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多台空压机集中供气控制系统的设计应用
作者：建寅力 孙建章 来源：《硅谷》2011年第15期
摘 要： 介绍空气压缩机的压力控制原理，并针对多台空气压缩机组成的集中供气系统，设计几种压力集中控制的方案，解决运行中负荷不均衡的问题，实践证明效果较好、实用性强。
关键词： 空压机；压力调节；压力集中控制
中图分类号：TH452 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0810098－02 0 前言
对于单台空压机而言，其系统压力的调节方法有很多种，如用热能动力驱动的可改变转速来调节压力和供气量；用电动机带动的采用压力继电器通断或变频调速来调节压力和供气量；也有直接开闭进气阀来调节供气量等。L型的大、中、小型空压机应用广泛，其工作过程分为吸气、密封输送、压缩和排气四个过程，是采用控制吸入空气量来调节压力的，具体有停止吸入和节流吸入两种形式。通常采用的是停止吸入法，即隔断进气管路，使空压机空转、进气量等于零的调节方法。其结构主要由减荷阀（卸荷阀）与压力调节阀等组成（见图1）。 其压力控制过程如下：当系统压力达到压力调节阀的调定压力上限时，压力调节阀3打开，克服弹簧力而使卸荷阀2关闭进气通道。此时空压机卸荷空载运行，系统压力则渐渐降低。当系统压力降低到压力调节阀的调定压力下限时，压力调节阀关闭，卸荷阀2在弹簧力的作用下打开进气通道，此时空压机负荷运行，系统压力则渐渐升高。空压机就不断的重复负荷卸荷负荷卸荷，处于间歇式工作状态。 2 问题的提出
我司的压缩空气用量为120m3/min，和许多用气量大的企业一样，均采用集中供气方式，即多机台互为备用、大小容量并存、压力集中控制的运行模式，根据实际用气负荷来选择开启空压机组的台数。由于每台空压机的压力调节阀的调定压力不一致，也不可能一致，因此压力单独调节的多台空压机在联动时，就必然存在负荷不均的现象：调定压力低的空压机总是先卸荷，当气压缓慢下降到调定值时才负荷运行，而气压上升到调定值上限时又是它先卸荷。而调整压力稍高的空压机则总是处于工作状态而没有空负载运行的机会。其结果将导致该类空压机长时间满负荷工作而出现非正常磨损，造成设备损坏。 3 压力集中控制系统的设计
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随着科技的不断发展进步，近年来为了便于监控大中型空压机的运行情况，大多厂家在压缩空气系统中采用了微机及声光电控制技术，多机联动可以自动控制并能实现动力运行的无人监控功能。在新工厂的动力建设时，一定要考虑采用新技术，这也是国家节能减排的要求。但对于空压机是陆续配备、新老多种机型和规格并存的老企业而言，采用微机控制改造难度大、投入费用高。在多年实践中，我们设计完善了压力集中控制的手段，运用于我司各种大中小型多台机联动控制，有效解决了空压机集中供气中负荷不均的难题。下面详细阐述几种集中控制的方式：
3.1 压力调节阀并联控制（见图2）
其原理是：在系统气压达到一定值时，全部空压机中的压力调节阀的调定压力最低者率先起作用，卸荷回路打开。由于多台空压机的卸荷回路是并联在一起的，故只要一台机卸荷，其它所有机也跟着卸荷。同样，在系统气压低到一定程度时，压力调节阀跳回，卸荷回路断开，所有空压机又回到正常负载状态。所以，用这种压力集中控制的方法可以使所有运行的空压机步调一致地工作，从而从根本上克服了多台空压机同时工作负荷不均的弊病。 3.2 电接点压力表控制电磁卸荷阀（见图3）
控制原理是：在空压机控制柜内取交流220V电源，在柜内装三个JQX-10F型小型通用继电器，利用可调的电接点压力表9的上限、下限值（信号接触指针与指示指针）的接通、断开所输出的电信号（也就是气压系统需要设定的压力波动范围），通过三个继电器的线圈交替吸合、释放操纵继电器的常开和常闭触点来使并联控制气路中一个二位二通电控换向阀10换向，从而控制多台空压机卸荷阀的同时开和关，也就控制了空压机的同时负载、卸载运行。用这种方法控制气压系统压力值显得较为精确，调整也较为直观方便。
空压机启动前，打开电源开关K，当各台空压机启动后，此时电接点压力表指针在下限以下零位置（系统无气压状态），SP下限闭合各台空压机负荷运行。当指针随气压上升到上限值时，SP上限接通空压机处于卸载空运行状态。
具体控制过程如下：当电接点压力表指示指针随系统气压下降到调定下限值（SP下限接通），小继电器KA线圈获电，KA常开触点闭合，KA1线圈获电，KA1-1闭合自锁，KA常闭断开，KA1-2常开闭合，二位二通电磁阀YV1获电动作截止控制气路，各并联空压机的减荷阀在弹簧作用下打开，使空压机进入负荷运行。当指针随气压上升离开下限指针（SP下限断开）KA线圈失电，KA分断常开触点，KA闭合常闭触点。（KA1线圈在KA1-1自锁条件下工作到上限值）。当指针随气压上升到上限指针时，SP上限接通，KA2线圈获电，KA2-2闭合自锁，KA2-1联锁分断，KA1线圈失电，KA1-2常开分断电磁阀YV1失电。控制电磁阀的KA2-3常开闭合，二位二通电磁阀YV2获电动作打开控制气路，压缩空气作用在各减荷阀上克服弹簧力关闭减荷阀，使空压机卸载运行。当指针随气压下降离开SP上限值时断开，KA2线圈在KA2-2自锁条件下一直保持YV2到下限值，再重复以上过程。这样重复地保持多台空压机同步运行。
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3.3 联混控制形式（见图4）
在实际应用中，还可将上述两种方式混合在一起使用，当电接点压力表控制系统万一失灵或检验压力表以及检修有关部位时，气压调节阀还可起作用，从而保证万无一失。详细控制原理不再赘述。
为方便说明，上面各图中仅以两台空压机为例示意。多台空压机的集中控制设计与其完全相同，仅需拉设控制并联管道便能实现同步集中控制。 4 结束语
值得指出的是，近年来空压机的控制系统越来越先进，普遍采用了PLC和变频技术，对螺杆式空压机来说，采用变频器可通过改变螺杆转子转速的方式来调节排气量，达到排气压力恒定不变，并且节能效果显著。在设计集中供气控制系统时，不妨采用类似的先进技术和元器件，使得系统控制精度更高、响应速度更快。实践证明，该方案解决了多台空压机集中供气运行时负荷不均的问题，改动工作量小、投入费用少，无疑是一种简单实用的设计思路。
参考文献：
[1]路甬祥主编，《液压气动技术手册》，机械工业出版社，2002. [2]《空压机系列产品说明书》，柳州富达机械制造有限公司.