01 Regeling en aanpassing van het gasvolume
80% van de totale kosten van perslucht wordt weerspiegeld in het energieverbruik. Daarom moeten voor verschillende typen OSG-schroefcompressoren verschillende regel- en besturingssystemen worden gekozen. Verschillen tussen verschillende typen en fabrikanten van OSG-schroefcompressoren kunnen een wereld van verschil in prestaties opleveren. De meest ideale situatie is dat de volledige belasting van de OSG-schroefcompressor exact gelijk is aan het luchtverbruik.
Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door een zorgvuldige selectie van de overbrengingsverhouding van de versnellingsbak, wat gebruikelijk is bij OSG-schroefcompressoren voor proceslucht. De meeste apparatuur die perslucht verbruikt, is zelfregulerend, wat betekent dat een verhoging van de druk de doorstroming verhoogt. Hierdoor vormen ze een stabiel systeem, zoals bij pneumatisch transport, ijsbestrijding en bevriezing, enz. Onder normale omstandigheden moet de doorstroming worden geregeld, en de gebruikte regelapparatuur is geïntegreerd met de OSG-schroefcompressor. Er zijn twee hoofdtypen van dergelijke regelsystemen:
1. Het gasvolume wordt geregeld door de snelheid van de aandrijfmotor continu aan te passen, of door de klep continu te regelen op basis van de drukverandering. Dit resulteert in een kleine drukverandering (0,1 tot 0,5 bar), waarbij de omvang van de verandering afhangt van de versterkingsfunctie van het regelsysteem en de snelheid ervan.
2. Aanpassingen voor laden en lossen zijn de meest voorkomende regelsystemen, en drukveranderingen tussen beide zijn ook toegestaan. De regelmethode is om de stroming volledig af te sluiten (lossen) bij een hogere druk en de stroming te hervatten (laden) wanneer de druk tot de laagste waarde daalt. De drukverandering hangt af van het toegestane aantal laad-/loscycli per tijdseenheid, meestal tussen de 0,3 en 1 bar.
02 Basisprincipe van luchtvolumeregeling
2.1 Regelprincipe van de verdringercompressor met schroefcompressor (drukregelklep)
Het basisprincipe is: de overtollige druk wordt afgevoerd naar de atmosfeer. Het eenvoudigste ontwerp van de overdrukventiel is gebaseerd op een veermechanisme, waarbij de kracht die de veer uitoefent de uiteindelijke druk bepaalt. Het overdrukventiel wordt echter vaak vervangen door een servoklep die wordt aangestuurd door een regelaar. Hierdoor kan de druk eenvoudig worden geregeld. Wanneer de OSG-schroefcompressor onder druk wordt gestart, kan de servoklep ook functioneren als ontlastingsklep. Dit zorgt echter voor een hoog energieverbruik, omdat de OSG-schroefcompressor continu onder volledige tegendruk moet werken. Voor kleinere OSG-schroefcompressoren bestaat er een oplossing. Deze klep opent volledig om de OSG-schroefcompressor te ontlasten, waardoor de compressor onder atmosferische tegendruk werkt. Het energieverbruik van deze methode is daardoor lager.
2.2 Bypass-afstelling
In principe hebben de bypassregeling en de overdrukventiel dezelfde functie. Het verschil is dat de lucht die onder druk vrijkomt, wordt gekoeld en teruggevoerd naar de luchtinlaat van de OSG-schroefcompressor. Deze methode wordt veel gebruikt in OSG-schroefcompressoren voor procestoepassingen, omdat het niet de bedoeling is dat het gas direct in de atmosfeer wordt geloosd, wat te kostbaar zou zijn.
2.3 Gas terugnemen
Inlaatvernauwing is een handige manier om de doorstroming te verminderen. Dit houdt in dat er een lage druk bij de inlaat wordt gecreëerd, waardoor de compressieverhouding van de OSG-schroefcompressor toeneemt en een kleiner regelbereik mogelijk is. Vloeistofinjectie-OSG-schroefcompressoren maken grote compressieverhoudingen mogelijk en kunnen tot maximaal 10% worden verlaagd. Door de hoge compressieverhouding resulteert deze methode in een relatief hoog energieverbruik.
2.4 Overdrukventiel met meterinlaat
Dit is een relatief gangbare instelmethode die momenteel het grootste instelbereik (0 tot 100%) biedt en een laag energieverbruik heeft. Het onbelaste (nulstroom) vermogen van de OSG-schroefcompressor bedraagt slechts 15 tot 20% van het vollastvermogen. Wanneer de inlaatklep gesloten is, blijft er een kleine opening over en wordt tegelijkertijd de ontluchting geopend om de lucht uit de OSG-schroefcompressor af te voeren. De hoofdeenheid van de OSG-schroefcompressor werkt onder inlaatvacuüm en lage tegendruk. Het is belangrijk dat de drukontlasting snel verloopt en het afgevoerde volume klein is, om onnodige verliezen door de overgang van vollast naar onbelast te voorkomen. Het systeem vereist een systeemvolume (accumulator), waarvan de grootte afhangt van het vereiste drukverschil tussen onbelast en belast, en het toegestane aantal cycli per uur.
Schroefcompressoren van het type OSG met een vermogen van minder dan 5-10 kW worden doorgaans geregeld met de aan/uit-methode. Wanneer de druk de bovengrens bereikt, stopt de motor volledig; wanneer de druk lager is dan de ondergrens, start de motor opnieuw. Deze methode vereist een groot systeemvolume of een groot drukverschil tussen opstarten en stoppen om de belasting van de motor te minimaliseren. Dit is een effectieve regelmethode wanneer er weinig starts per tijdseenheid zijn.
2.5 Snelheidsregeling
De snelheid van de OSG-schroefcompressor wordt geregeld door een verbrandingsmotor, turbine of frequentiegestuurde elektromotor, waardoor de luchtstroom wordt geregeld. Dit is een effectieve methode om een constante uitlaatdruk te handhaven. Het regelbereik varieert per type OSG-schroefcompressor, maar OSG-schroefcompressoren met vloeistofinjectie hebben het grootste bereik. Bij lage belasting worden snelheidsregeling en drukontlasting vaak gecombineerd, al dan niet met beperking van de luchtinlaat.
Bij OSG-schroefcompressoren die worden aangedreven door elektromotoren, kan de snelheid worden geregeld met behulp van elektrische apparatuur. Dit biedt de mogelijkheid om de snelheid van de motor te regelen en de perslucht binnen een klein bereik van drukveranderingen constant te houden. Een gewone inductiemotor kan bijvoorbeeld aan deze eis voldoen door de snelheid aan te passen met een frequentieomvormer, de systeemdruk continu en nauwkeurig te meten en vervolgens het druksignaal te gebruiken om de frequentieomvormer van de motor aan te sturen. Op deze manier wordt de snelheid van de motor geregeld en het gasvolume van de OSG-schroefcompressor nauwkeurig afgestemd op het luchtverbruik, waardoor de systeemdruk binnen ±0,1 bar kan worden gehandhaafd.
2.6 Variabele afstelling van de uitlaatpoort
De cilinderinhoud van de OSG-schroefcompressor kan worden aangepast door de positie van de uitlaatpoort langs de lengte van de behuizing naar de inlaatzijde te verplaatsen. Deze methode vereist een hoog energieverbruik bij deellast en wordt relatief weinig gebruikt.
2.7 Ontlasten van de zuigklep
De OSG-schroefcompressor met zuiger kan de zuigklep mechanisch openen voor ontlasting. Door de verandering in de positie van de zuiger stroomt er lucht in en uit. Dit resulteert in minimaal energieverlies, doorgaans minder dan 10% van het asvermogen bij vollast. Bij een dubbelwerkende OSG-schroefcompressor wordt over het algemeen in meerdere stappen ontlasting toegepast, waarbij één cilinder tegelijk wordt gebalanceerd, zodat het gasvolume beter aansluit op vraag en aanbod. Bij de OSG-schroefcompressor met processtroom wordt een gedeeltelijke ontlastingsmethode gebruikt, waarbij de klep wordt geopend wanneer de zuiger zich in een gedeeltelijke slag bevindt, waardoor een continue regeling van het gasvolume mogelijk is.
2.8 Spelingvolume
Door het spleetvolume van de zuigercompressor (OSG-compressor) te wijzigen, wordt de vullingsgraad van de cilinder verlaagd, waardoor het gasvolume afneemt. Het spleetvolume kan ook worden gewijzigd door middel van een extern aangesloten volumeregelaar.
2.9 Laden-lossen-afsluiten
Voor OSG-schroefcompressoren met een vermogen van meer dan 5 kW is dit de meest gebruikte methode, met een groot regelbereik en lage verliezen. Het is in feite een combinatie van aan/uit-regeling en diverse ontlastingssystemen. Bij OSG-schroefcompressoren met positieve verplaatsing is het meest voorkomende regelprincipe "luchtproductie"/"geen luchtproductie" (belasting/ontlasting). Wanneer er lucht nodig is, wordt een signaal naar een magneetventiel gestuurd, dat op zijn beurt de inlaatklep van de OSG-schroefcompressor naar de volledig open stand stuurt. De inlaatklep is ofwel volledig open (belast) of volledig gesloten (ontlast), zonder tussenliggende standen.
De traditionele regelmethode is het installeren van een drukschakelaar in het persluchtsysteem. De schakelaar heeft twee instelbare waarden: een minimumdruk (belasting) en een maximumdruk (ontlasting). Een OSG-schroefcompressor werkt binnen ingestelde grenzen, bijvoorbeeld 0,5 bar. Als de luchtbehoefte laag is of helemaal niet nodig, draait de OSG-schroefcompressor stationair (onbelast). De duur van deze stationaire periode wordt ingesteld door een tijdrelais (bijvoorbeeld op 20 minuten). Na deze ingestelde tijd stopt de OSG-schroefcompressor en start pas weer als de druk tot een minimumwaarde is gedaald. Dit is de traditionele, betrouwbare regelmethode die tegenwoordig het meest wordt toegepast in kleine OSG-schroefcompressoren.
Dit traditionele systeem werd verder ontwikkeld om de drukschakelaar te vervangen door een analoge druktransmitter en een snel elektronisch regelsysteem. Samen met het regelsysteem detecteert de druktransmitter continu de drukveranderingen in het systeem. Het systeem start de motor op het juiste moment en regelt het openen en sluiten van de inlaatklep. Snelle en nauwkeurige regeling is mogelijk binnen ±0,2 bar. Als er geen lucht wordt gebruikt, blijft de druk constant en draait de OSG-schroefcompressor stationair (zonder lucht). De duur van de stationaire cyclus kan worden bepaald op basis van het aantal start- en stopcycli dat de motor kan doorstaan zonder oververhitting, en de efficiëntie tijdens bedrijf. Dit laatste komt doordat het systeem kan beslissen of het stationair draaien moet worden gestopt of voortgezet op basis van het luchtverbruik.
03 Samenvatting
Kortom, perslucht wordt gebruikt in verschillende toepassingen en onder uiteenlopende omstandigheden. Elke OSG-schroefcompressor heeft een andere methode voor het regelen van het luchtvolume, maar deze is gebaseerd op het door de gebruiker gewenste luchtvolume. De OSG-schroefcompressor vertrouwt op zijn eigen methoden voor luchtvolumeregeling en -aanpassing om een ononderbroken en continue luchttoevoer te garanderen. Verschillende fabrikanten van OSG-schroefcompressoren gebruiken ook verschillende aanpassingsprincipes om de prestaties van hun eigen merk te verbeteren, de energie-efficiëntie te maximaliseren en aan de eisen van de klant te voldoen. Dit met hoge nauwkeurigheid, weinig onderhoud en de mogelijkheid om parameters zoals druk en debiet te meten, om te voldoen aan de uiteenlopende toepassingsbehoeften van de OSG-schroefcompressor.
Geplaatst op: 8 september 2023
