi significa che la frequenza massima di avvio e arresto è circa una volta ogni 4 minuti al 50 percento della velocità minima.
A proposito, se il compressore impiega troppo tempo nella gamma di velocità minima, potrebbe essere necessario ridimensionare il compressore o potrebbero verificarsi problemi. Alla velocità minima, viene generato troppo poco calore. Questo è il risultato diretto di una buona efficienza, che può consentire all'umidità in eccesso di accumularsi nel lubrificante del compressore. In un compressore standard, il calore della compressione normalmente respinge questa umidità.
3. Eliminare il tempo di esecuzione senza carico riducendo l'impostazione del timer di scarico.
Il controllo dei compressori VSD varia a seconda del produttore. Alcuni produttori di compressori si spengono immediatamente quando la pressione raggiunge il livello di "arresto", mentre altri continuano a funzionare nello stato senza carico. Altri ancora possono avere un'impostazione di selezione della modalità da qualche parte nel controllo che consente di selezionare se il compressore si spegne immediatamente o meno. Un marchio conta il numero di avviamenti all'ora e consente lo spegnimento quando le condizioni lo consentono, risparmiando energia.
Quando si trovano nello stato di scarico, i compressori a vite, siano essi a velocità fissa o VSD, continuano a consumare energia senza produrre aria, riducendo l'efficienza complessiva dell'unità. Spesso, quando vengono seguite le buone pratiche di progettazione dell'aria compressa, esistono condizioni in cui il timer di funzionamento può essere notevolmente ridotto o addirittura impostato su zero per evitare questa condizione di spreco. Questa modifica deve essere cancellata dal fornitore del compressore per evitare problemi di garanzia. Se il compressore ha un'impostazione della pressione sufficientemente ampia e una memoria sufficiente per funzionare con il numero di avviamenti e arresti può essere limitata, è possibile evitare problemi dovuti a cicli eccessivi e consentire comunque un funzionamento più efficiente.
4. Installare il rilevamento remoto della pressione.
È comune vedere i compressori VSD mantenere una pressione molto precisa al loro scarico, mentre la pressione dell'impianto diminuisce a causa dei differenziali di pressione tra tubazioni, filtri e essiccatori d'aria. Questi differenziali di pressione possono essere piccoli quando i flussi sono bassi, ma grandi durante le richieste di picco dell'impianto. Dato che avere una pressione dell'impianto stabile è l'obiettivo finale, è una buona idea rendere remoto il rilevamento della pressione del compressore, dove può essere fatto in sicurezza senza superare la capacità di pressione del compressore. L'aggiunta di un sensore di pressione remoto consente al VSD di "vedere" oltre eventuali cadute di pressione nella sala compressori e di regolare con precisione la pressione dell'impianto.
Questa misura consente inoltre di risparmiare energia poiché la pressione target può essere impostata esattamente dove è necessaria anziché a un livello artificialmente elevato per compensare il differenziale di pressione nel caso peggiore. Quando i flussi sono bassi, c'è una differenza di pressione minima tra i componenti di pulizia: Pertanto, il compressore mantiene bassa la sua scarica. Durante flussi più elevati, il compressore aumenterà automaticamente la pressione di scarico per compensare il differenziale di pressione, ma solo in queste condizioni.
5. Regola le impostazioni di controllo PID.
A volte, quando viene implementato il telerilevamento o quando le caratteristiche della domanda di aria compressa contengono carichi molto variabili, il compressore supera costantemente e abbassa la pressione target. Vi sono alcune condizioni in cui questa instabilità provoca un controllo instabile del compressore, causando una normale uscita di pressione sinusoidale quando il compressore tenta di raggiungere la pressione target senza successo. A causa della natura dell'aria compressa, agisce come una molla, ha slancio e rimbalza all'interno dei tubi. Di conseguenza, a volte è difficile controllare con precisione la pressione. Per questi motivi, i produttori di compressori VSD inseriscono algoritmi di controllo PID nei compressori per aiutare a risolvere questi problemi e stabilizzare la pressione. Ma i produttori regolano semplicemente le impostazioni predefinite su condizioni medie e il sistema potrebbe avere caratteristiche diverse (Figura 2).
Figura 2: questo compressore (linea arancione) presenta instabilità, che richiede una regolazione dei parametri PID. - Clicca qui per ingrandire
Quando un compressore VSD è costantemente sottoalterato e superato, le sollecitazioni meccaniche ed elettriche incidono negativamente sul compressore. Se riscontri che ciò sta accadendo sul tuo sistema, dovresti chiedere al tuo fornitore di venire e fare delle regolazioni accurate. È raro trovare un sistema che non può essere regolato sintonizzando il loop PID e / o aggiungendo la capacità del ricevitore di archiviazione.
6. Impostare i livelli di pressione temporizzata.
Alcuni controlli del compressore VSD dispongono di funzionalità di pianificazione interne in cui è possibile programmare diverse pressioni in diversi momenti della settimana o del giorno. Inoltre, alcuni controlli consentono di programmare diversi livelli di pressione per rispondere alla posizione di un interruttore esterno. In questo modo, il compressore può essere programmato per funzionare a bassa pressione, ad esempio durante le notti e nei fine settimana, ma aumentare la pressione durante i turni principali. Inoltre, è possibile utilizzare un interruttore esterno per attivare livelli di pressione a breve termine più elevati durante eventi occasionali che richiedono una pressione maggiore, come il riempimento di pneumatici da 110 psi, ma consentono al sistema di tornare alle normali operazioni di 90 psi in condizioni medie. Ciò consente di risparmiare energia riducendo la domanda artificiale e la pressione media di scarico del compressore.
7. Eliminare la modulazione della velocità minima.
Alcuni compressori VSD hanno anche controlli di modulazione dell'iniettore che vengono utilizzati per ottenere capacità di abbassamento molto basse (nell'intervallo del 12 percento del pieno carico) per ottenere un migliore controllo della pressione attraverso l'intero intervallo di funzionamento del compressore. Sfortunatamente, come i compressori a velocità fissa, l'applicazione della modulazione sui compressori VSD si traduce in livelli di efficienza non ottimali. In alcuni casi, questi controlli di modulazione sono stati inavvertitamente regolati per limitare il flusso in ingresso nell'intervallo variabile di funzionamento del compressore.
Nel territorio di Manitoba Hydro incoraggiamo i nostri clienti ad eliminare la modulazione dei compressori VSD regolando l'impostazione della modulazione lontano dall'obiettivo e avviando / arrestando la banda di pressione. Ciò richiede una regolazione da parte del fornitore del compressore e talvolta una maggiore quantità di memoria del sistema per ridurre la frequenza di avvio / arresto, ma spesso aumenta l'efficienza del sistema.
8. Aumentare le impostazioni della velocità minima.
Se si esamina la curva CAGI di alcuni compressori, si noterà che l'efficienza (kW / 100 cfm) della maggior parte dei compressori VSD diminuisce quando il compressore si avvicina alla velocità minima. Questo calo di efficienza varia in base alla marca e al modello del compressore e sembra essere più pronunciato per compressori più piccoli di 75 CV o meno. Spesso i produttori limiteranno la velocità minima della loro marca di compressore per mantenere le unità fuori dalla gamma inefficiente. Se ciò non viene fatto, i controlli del compressore potrebbero avere un'impostazione di velocità minima nascosta nei parametri di controllo che può essere regolata per mantenere il compressore a velocità minime più efficienti e più elevate. Questa regolazione ha un compromesso, riducendo la banda variabile.
Nel territorio di Manitoba Hydro chiediamo ai nostri clienti di aumentare le impostazioni di velocità minima, ove applicabile, e di aggiungere uno spazio di archiviazione più ampio per compensare questa modifica e rendere i compressori più efficienti. La regolazione della velocità minima viene effettuata dal fornitore del compressore.
9. Ridurre le impostazioni di velocità massima.
A volte un compressore troppo grande viene acquistato da un'azienda in previsione di livelli di produzione futuri più elevati. Se un compressore di grandi dimensioni è installato in un sistema con elevati carichi di picco, il compressore può contribuire alle spese della domanda di picco dell'impianto, costando costi elettrici aggiuntivi.
Alcuni compressori VSD hanno un'impostazione di giri / min massima in cui i kW massimi del compressore possono essere temporaneamente ridotti. Se eseguita insieme a una capacità di archiviazione aggiuntiva, questa regolazione può ridurre i costi elettrici.
10. Associare il compressore VSD a un compressore più piccolo.
Spesso, quando viene installato un compressore VSD troppo grande per il carico, l'unità trascorrerà la maggior parte del tempo operativo in modalità avvio / arresto al di sotto dell'intervallo variabile. La maggior parte dei produttori ti dirà che il funzionamento a lungo termine in questa modalità non è desiderabile a causa di motivi già menzionati. Ciò si verifica spesso in sistemi che alimentano officine di riparazione automobilistiche o simili in cui il carico medio può essere molto leggero (dal 10 al 20 percento), ma si verificano flussi di picco durante il funzionamento di grandi utensili pneumatici. In questi casi, dove il ridimensionamento del compressore non è pratico, potrebbe essere saggio installare un compressore molto più piccolo, che potrebbe anche essere controllato VSD per alimentare carichi molto leggeri, ma avere il compressore di grandi dimensioni impostato per funzionare con carichi elevati. In questo modo, ogni compressore funzionante, grande o piccolo, corrisponderebbe alle condizioni operative e funzionerebbe entro l'intervallo di carico ottimale, risparmiando costi di riparazione futuri costosi.
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