Phương pháp giảm tải cho máy nén
|
Nâng cao hiệu quả sản xuất bằng tiết kiệm chi phí điện năng dùng cho máy sản xuất là đòi hỏi cần thiết. Một phần nằm trong công nghệ chế tạo. Xong khả năng tiết kiệm nhờ hiểu biết và vận hành máy nén khí cũng không hề nhỏ, trong một số trường hợp cụ thể nó mang lại hiệu quả tiết kiệm điện tối đa. Khí Nén Á Châu xin giới thiệu những phương pháp cơ bản nhằm giảm điện năng tiêu thụ cho máy nén khí.
15% chi phí cho mua mới chưa gồm lắp đặt, thiết bị xử lý khí nén và phần phụ trợ. 10% chi phí cho sửa chữa (áp dụng đúng tiêu chuẩn bảo dưỡng. Những đơn vị sửa chữa không theo tiêu chuẩn chi phí này sẽ cao hơn) 75% chi phí cho chi phí năng lượng. Thống kê này không bao gồm chi phí môi trường, chi phí thiết kế. Đơn giá tính theo giá trị mua thực tế trên thị trường. Nhìn vào sơ đồ Chi phí hoạt động máy nén khí ta thấy chi phí điện năng là chi phí lớn nhất. Nếu giảm được chi phí này sẽ kéo đơn giá chi phí / m3 khí xuống thấp. Mặt khác tỉ trọng của chi phí điện năng là 75% rất lớn nên tiềm năng tiết kiệm điện cao. Các nghiên cứu và phân tích dựa trên kết quả thống kê các nhà máy hoạt động thực tế đưa ra tiềm năng tiết kiệm điện cho máy nén khí giao động từ 2% đến 40% điện năng.Các tổn thất năng lượng của máy nén khí
2, Tiết kiệm dựa trên lựa chọn thông số, bảo dưỡng, quy trình vận hành máy nén khí. Dựa trên tối ưu áp suất làm việc Dựa trên tối ưu lưu lượng làm việc Dựa trên cải thiện hiệu suất nén khí của đầu nénTối ưu áp suất làm việc Áp suất, lưu lượng có tỉ lệ nghịch với nhau. Cùng công suất động cơ khi áp tăng thì lưu lượng nén giảm và ngược lại khi áp suất giảm thì lưu lượng tăng. Chúng ta cùng xem xét qua một thông số máy nén khí atlas copco điển hình như sau:
 Như vậy với việc lựa chọn áp suất máy nén khí / cài đặt áp suất máy nén khí phù hợp với nhu cầu tiêu thụ sao cho càng sát nhu cầu thì càng giảm được điện năng tiêu thụ. Theo quan sát của cá nhân tác giả các dây truyền sản xuất thông thường xử dụng robot, xi lanh, dụng cụ cầm tay khí nén chỉ cần áp giao động từ 4bar ~6bar. Tại rất nhiều nhà máy chúng tôi thực hiện cung cấp dịch vụ áp suất có thể được cài đặt cao hơn áp suất yêu cầu nhằm tích trữ lượng khí nén lớn trong bình tích áp với suy luận cho máy nén khí nghỉ không tải được nhiều hơn như vậy sẽ tốt cho máy và tiết kiệm điện. Nhưng thực tế qua ví dụ trên chúng ta nhận thấy quan điểm đó là hoàn toàn sai lầm. Chưa kể những tác động xấu từ việc áp lực cao làm các khóa, van, vòi... chịu áp lực lớn dẫn tới nhanh hỏng hóc. Xét trên khía cạnh tối ưu áp suất đôi khi sẽ không thể tiết kiệm được điện năng vì áp suất trên đường ống khí nén phụ thuộc tải tiêu thụ và máy nén khí nguồn. Tải tiêu thụ không đơn thuần là đường thẳng theo thời gian nó có thể là đồ thị hình sin theo thời gian tùy thuộc mùa vụ sản xuất, thời điểm ca làm việc trong ngày. Việc tối ưu áp suất liên quan mật thiết đến tối ưu lưu lượng. Máy nén khí chủ yếu xử dụng công nghệ điều khiển tải theo dạng on /off, tốc độ là cố định. Công nghệ máy nén khí đến thời điểm hiện tại gồm hai công nghệ chính nén thể tích và cánh dẫn. Với công nghệ nén thể tích tiêu biểu là máy nén khí piston và trục vít thì lưu lượng Q=n3. Tức lưu lượng phụ thuộc tốc độ. Với công nghệ máy nén cánh dẫn (máy nén turbo) thì tốc độ cần kiểm soát vì nó liên quan đến hiệu suất nén của đầu nén. Để phân tích chi tiết Á Châu xin phân tích kĩ hơn tại bài viết>>Khả năng tiết kiệm điện của máy nén khí biến tần Cải thiện hiệu xuất nén của đầu nén Cải thiện hiệu suất làm việc của đầu nén dựa trên thiết kế và vận hành. Với thiết kế càng về sau càng có nhiều cải tiến về thiết kế hình học, bôi trơn, lấy gió... giúp hiệu suất nén tăng giảm tổn thất. Cho đến thời điểm hiện tại với các dòng máy nén khí dạng thể tích và cánh dẫn thì tối ưu đã đạt đến giới hạn Max. những cải tiến trong thập niên gần đây không mang lại hiệu quả nào mang tính vượt trội. Đây cũng không phải yếu tố người vận hành có thể can thiệp. Các biện pháp vận hành sau sẽ giúp tăng hiệu suất nén và tiết kiệm điện. - Thông gió cho máy nén khí, đảm bảo máy nén khí hoạt động tối ưu ở dải nhiệt độ 45 độ C đến 85 độ C. - Xử dụng dầu có độ nhớt thích hợp đặc biệt với máy nén khí cũ đã qua sửa chữa đầu nén. - Mức dầu máy nén khí luôn ở khoảng max -min của thước thăm dầu. - Xử dụng lọc chất lượng tốt có tổn thất áp suất trên lọc luôn nhỏ hơn 0.75Mpa (0.75kg/cm2). - Thay thế vòng bi và đệm cao su phần khớp nối, truyền động khi chúng quá cũ. Tại sao các biện pháp làm mát tối ưu cho máy nén khí lại giúp tiết kiệm điện ? Theo định luật Sác Lo Quá trình đẳng tích P1/T1=P2/t2. Với điều kiện hoạt động bình thường máy nén 1 cấp P1 là áp suất khí quyển, T1 là nhiệt độ môi trường, P2 là áp suất máy nén khí tạo ra. Nó được coi như hằng số. Như vậy T1 lớn dẫn tới T2 cũng lớn. Khí khi đạt P2 khí sẽ đi qua máy sấy thông thương là máy sấy tác nhân lạnh. Máy sấy sẽ làm lạnh khí về 0~5độ C để tách nước. Như vậy T2 cao đồng nghĩa chênh lệch nhiệt độ khí sau máy sấy và sau máy nén lớn. lượng khí sau máy sấy sẽ bị giảm thể tích dẫn tới sụt áp suất. Mặt khác nhiệt độ cao hoặc thấp quá so với dải nhiệt độ 45 độ C đến 85 độ C. Độ nhớt dầu cũng bị thay đổi. Độ nhớt dầu giảm đi khi nhiệt độ tăng nên và giảm đi khi nhiệt độ xuống thấp. Cả hai việc này sẽ làm cho khả năng bôi trơn lấp đầy khe hở với máy nén khí thể tích giảm sút. Làm tăng trở lực nén khí, giảm hiệu suất nén. Như vậy nhiệt độ tăng làm tăng điện năng tiêu thụ trên đơn vị khí nén. Tại sao lọc máy nén khí tốt lại tiết kiệm điện ? Các máy nén khí sử dụng lọc dầu, lọc gió, lọc tách dầu. Chúng thường có tuổi thọ 6000h chạy máy. Các phin lọc này được chế tạo bằng giấy lọc. Chúng sẽ nhanh chóng bị bám bẩn và tăng trở lực. Không như các loại máy khác máy nén khí hoạt động nén khí nên nó được coi như môi trường hở mỗi phút có hằng m3 khí lưu thông qua. Đồng nghĩa các bộ lọc tích trữ rất nhiều bụi. Đặc biệt với lọc tách dầu và lọc gió. Tổn thất áp suất trên lọc tách dầu từ 0.3 đến 0.75 Mpa với hãng tốt lọc kém chất lượng tổn thất áp có thể >1Mpa. Lọc gió cũng sẽ làm tăng áp chân không tại đầu vào máy nén. Nếu một máy nén bị tổn thất tại lọc gió 0.4Mpa và tại tách dầu 0.9Mpa tại lọc dầu 0.2Mpa thì tổn thất điện năng là trên 10% tổng lượng điện cấp cho máy nén. Vòng bi và truyền động ảnh hưởng như thế nào điện năng tiêu thụ ? Vòng bi và truyền động kém sẽ làm tổn thất cơ năng của máy nén, phát sinh nhiệt. Nhưng tổn thất lớn nhất của máy nén khsi khi các bộ phận cwo khsi thiếu chính xác là khe hở giữa roto đực roto cái, giữa roto và mặt bích lớn nên. Máy nén dựa trên nguyên lý thể tích. Mà bản thân buồng nén bị rò tức là hiệu suất nén sụt giảm là cực lớn. Với những máy nén có vòng bi cũ, phần truyền động dây đai / khớp nối / bánh răng kém thường dòng điện tăng 3~10%.Tiết kiệm điện nhờ chọn chế độ điểu khiển phù hợp Tiết kiệm nhờ tối ưu chế độ không tải * Đây là giai đoạn hoạt động của máy nén khí có tiềm năng tiết kiệm điện nhất trong toàn bộ các khâu và quy trình hoạt động của máy nén khí. khi máy nén khí hoạt động tại chế độ không tải, máy nén hoàn toàn không sinh ra khí nén toàn bộ điện năng tiêu thụ là hao phí. Ngoài những hao phí thông thường như tổn thất của động cơ như tổn thất từ, tổn thất ma sát...Tổn thất lớn nhất của máy nén khí phân bổ tại đầu nén của máy nén khí, với máy nén khí thể tích dạng trục vít xoắn là lớn nhất. Công suất máy nén khí piston thường là khá nhỏ nên chưa có nhiều thống kê, theo dõi, phân tích chi tiết nên Á Châu xin bỏ qua tập trung vào các dạng sau: -Máy nén thể tích trục vít xoắn. Với máy nén khí trục vít xoắn tổn thất điện năng trong chế độ không tải có thể nên tới 70%. Nó đến từ cách điều máy nén khí. thông thường với biện pháp điều khiển có tải và không tải là on/off tốc độ động cơ là không đổi. Phần tử nén được cách ly bằng việc đóng van cổ hút. ty nhiên máy vẫn cần dầu bôi trơn lưu thông. Trong buồng máy vẫn duy trì áp suất áp này gọi là áp suất không tải. Tùy mỗi hãng sản xuất áp suất này sẽ khác nhau 2Mpa~5Mpa. Nếu áp này càng thấp sẽ giúp điện năng tiêu thụ càng giảm gần về tổn thất cơ.Tính đến thời điểm hiện tại Atlas copco là hãng đứng đầu với áp suất không tải thấp nhất ~0.3Mpa với dòng máy nén GA+ để có được điều này Atlas copco xử dụng cụm van cổ hút và cụm van chặn dầu với thiết kế đặc biệt. Hiện tại các giải pháp can thiệp vào quá trình không tải của máy nén khsi nhằm tiết kiệm điện tối ưu nhất là điều chỉnh tốc độ máy nén khí. Giải pháp về thiết bị hiện tại lựa chọn biến tần là tối ưu. Chi tiết được phân tích tại bài viết máy nen skhis biến tần - Máy nén khí cánh dẫn. Máy nén khí cánh dẫn (turbo)được điều khiển chế độ không tải bằng cách hồi lưu khí sau đầu nén về cửa hút gió đồng thời cửa gió được đóng nhờ đó áp suất tại cửa hút và cửa đẩy đạt ngưỡng cân bằng với chênh áp thấp nhờ đó có thể giảm lượng điện năng tiêu thụ trong chế độ không tải. Mẫu số chung cho các giải pháp tiết kiệm điện là điều chỉnh tốc độ động cơ sử dụng biến tần. Á Châu sẽ phân tích chi tiết tại bài viết>> Máy nén khí biến tần khai thác tiềm năng tiết kiệm điện |
