Wybór falownika do sprężarki śrubowej 22kW Siemens - jak dobrać i zainstalować?

Witam. Posiadam sprężarkę śrubową napędzaną silnikiem 22kW marki Siemens (dokładny model mogę podać w razie potrzeby, jesli będzie miało to jakieś znaczenie). Sprężarka jest sterowana najprościej jak to możliwe, czyli zwykłym presostatem (nie żadnym pulpitem sterowniczym). Pompuje ciśnienie do 15bar, przechodzi na bieg jałowy (silnik kręci, ale teoretycznie bez obciążenia), jak ciśnienie spadnie do 14bar załącza się i pompuje.
Jednak chciałbym zastosować do sterowania falownik, który będzie sterował prędkością obrotową silnika, a co za tym idzie wydajnością sprężarki, bo zazwyczaj jest ona wykorzystana w 40%, czasami w 70%, bardzo rzadko w 99%. I tak załóżmy chciałbym ustawić ciśnienie np 14bar i by było ono utrzymywane na w miarę stałym poziomie. Jaki polecacie falownik, jakie sterowanie, jak to wszystko poskładać do kupy, oraz z jakimi kosztami musze się liczyć.
Dodam, iż sprężarka nie jest stara, ma 3 lata i przepracowane ok 8.000mth, z czego połowa na luzie

Witam. Oczywiście są takie falowniki np. Lenze ale cena około 7k PLN,-.
Nie wiem czy zastosowanie falownika miałoby jakieś ekonomiczne uzasadnienie. Pozdrawiam.

Sprężarka pracuje około 16 godzin na dobę, 4-5 dni w tygodniu. Jeśli miesięcznie zużycie za energię elektryczną zmniejszyło by się o około 1.000 zł, to myślę że jest dość spore uzasadnienie ekonomiczne, tym bardziej, iż kiedyś ta sprężarka pracowała 1-2 razy w tygodniu po 8 godzin, teraz pracuje więcej, a w niedalekiej przyszłości być może będzie pracowała 24 godziny na dobę 5-6 dni w tygodniu.

Kolega słusznie zauważył, że to żaden sens ekonomiczny. Z 2 powodów:
- jakie masz zużycie kWh na biegu jałowym?
- sprężarka i tak dołącza się z max. obciążeniem wału - od presostatu. Co innego gdyby pracowała na wydajnościach pośrednich - ale mechanicznie, nie elektrycznie to tak, ma to sens ze względu na obniżoną sprawność. Ale tu nie sądzę żeby miało to jakikolwiek sens.

Uruchamiam dość sporo maszyn śrubowych o mocach od 100 kW do 1,4 MW i uwierz mi nikt nie stosuje falowników przy pracy o jakiej napisałeś. Jeśli sprężarka ma regulację mechaniczną wtedy dopiero ma to sens bo istotne jest to co napisałem powyżej - utrzymanie 100% obciążenia wału silnika.

Ale u Ciebie nie ma innej możliwości, zawsze jest 100% obciążenie, a po wysprzęgleniu masz pracę jałową. I właściwie Twoje oszczędności mogłyby się sprowadzić do pracy jałowej.

Jedyny sens jakościowy takiego rozwiązania to połączenie falownika z przetwornikiem regulowanego ciśnienia. Wtedy miełbyś zmienną wydajność sprężarki poprzez obroty, ale ekonomicznie i tak nic nie zyskasz.

Rkarcz napisał:

Jedyny sens jakościowy takiego rozwiązania to połączenie falownika z przetwornikiem regulowanego ciśnienia.

I chyba o coś takiego mi chodzi. Serwis powiedział mi minimum 14.000zł za taką modernizację, ale może "domowym" sposobem będzie taniej.

Pomyśl nad falownikiem i regulacją PID. O regulatorach PID np. tu http://www.jarekch.profin.com.pl/ciekart/regulatory%5B1%5D.pdf

djset napisał:

Rkarcz napisał:

Jedyny sens jakościowy takiego rozwiązania to połączenie falownika z przetwornikiem regulowanego ciśnienia.

I chyba o coś takiego mi chodzi. Serwis powiedział mi minimum 14.000zł za taką modernizację, ale może "domowym" sposobem będzie taniej.

Możesz zrobić to na 2 sposoby:
1. w pętli przetwornik - falownik bez jakiegokolwiek sterownika. Nie wiem tylko co ze startem i stopem, czy można to nastawić w falowniku. Ja w większości operuję na Danfossach i z tego co kojarzę to chyba to jest - nawet ze zwłokami czasowymi po przekroczeniu progów. Tu zastosujesz PID ciągłe.
2. mały sterownik PLC - np. S7-1200 i masz pełną dowolność sterowania i regulacji (ale zmiana wydajności stykowo - bez sensu kupować jakiekolwiek moduły wyjść analogowych, czy moduły komunikacyjne). Tu pędzie PID impulsowe.

Jakkolwiek nadal nie widzę sensu dla wydawania takiej kupy kasy...
Ale Twoje pieniądze, Twoje decyzje...

Hmmm... Myślę i myślę i jak narazie wszyscy odradzają falownik. I tak myślę, że może łatwiej będzie dorzucić do instalacji (w chwili obecnej jest zbiornik 2m3 - 2.000l) jakiś dodatkowy zbiornik (bufor), by sprężarka wyłączała się i wtedy wiadomo nie pobierała prądu z sieci. Zbiornik 5.000l to koszt falownika + inne modernizacje (np dołożenie wentylatora elektrycznego). Ale wciąż jestem uparty na falownik

djset napisał:

Hmmm... Myślę i myślę i jak narazie wszyscy odradzają falownik. I tak myślę, że może łatwiej będzie dorzucić do instalacji (w chwili obecnej jest zbiornik 2m3 - 2.000l) jakiś dodatkowy zbiornik (bufor), by sprężarka wyłączała się i wtedy wiadomo nie pobierała prądu z sieci. Zbiornik 5.000l to koszt falownika + inne modernizacje (np dołożenie wentylatora elektrycznego). Ale wciąż jestem uparty na falownik

Pytanie jaki jest prąd jałowy tego silnika. No i czy przy dołączaniu sprężarki mamy do czynienia ze skokiem prądu do wartości prądu rozruchowego, czy nie. Bo jak nie to nie ma dla ciebie żadnego znaczenia pod względem kosztów ile razy sprężarka jest dołączana na dobę... Jeżeli prąd jest porównywalny do rozruchowego to może i jakieś tam uzasadnienie to ma - choć czas zwrotu tej inwestycji też będzie długi. Ale jeśli nie to poza jakością pracy, czyli rzadszymi startami/stopami sprężarki nic Ci to dalej nie da w temacie ekonomii..

Dokonam dokładnych pomiarów i napiszę. Z tego tylko wiem, że im wyższy ciśnienie, tym prąd każdej fazy rośnie. Napiszę ile prądu pobierają poszczególne fazy przy jakim ciśnieniu, oraz jak sytuacja wygląda na biegu jałowym po 30 sekundach, minucie, dwóch... Bo gdy ona przechodzi na bieg jałowy to prąd jest nadal dość spory pobierany, dopiero po ok 1,5 minucie wartość prądu wynosi 50% prądu podczas pracy przy ciśnieniu 15bar przed samym wyłączeniem.

Witam,
nie zgadzam się z opinią że nie ma sensu i przesłanek ekonomicznych do zastosowania falownika przy takiej pracy jaka została opisana.
Wystarczy zastosować kalkulator bilansu energetycznej oszczędności z zastosowaniem falownika do silnika o mocy 22kW - aplikacja sprężarki.
To że falowniki nie są stosowane przez producentów sprężarek (na szczęście nie przez wszystkich !) oznacza tylko że nie patrzą na oszczędności Inwestora ale chcą jak najdrożej sprzedać swój produkt !
A falownik podrożyłby koszt całości.
W przypadku zainteresowania jestem w stanie dokonać takiego bilansu oszczędności w skali np. rocznej.
Pozdrawiam.

I teraz konkrety:
Silnik z tabliczki znamionowej:
SIEMENS 1LG4183-2AA60Z
50Hz 400/690V (trójkąt/gwiazda)
22kW 40,5/23,5A
cos fi 0,86 2945/min
380-420V
41,5-40,0A

Z instalacji spuściłem powietrza trochę, olej w sprężarce nagrzany do 90 stopni:
podczas tłoczenia:
8 bar - 26A
10bar - 30A
12bar - 32A
13bar - 35A
14bar - 37A
15bar - 38A
16bar - 39A
bieg jałowy:
1 minuta - 26A
1,5 minut - 23A
2 minuty - 21A
2,5 minuty - 21A
3 minuty - 20A
po 3 minutach silnik STOP.

Mimo wszystko wg mojego chłopskiego rozumu jest sens stosować falownik, tym bardziej że w chwili obecnej ustawiona jest histereza 13,5-15bar, a tak to można by ustawić na sterowniku 14bar i sprężarka nie musiała by "cisnąć" do tych 15 bar, ale znowu poniżej 13,5 bara nie może spaść ciśnienie, bo produkcja potrzebuje minimum nieco ponad 13 bar.

Teoretycznie przy pracy 50% (np 2 minuty tłoczenia i 2 minuty biegu jałowego) średnio sprężarka będzie poboerała 30A prądu, czyli 75%, a przy falowniku i obniżeniu obrotów silnika o połowę, to zamiast 22kW będzie 11kW czyli 20A z 40A prądu znamionowego, więc 1/3 oszczędności. Dobrze liczę i rozumuję?

Jeżeli przez 3 lata sprężarka zrobiła 8000h z czego połowę na luzie i przyjmijmy że silnik na luzie pobierał ok 1kW (dmuchał jakimś tam śmigłem w chłodnicę oleju/powietrza), to wychodzi 1333kWh rocznie (ile teraz kosztuje kWh, 0,50zł?).
Obniżenie ciśnienia o 1 bar powoduje podobno oszczędność 6% energii, z tym że u Ciebie ciśnienie ciągle się zmienia 13,5-15, więc zamiana na stałą wartość 14 to chyba realna oszczędność max 3%. Na dodatek obniżenie ciśnienia skutkuje trochę większym zapotrzebowaniem powietrza przez siłowniki.
Myślę, że falownik zwróci się najwcześniej po kilku latach i to pod warunkiem, że zapotrzebowanie na powietrze będzie ciągle na takim niskim poziomie jak dotychczas.
Z obserwacji stwierdzam, że dużo powietrza najczęściej marnuje się w instalacjach i na samych maszynach (wycieki, duże odległości między zaworami a siłownikami i przewymiarowane przekroje tych połączeń) i tu można nie raz dużo zyskać
I jeszcze jedno, zwiększając dwukrotnie pojemność zbiornika (licząc razem z pojemnością instalacji) i obniżając tyle samo histerezę na presostacie uzyskasz jakąś oszczędność nie zmieniając cykli (czasów) pracy sprężarki, no ale zbiornik też kosztuje.
To, że silnik na luzie pobiera prąd 20A nie oznacza że zużywa 11kW, bo wtedy pobiera głównie moc bierną a nie czynną.

Maszyny są nowe, max 3 lata. Wycieków z instalacji nie ma. Przed świętami ciśnienie nabite wszędzie na 15 bar, 2 stycznia wszędzie 15 bar!
A do czego mi takie wysokie ciśnienie i skąd takie wykorzystanie sprężarki? Produkcja butelek PET - maszyny automaty, powtarzalne zużycie powietrza. Ale wwszystko zależy teraz od pojemności butelek produkowanych oraz prędkości maszyn (poboru powietrza na monutę/godzinę). Stąd chęć zastosowania falownika, bo raz sprężarka pracuje 1,5 minuty i luzuje 2,5 minuty, a raz pracuje 5 minut i luzuje 40 sekund.
Dodatkowo nie musiała by ona tłoczyć powietrza do 15 bar, tylko może stałe ciśnienie 13 bar by wystarczyło (wyczytałem że każdy 1 bar to strata 6-8% więcej energii).

Tak czy siak jestem zdecydowany zamontować falownik i sterowanie obrotami by utrzymać zadane (również z możliwością zmiany) ciśnienie. Przed montażem falownika zamontuje zwykły licznik kWh i sprawdze ile przy danej maszynie i przy danej butelce zużyło się energii, a później zobaczę jak to wygląda z falownikiem i zamieszczę tutaj wnioski. Wiem że dojda dodatkowe odbiorniki energii jak wentylator chłodnicy oleju, zasilanie samego falownika, ale jestem ciekaw jka to w praktyce wyjdzie, a myślę że wyjdzie
Tylko teraz kwestia doboru odpowiedniego falownika, sterowania, połączenia tego wszystkiego w kupę i uruchomienie. Chętni? Zlecę...

Działać będzie na pewno. Układ w tym wypadku będzie dobierał prędkość do aktualnego zapotrzebowania (należy tylko ograniczyć prędkość minimalną związaną z charakterystyką pompy). Należy też ustalić po jakim czasie układ ma wejść w stan uśpienia. Minimalne ciśnienie według Twojego opisu to 13,5bara, czyli od tego ciśnienia układ musi startować.
Co do oszczędności, ponieważ jest to pompa śrubowa to zmniejszenie prędkości nie będzie związane ze zmniejszeniem zużycia energii. Jedyna oszczędność to cykle jałowe i dostosowanie układu do wyższych standardów (myślę o funkcjonalności i dostosowanie do aktualnych potrzeb).

HF Inverter napisał:

Co do oszczędności, ponieważ jest to pompa śrubowa to zmniejszenie prędkości nie będzie związane ze zmniejszeniem zużycia energii.

Czyli zastosowanie falownika obniżającego obroty silnika/stopnia śrubowego, nie spowoduje żadnych oszczędności???
Z tego ci mi już wiadomo, blok śrubowy Rotorcomp'a NK100 można spowolnić do ok 50%, mniej się nie zaleca.
Chodzi mi o ustawianie takie, aby ustawić na sterowniku w prosty sposób zadane ciśnienie, a gdzieś tam z podmenu histerezę (tolerancję). Np 13bar z tolerancją +/-0,1bar.
A może ktoś ma gotowy schemat z jakiejś sprężarki śrubowej powietrza z falownikiem?

Dla śrubowej mamy stały moment obciążenia, więc nie będzie oszczędności (z tego co wiem zmniejszenie prędkości spowoduje tylko obniżenie sprawności pompy a tym samym mniejszą wydajność). Inaczej wygląda to przy wirowych gdzie charakterystyka obciążenia jest kwadratowa, tutaj oszczędności są bardzo duże.
Ale zastosowanie falownika nawet do śrubówki ma swoje plusy, ochrona elementów mechaniki (wydłużenie żywotności), brak udarów prądowych podczas rozruchu i większe możliwości adaptacyjne.

Dodano po 12 [minuty]:

Co do ustawień (schematu) masz w dtr http://www.hfinverter.pl/instrukcje/DTR_E1000iE2000_pl_ver05.pdf dodatek 3 i 4, dotyczy pomp, ale dla sprężarek będzie działał tak samo.

Czyli producenci sprężarek śrubowych kłamią??? Teraz to już nic nie rozumie.

Ja nie znam charakterystyki sprężarki którą masz, tutaj dostawca lub producent powinien wiedzieć lepiej jak będzie się zmieniało obciążenie na wale silnika wraz ze zmianami prędkości obrotowej i jak będzie się zmieniała wydajność. Niech przedstawią coś takiego. Ja byłem zawsze uczony że takie układy są obciążeniem stało momentowym. Tutaj się przyznaje że jestem specjalistą od falowników, ale z tego co też wiem o charakterystyce sprężarek śrubowych ich zapotrzebowanie na moment zbytnio nie maleje w miarę zmniejszania prędkości.

Dodano po 2 [minuty]:

Zgadam się jednak z producentami że można w takich układach regulować wydajność poprzez zmianę prędkości.

djset napisał:

Czyli producenci sprężarek śrubowych kłamią??? Teraz to już nic nie rozumie.

Nie kłamią, ale sprężarki z falownikami stosuje sie najczęściej w specyficznych aplikacjach, np gdy ciśnienie musi być stale utrzymywane w wąskim przedziale ze względu na proces produkcyjny. Gdy się porówna to rozwiązanie z np. podbiciem ciśnienia o 2 bary i stosowaniem regulacji za pompocą zaworu dławiacego, to już korzyści są wymierne, zwłaszcza przy dużych przepływach.
Ponadto zchodzenie z obrotów pogarsza sprawność sprężarki dlatego często stosuje się kilka jednostek mniejszych z czego jedną ze zmiennymi obrotami. Bo jesli zejdziesz z obrotami i mocą równo o połowę to napewno sprężarka uzyska mniej niż połowę poprzedniej wydajności.
Zauważ, że nawet wśród największych producentów sprężarek, te zmiennoobrotowe stanowią zaledwie kilka % całego asortymentu, a przecież co to za problem techniczny do każdego modelu dołączyć opcję 'z falownikiem lub bez'.
Przy tak małej sprężarce (22kW) okres zwrotu kosztów wyniesie przynajmniej kilka lat.

Warto, czy nie?

polecam program -- kalkulacja zwrotu inwestycji z zastosowaniem falownika.

http://www.schneider-electric.us/documents/solutions1/energy-efficiency/Installeco2.zip

powodzenia
pozdrawiam
rjakaja1

Tu masz odpowiedź
http://www.pneumatyka.info.pl/zasady-regulacji-sprezarek-dynamicznych
ostatnia charakterystyka- regulacja prędkości z zatrzymaniem w czasie braku odbioru powietrza

Jestem zdecydowany zamontować układ sterowania sprężarką poprzez falownik. Czy ktoś umiałby się podjąć takiego zadania? Jaki byłby koszt całego zabiegu?

Falownik został zamontowany i powiem wam że oszczędności zużycia energii są ogromne! Inwestycja zwróci się po kilku miesiącach maxymalnie po roku!
Wyeliminowana jest praca sprężarki "na luzie" (na biegu jałowym), kiedy to ten bieg nie powodował "pompowania" powietrza, a zużycie energii było nadal znaczne (ponad 50%), ponieważ sprężarka nadal była pod jakimś tam ciśnieniem stopniowo upuszczanym z bloku śrubowego, do tego obciążenie poprzez pasy nepędowe, kręcące się śruby w oleju, opór łożysk...
W chwili obecnej można falownik wyłączyć i sprężarka pracuje jakby była bez niego, czyli jak napompuje powietrze, przejdzie na "luz" 3-minutowy i następnie się wyłączy, ale się nie wyłącza, bo jest ciągłe zapotrzebowanie na powietrze. (praca w zakresie 14-15bar)
Lub można ustawić pracę z falownikiem, zadać ciśnienie 14bar (histereza +/-0,1bar) i tak sobie ona pracuje, dobierając prędkość obrotową silnika zaleznie od zapotrzebowania na powietrze.
Przy wykorzystaniu zapotrzebowania sprężarki na poziomie 60% oszdzędności są jak pisałem wyżej ogromne! Silnik zwalnia, wydajność spada oczywiście, zużycie kWh maleje... Dodatkowo olej w sprężarce tak bardzo się nie nagrzewa.
Polecam takie rozwiązanie.
Tylko jedno co mogę doradzić to większe oszczędności były by dla sprężarki napedzanej bezpośrednio, nie za pomocą przekładni pasowej.

Witam. Kto Panu zrobił ta modernizację. Może Pan polecić firmę?