專利名稱：一種塑料擠出設(shè)備上真空泵的變頻節(jié)能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及塑料擠出設(shè)備相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種塑料擠出設(shè)備上真空泵的變頻節(jié)能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
能源緊缺和減少碳排放得到各國的重視，作為能源消耗大國，我國對于節(jié)約能源已予以重視，提出建設(shè)能源節(jié)約型社會的發(fā)展目標(biāo)，不同的地方部門也出臺了關(guān)于節(jié)約的相關(guān)政策和獎勵措施。電費的成本是塑料擠出生產(chǎn)廠的繼原材料成本之后的第二大成本支出。而在塑料擠出設(shè)備上，真空系統(tǒng)是一個很大的耗電設(shè)備之一。按照該行業(yè)生產(chǎn)工藝要求，該行業(yè)主要使用水環(huán)式真空泵，且真空泵都是長期固定在最大轉(zhuǎn)速下滿負(fù)荷運行，在實際生產(chǎn)工況中，真空系統(tǒng)的實際機(jī)械有效抽率在絕大部分時間內(nèi)遠(yuǎn)比設(shè)計的有效抽率高；在轉(zhuǎn)速固定的情況下，實際真空度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生產(chǎn)要求的 真空度，而且真空系統(tǒng)還是利用調(diào)節(jié)排空閥來控制真空度，增加了真空泵的排氣流量，這樣就造成真空泵電動機(jī)功耗的嚴(yán)重浪費。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種塑料擠出設(shè)備上真空泵的變頻節(jié)能控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)塑料擠出設(shè)備上真空泵能耗過高的技術(shù)問題。采用的技術(shù)方案如下一種塑料擠出設(shè)備上真空泵的變頻節(jié)能控制系統(tǒng)，包括真空泵及與之驅(qū)動連接的電動機(jī)，還包括真空壓力傳感器、控制器和變頻器，所述真空壓力傳感器的測試端與真空泵連接，真空壓力傳感器的輸出端與控制器的輸入端連接，控制器的輸出端與變頻器連接，變頻器輸出端與電動機(jī)連接。進(jìn)一步的，所述真空泵為水環(huán)式真空泵。進(jìn)一步的，所述變頻器為風(fēng)機(jī)水泵型變頻器。本實用新型節(jié)約了大量的能源，水環(huán)式真空泵節(jié)約能耗15-40%。降低了生產(chǎn)成本。據(jù)估算全國擠出生產(chǎn)線上有真空泵約165000kw，用上該節(jié)能控制系統(tǒng)，則可節(jié)約45375kw,年節(jié)約3. 267億度電，年節(jié)約3億多元。同時，真空泵利用變頻器軟啟動功能，減少對電網(wǎng)的沖擊，減少真空泵起停過程對真空泵機(jī)械部分的沖擊，延長真空泵使用壽命。系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制，改善了真空系統(tǒng)工藝的穩(wěn)定性。PID控制系統(tǒng)通過人機(jī)界面操作取代了人工調(diào)節(jié)，提高擠出生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量。

圖I為5. 5Kw真空泵實驗數(shù)據(jù)圖；圖2為4Kw真空泵實驗數(shù)據(jù)圖；圖3為3Kw真空泵實驗數(shù)據(jù)圖；[0013]圖4為2. 2Kw真空泵實驗數(shù)據(jù)圖；圖5為I. 5Kw真空泵實驗數(shù)據(jù)圖；圖6為本實用新型實施例真空變頻控制原理圖；圖7為本實用新型實施例閉環(huán)控制原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。一、水循環(huán)真空泵運行工況分析( I)水循環(huán)真空泵的基本原理分析液環(huán)式真空泵是帶有多葉片的轉(zhuǎn)子偏心裝在泵殼內(nèi)。當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時，把液體拋向泵殼并形成與泵殼同心的液環(huán)，液環(huán)同轉(zhuǎn)子葉片形成了容積周期變化的旋轉(zhuǎn)變?nèi)菡婵毡?。?dāng)工作液體為水時，稱水環(huán)泵。水環(huán)泵工作輪在泵體中旋轉(zhuǎn)時形成了水環(huán)和工作室。水環(huán)與工作輪構(gòu)成了月牙形空間。右邊半個月牙形的容積由小變大，形成吸氣室。左邊的半個月牙形的容積由大變小，構(gòu)成壓縮過程(相當(dāng)于排氣室)。被抽氣體由進(jìn)氣管和進(jìn)氣口進(jìn)入吸氣室。轉(zhuǎn)子進(jìn)一步轉(zhuǎn)動，使氣體受壓縮，經(jīng)排氣口和排氣管排出。排出的氣體和水滴由排氣管道進(jìn)入水箱，此時氣體由水中分離出來，氣體經(jīng)管道排到大氣中，水由水箱進(jìn)入泵中，或經(jīng)過管道排到排水設(shè)備中。(2)水循環(huán)真空泵的節(jié)能原理由真空泵的抽氣速率公式⑴可以看出，當(dāng)真空系統(tǒng)的Ql為恒量時,S與Pl成反比例關(guān)系，Pi越小，需要的機(jī)械泵的有效抽氣速率越大AnPi的值大于實際需要的值，則就存在過剩真空而造成機(jī)械泵的有效抽氣速率的浪費。同時，當(dāng)生產(chǎn)工況發(fā)生變化時，Qi的值也會是一個變量，S與Ql成正比關(guān)系，即機(jī)械泵的有效抽氣速率受漏氣率與需要達(dá)到的預(yù)真空度兩個條件影響而變化；如果漏氣率過大而超過先期使用的機(jī)械泵的有效抽率，則必須投入新的機(jī)械泵來滿足真空度要求；漏氣是生產(chǎn)使用過程中造成的，實際是少量的，所以又造成了更多過剩真空的浪費。S = Ql / Pl公式(I)Pl= Ql / S公式(2)式中S——機(jī)械泵有效抽氣速率；Ql——真空系統(tǒng)漏氣率；Pl——需要達(dá)到的預(yù)真空度。根據(jù)公式(I)，可以得出公式(2)，從公式(2)可以看出，生產(chǎn)需要的真空度P1，可以作為調(diào)節(jié)量，作為調(diào)節(jié)量Pl設(shè)定一個PO值，PO值按照生產(chǎn)工況設(shè)定。通過PID控制調(diào)節(jié)變頻器的頻率大小來調(diào)節(jié)機(jī)械泵的有效抽率達(dá)到節(jié)能降耗。二、水循環(huán)真空泵變頻控制節(jié)能實驗數(shù)據(jù)對不同規(guī)格的真空泵進(jìn)行了變頻控制能耗測試實驗。本實驗通過對不同功率的真空泵工作在不同的目標(biāo)真空度下，測試其瞬時抽氣率及能耗。通過5. 5Kw真空泵實驗數(shù)據(jù)表(圖I)可以知道，真空泵的頻率與能耗及機(jī)械泵有效抽氣速率成正比，即真空泵控制頻率越大能耗比例越大。故可以證明在工頻工作下的真空泵能耗是最大的。結(jié)合由真空泵的抽氣速率公式(I)可知，當(dāng)取消真空調(diào)節(jié)排空閥后，真空系統(tǒng)漏氣率Ql便是一個很小的常數(shù)，機(jī)械泵的有效抽氣速率就只跟真空度目標(biāo)值有關(guān)且成反比。而機(jī)械泵的最大真空度一般為-0. 09MPa左右，結(jié)合本行業(yè)工藝可知，擠出線上需要的真空度大部分只是在-0. 04^-0. 06MPa之間，故每臺真空泵都要增大其真空度，也就是要減少機(jī)械泵的有效抽率，也就是需要減少真空泵電機(jī)的運行頻率。這樣便會使真空泵能耗降低。從5. 5Kw真空泵實驗數(shù)據(jù)表(圖I)中的數(shù)據(jù)可以看出設(shè)備密封性越好可以用較低的赫茲數(shù)工作，就能達(dá)到真空度，而電機(jī)的耗用功就大降低。通常擠出生產(chǎn)線會配置比正常工作時所要的真空大得多的真空泵，方便生產(chǎn)線啟動時產(chǎn)品容易成形合格，減少啟動時的費品。真空泵的節(jié)能空間很大，其節(jié)約的電費也是一個非?？捎^的收入。結(jié)合實際，還測試4Kw、3Kw、2. 2Kw、l. 5Kw的真空泵均符合，如圖2 圖5。三、實施例結(jié)合上述的實驗結(jié)果，如圖5所示，本實施例為一種塑料擠出設(shè)備上水環(huán)式真空泵的變頻節(jié)能控制系統(tǒng)，包括水環(huán)式真空泵(圖中未畫出)及與之驅(qū)動連接的電動機(jī)1，還包括真空壓力傳感器2、PID控制器3和變頻器4，所述真空壓力傳感器2的測試端與水環(huán)式真空泵連接，真空壓力傳感器2的輸出端與PID控制器3的輸入端連接，PID控制器3的輸出端與變頻器4連接，變頻器4輸出端與電動機(jī)I連接。PID控制器為比例-積分-微分控制器，由比例單元(P)、積分單元(I)和微分單元(D)組成。真空變頻控制原理圖及閉環(huán)控制原理圖如圖5和圖6所示，通過真空壓力傳感器2檢測到水環(huán)式真空泵(箱)的真空度電信號((Tiov)與真空度設(shè)定值相比較，得到偏差，經(jīng)過PID控制器3計算，給出一個((TlOV)輸出信號給變頻器4，由變頻器4控制電動機(jī)1，電動機(jī)I得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，從而改變水環(huán)式真空泵(箱)排氣量的大小，使得水環(huán)式真空泵(箱)的真空度與給定值相同，減少了原真空度的波動。同時也取代了排空閥調(diào)節(jié)真空，減少了能耗。水環(huán)式真空泵在低頻情況下，抽真空不穩(wěn)定，甚至抽不了真空。根據(jù)水環(huán)式真空泵的工作原理可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速低到一定程度，形不成完整的水環(huán)，故就實現(xiàn)不了抽真空的目的。且造成電機(jī)負(fù)荷增加，電流增大，容易燒毀電機(jī)。故可以根據(jù)使用情況設(shè)置最低變頻頻率(一般最低頻率為30HZ)，使水環(huán)式真空泵只能在最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速間一定范圍內(nèi)運行。由于水環(huán)式真空泵是離心力負(fù)載特性，故電動機(jī)I不是恒力矩輸出。所以變頻器4要選用平方V/F控制模式，也可以直接選用風(fēng)機(jī)水泵型變頻器。且風(fēng)機(jī)水泵型變頻器價格要比普通變頻器便宜很多。所以該真空泵節(jié)能控制系統(tǒng)成本比較低容易推廣。
權(quán)利要求1.一種塑料擠出設(shè)備上真空泵的變頻節(jié)能控制系統(tǒng)，包括真空泵及與之驅(qū)動連接的電動機(jī)，其特征在于，還包括真空壓力傳感器、控制器和變頻器，所述真空壓力傳感器的測試端與真空泵連接，真空壓力傳感器的輸出端與控制器的輸入端連接，控制器的輸出端與變頻器連接，變頻器輸出端與電動機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種塑料擠出設(shè)備上真空泵的變頻節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述真空泵為水環(huán)式真空泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種塑料擠出設(shè)備上真空泵的變頻節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述變頻器為風(fēng)機(jī)水泵型變頻器。
專利摘要本實用新型涉及塑料擠出設(shè)備相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種塑料擠出設(shè)備上真空泵的變頻節(jié)能控制系統(tǒng)，包括真空泵及與之驅(qū)動連接的電動機(jī)，還包括真空壓力傳感器、控制器和變頻器，所述真空壓力傳感器的測試端與真空泵連接，真空壓力傳感器的輸出端與控制器的輸入端連接，控制器的輸出端與變頻器連接，變頻器輸出端與電動機(jī)連接。本實用新型節(jié)約了大量的能源，水環(huán)式真空泵節(jié)約能耗15-40%。降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號F04D27/00GK202468394SQ20112056636
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者蔡炳然, 黃彥淇 申請人:廣東聯(lián)塑機(jī)器制造有限公司