Tư vấn - Máy nén trục vít

Một trong những quyết định quan trọng cần đưa ra khi đầu tư vào máy nén khí là xác định xem cơ sở sản xuất của bạn cần máy nén tốc độ cố định hay tốc độ thay đổi.

Thông thường, chi phí năng lượng chiếm hơn 75% tổng chi phí vòng đời của máy nén. Việc lựa chọn máy nén phù hợp sẽ mang lại hiệu quả sử dụng năng lượng tối ưu, từ đó giảm đáng kể chi phí năng lượng cho người sử dụng

1. MÁY NÉN TỐC ĐỘ CỐ ĐỊNH

Máy nén tốc độ cố định được thiết kế để cung cấp lưu lượng khí nén cố định hoặc không đổi (cfm hoặc m3/min) cho áp suất vận hành định mức. Điều này đạt được nhờ động cơ điện trong máy nén chạy ở tốc độ không đổi (vòng/phút), do đó nó sẽ truyền động cho đầu nén khí của máy nén.

2. MÁY NÉN TỐC ĐỘ THAY ĐỔI

Máy nén tốc độ thay đổi hoặc máy nén được trang bị ổ đĩa biến tần (VFD) được thiết kế để cung cấp các luồng khí nén khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu luồng khí của các ứng dụng trong cơ sở sản xuất. Điều này đạt được bằng cách thay đổi tốc độ của động cơ, từ đó thay đổi tốc độ của đầu nén khí của máy nén. Tốc độ của động cơ tỷ lệ thuận với lưu lượng do máy nén cung cấp.

Khi nhu cầu về luồng không khí tăng lên, tốc độ của động cơ sẽ tăng lên đến tốc độ định mức tối đa và khi nhu cầu về luồng không khí giảm, tốc độ của động cơ sẽ giảm xuống đến tốc độ định mức tối thiểu của động cơ. VFD cũng cho phép động cơ hoạt động ở tần số giữa tốc độ tối đa và tối thiểu.

Để hiểu rõ hơn về thời điểm sử dụng máy nén tốc độ cố định và khi nào máy nén VFD sẽ có lợi, chúng ta sẽ thảo luận thêm về nhu cầu luồng không khí

"NHU CẦU LUỒNG KHÔNG KHÍ" LÀ GÌ?

Nhu cầu luồng khí là tỷ lệ thể tích khí nén (cfm hoặc m3/phút) theo yêu cầu của các ứng dụng trong cơ sở sản xuất.

Ví dụ: một cơ sở sản xuất có các trung tâm gia công và một vài bộ truyền động khí nén cần 100 cfm (2,8 m3/phút) khí nén ở áp suất định mức là 7 bar g. Nếu các ứng dụng này chạy liên tục với nhau trong một ca thì nhu cầu lưu lượng được coi là không đổi.

Trong cùng một ví dụ, nếu các trung tâm gia công và bộ truyền động khí nén được vận hành riêng biệt và trong các khoảng thời gian khác nhau trong ca làm việc, thì nhu cầu luồng không khí sẽ dao động tùy thuộc vào số lượng ứng dụng chạy tại một thời điểm nhất định.

Một ví dụ về nhu cầu luồng không khí tương đối ổn định và thay đổi được thể hiện trong các biểu đồ bên dưới.

Ngoài nhu cầu luồng không khí, một tham số khác cần xem xét khi chọn máy nén tốc độ cố định hoặc máy nén VFD, đó chính là khoảng thời gian của nhu cầu luồng không khí. Nếu nhu cầu luồng không khí tương đối ổn định, tức là nếu nhu cầu lưu lượng không dao động và duy trì tương đối ổn định trong một khoảng thời gian đáng kể trong ca làm việc, thì lựa chọn sẽ là máy nén tốc độ cố định. Bởi vì các đơn vị tốc độ cố định cung cấp luồng không khí liên tục và sẽ đáp ứng nhu cầu. Chi phí gia tăng của một đơn vị VFD là không hợp lý trong kịch bản nhu cầu luồng không khí liên tục như vậy.

Nếu nhu cầu luồng không khí thay đổi trong một khoảng thời gian đáng kể trong sự thay đổi giữa lưu lượng tối thiểu và tối đa, thì sự lựa chọn sẽ là máy nén với VFD. Máy nén được trang bị VFD sẽ thay đổi tốc độ của động cơ và đảm bảo máy nén không tiêu thụ năng lượng dư thừa. Máy nén với VFD có thể tiết kiệm tới 35% chi phí năng lượng so với máy nén tốc độ cố định.

Nếu một máy nén tốc độ cố định được chọn cho nhu cầu luồng không khí thay đổi, nó sẽ dẫn đến mức tiêu thụ năng lượng cao hơn. Khi nhu cầu dao động đáng kể, máy nén tốc độ cố định sẽ chạy ở chế độ “không tải”, trong đó không có khí nén được cung cấp nhưng năng lượng được tiêu thụ. Việc tăng thời lượng của chế độ hoạt động không tải có thể dẫn đến tổn thất năng lượng đáng kể.

Các chuyên gia về khí nén của chúng tôi sẽ giúp bạn hiểu nhu cầu về luồng không khí và giúp bạn chọn giải pháp sản phẩm phù hợp nhất để đảm bảo mức tiêu thụ năng lượng tối ưu tại cơ sở sản xuất của bạn.

Fixed Speed Compressors

Fixed speed compressors are designed to deliver a fixed or constant flow (cfm or m3/min) of compressed air for a rated operating pressure. This is achieved by the electrical motor in a compressor running at a constant speed (rpm), which in turn drives the air end of a compressor.

Variable Speed Compressors

Variable speed compressors or compressors equipped with variable frequency drive (VFD) are designed to deliver varying flow of compressed air depending on the airflow demand by the applications in a production facility. This is achieved by varying the speed of the motor which in turn varies the speed of the air end of the compressor. The speed of the motor is proportional to the flow delivered by the compressor. As the demand for airflow increases, the speed of the motor is increased up to the maximum rated speed, and when the demand for airflow decreases, the speed of the motor is decreased up to the minimum rated speed of the motor. The VFD also allows the motor to operate at frequencies between the maximum and minimum speeds. To understand better on when to use a fixed speed compressor and when a VFD compressor will be beneficial, we will discuss further about, airflow demand.

What is “airflow demand”?

Airflow demand is the rate of volume of compressed air (cfm or m3/min) required by applications in a production facility. For example, a manufacturing facility with machining centers and a few pneumatic actuators need 100 cfm (2.8 m3/min) of compressed air at a rated pressure of 7 bar g. If these applications run continuously together in a shift, the flow demand is considered to be constant. In the same example, if the machining centers and the pneumatic actuators are operated separately and for different durations during the shift, the airflow demand will fluctuate depending on the number of applications run at a given time. An example of a relatively constant and variable airflow demand is shown in the graphs below.

Fixed Speed or Variable Speed?

In addition to the airflow demand, another parameter to consider while choosing a fixed speed or VFD compressor is the duration of the airflow demand. If the airflow demand is relatively constant i.e if the flow demand does not fluctuate and remains relatively constant for a significant duration in a shift, the choice will be that of a fixed speed compressor. This is because fixed speed units deliver constant airflow and will meet the demands. The increased cost of a VFD unit is not justified in such a constant airflow demand scenario.

If the airflow demand is varying for a significant duration in a shift between the minimum and maximum flow capacity, then the choice will be compressors with VFD. The compressors equipped with VFD will vary the speed of the motor and ensure excess energy is not consumed by the compressor. Compressors with VFD can save up to 35% in energy costs compared to fixed speed compressors.

If a fixed speed compressor is chosen for a varying airflow demand, it will result in higher energy consumption. When the demand fluctuates significantly, fixed speed compressors will run on “un-load” mode where no compressed air is delivered but energy is consumed. The increase in the duration of unload mode of operation can result in significant loss of energy.