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1、問(wèn)題的提出
1.1設(shè)備簡(jiǎn)介
    駝峰空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)是現(xiàn)代化駝峰設(shè)備的重要組成部分，壓縮空氣是電空轉(zhuǎn)轍機(jī)和風(fēng)動(dòng)車(chē)輛減速器的動(dòng)力。目前石家莊上行駝峰場(chǎng)采用的是5臺(tái)阿特拉斯·科普柯固定式空氣壓縮機(jī)（GA55CP-7.5型），每臺(tái)空氣壓縮機(jī)附帶一臺(tái)HFAD型無(wú)熱再生吸附式壓縮空氣干燥機(jī)，其輸出風(fēng)壓為0.8 MPa，是石家莊上行駝峰場(chǎng)101臺(tái)車(chē)輛減速器和36組ZK4型電空轉(zhuǎn)轍機(jī)的動(dòng)力。其干燥系統(tǒng)的主要作用是降低壓縮空氣的濕度，使壓縮空氣進(jìn)入到儲(chǔ)風(fēng)罐及通過(guò)管路到達(dá)設(shè)備終端后，經(jīng)自然冷卻，不至于產(chǎn)生過(guò)多的液態(tài)水分，影響設(shè)備的使用。同時(shí)也可以防止冬季儲(chǔ)風(fēng)罐及管路積水結(jié)冰，使設(shè)備受到損壞。
1.2能源消耗情況
    該型號(hào)的空氣壓縮機(jī)具有較大的額定功率，每臺(tái)55 kW，同時(shí)其附帶的再生吸附式壓縮空氣干燥機(jī)額定功率為100W，而其再生耗氣量為壓縮機(jī)輸出的10%～18%，使空氣壓縮系統(tǒng)成為駝峰場(chǎng)電能消耗的主要設(shè)備，每年大約需要耗費(fèi)電能104萬(wàn)kWh，對(duì)我段的經(jīng)營(yíng)成本控制產(chǎn)生了許多不利的影響，為此，研究降低系統(tǒng)能耗的方案勢(shì)在必行。
2、系統(tǒng)工作模式及存在的問(wèn)題
2.1系統(tǒng)工作模式
    圖1是空氣壓縮機(jī)和干燥機(jī)的連接圖。
    每臺(tái)空氣壓縮機(jī)經(jīng)各自的干燥機(jī)輸出至儲(chǔ)風(fēng)罐，各儲(chǔ)風(fēng)罐經(jīng)風(fēng)管路連接在一起。根據(jù)管路中風(fēng)壓的變化來(lái)啟動(dòng)或關(guān)閉空氣壓縮機(jī)，而5臺(tái)干燥機(jī)始終處于開(kāi)機(jī)狀態(tài)，每臺(tái)額定電功率為100W，同時(shí)消耗一定的風(fēng)源使干燥劑再生。
2.2設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題
(1)干燥機(jī)始終處于開(kāi)機(jī)狀態(tài)，造成了不必要的電能浪費(fèi)。
    每臺(tái)壓縮機(jī)都設(shè)有各自的啟動(dòng)門(mén)限值，5個(gè)門(mén)限值成級(jí)差方式排列，當(dāng)管路風(fēng)壓降低至第一個(gè)門(mén)限值時(shí)，第一臺(tái)壓縮機(jī)啟動(dòng)，降低至第二個(gè)門(mén)限值時(shí)，第一臺(tái)繼續(xù)工作，同時(shí)第二臺(tái)壓縮機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)，以此類(lèi)推，風(fēng)壓降至最低門(mén)限值時(shí)，5臺(tái)壓縮機(jī)才能同時(shí)工作。根據(jù)駝峰場(chǎng)風(fēng)源的使用情況，在作業(yè)繁忙時(shí)，往往3臺(tái)壓縮機(jī)的間斷工作基本可滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需要。
    例如當(dāng)1#、2#和3#壓縮機(jī)處于工作狀態(tài)，而4°和5°壓縮機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)，4°和5°壓縮機(jī)的干燥機(jī)沒(méi)有開(kāi)機(jī)的必要。首先，前3臺(tái)輸出的風(fēng)源不經(jīng)過(guò)該干燥機(jī)，開(kāi)機(jī)造成無(wú)謂的電能消耗；其次，開(kāi)機(jī)后消耗一定的風(fēng)源，延長(zhǎng)了其他壓縮機(jī)的工作時(shí)間，也造成大量的電能消耗。在該系統(tǒng)投入使用的前幾個(gè)月里，平均每月的電能消耗為8,6萬(wàn)kWh。8.8萬(wàn)kWh，造成嚴(yán)重的浪費(fèi)。
    （2）干燥機(jī)的開(kāi)機(jī)設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮季節(jié)性溫度變化。
    根據(jù)空氣壓縮機(jī)的技術(shù)要求，其輸出的風(fēng)源經(jīng)設(shè)備本身的風(fēng)冷卻系統(tǒng)后，溫度一般不超過(guò)30℃。自然空氣經(jīng)壓縮后，絕對(duì)濕度劇烈增加并達(dá)到飽和水蒸氣壓，相對(duì)濕度達(dá)到100%，多余的水分經(jīng)壓縮機(jī)的排水系統(tǒng)排出，再經(jīng)風(fēng)冷系統(tǒng)冷卻后，絕對(duì)濕度迅速下降，形成的水分被再次排出。所以，壓縮機(jī)輸出的風(fēng)源是相對(duì)濕度為100%、溫度為30C左右的高壓空氣。
    該風(fēng)源經(jīng)干燥機(jī)干燥后，形成相對(duì)濕度較低的壓縮空氣，進(jìn)入儲(chǔ)風(fēng)罐，經(jīng)風(fēng)管路供設(shè)備使用。
    如果室外溫度較低，高壓空氣在儲(chǔ)風(fēng)罐及風(fēng)管路中被冷卻，其絕對(duì)濕度不變的情況下，相對(duì)濕度增加，當(dāng)溫度下降到一定水平時(shí)，相對(duì)濕度成為100%，于是形成液態(tài)水。
    過(guò)量水分的存在對(duì)設(shè)備會(huì)產(chǎn)生一定的影響。但風(fēng)源做為動(dòng)力使用時(shí)，對(duì)其相對(duì)濕度的大小沒(méi)有要求。在室外溫度較高時(shí)，形成的少量水分可以經(jīng)室外的排污系統(tǒng)排出，而在室外溫度接近或高于空氣壓縮機(jī)的輸出溫度時(shí)，壓縮空氣即使不經(jīng)過(guò)干燥系統(tǒng)，在風(fēng)罐及管路中也不會(huì)出現(xiàn)液態(tài)水分，此時(shí)干燥機(jī)的使用便成為多余。
3、改進(jìn)方案
3.1控制電路的改進(jìn)
    綜合上文所述，干燥機(jī)的常供電工作方式不但造成巨大的能源浪費(fèi)，而且對(duì)干燥機(jī)本身的工作壽命也產(chǎn)生較大的影響，同時(shí)造成維修成本的增加。
    由于在壓縮機(jī)停機(jī)后，干燥機(jī)的工作對(duì)室外的壓縮空氣濕度幾乎不產(chǎn)生影響，而且還消耗大量的風(fēng)源，故其控制電路按以下兩個(gè)原則實(shí)施了修改：
    (1)干燥機(jī)的常態(tài)為停電方式；
    (2)只有在空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)，與其相對(duì)應(yīng)的干燥機(jī)隨之自動(dòng)啟動(dòng)，其他干燥機(jī)仍處于停電狀態(tài)。
    圖2為改造后的壓縮機(jī)系統(tǒng)控制電路示意圖。
    電路中，電腦控制器根據(jù)管路中的風(fēng)壓變化情況來(lái)控制可控接觸器的接通和斷開(kāi)。當(dāng)風(fēng)壓低于該壓縮機(jī)設(shè)定的門(mén)限值時(shí)，可控接觸器接通，外網(wǎng)的三相交流電供給空氣壓縮機(jī)，壓縮機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)，同時(shí)干燥機(jī)借用其中一相（例如圖2中的C相），得到220V交流電，也同時(shí)開(kāi)始啟動(dòng)。
    當(dāng)管路中風(fēng)壓達(dá)到規(guī)定的值后，電腦控制器發(fā)出命令使可控接觸器斷開(kāi)，壓縮機(jī)和干燥機(jī)同時(shí)斷電，停止工作。
    電路于2006年底實(shí)施了修改并投入運(yùn)用，到目前為止運(yùn)用良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
3.2根據(jù)室外溫度變化控制干燥機(jī)工作
    當(dāng)室外溫度較高時(shí)，壓縮空氣形成的液態(tài)水較少甚至根本不形成液態(tài)水，則完全可以關(guān)閉干燥機(jī)，壓縮機(jī)的輸出直接進(jìn)入儲(chǔ)風(fēng)罐，同時(shí)適當(dāng)增加排污次數(shù)，將產(chǎn)生的少量水分排出。試驗(yàn)證明，當(dāng)室外溫度高于15℃時(shí)，即可關(guān)閉干燥機(jī)，對(duì)終端設(shè)備不產(chǎn)生任何影響。
4、應(yīng)用效果分析
    改進(jìn)方案實(shí)施之前，該系統(tǒng)每月的耗電平均為8.7萬(wàn)kWh，年均耗電總量為104.4萬(wàn)kWh。
    2006年底，改進(jìn)方案開(kāi)始實(shí)施，在氣溫較高的5。9月，關(guān)閉了所有的干燥機(jī)。該系統(tǒng)全年各月份的耗電情況如表1所示。
     在關(guān)閉干燥機(jī)的5～9月份，電能消耗明顯降低，而且由于室外溫度比較高，幾乎沒(méi)有什么水分形成。這樣，既確保了設(shè)備的安全運(yùn)行，又大幅度降低了電能消耗，全年電能消耗為69萬(wàn)kWh，每年可節(jié)約電能為35萬(wàn)kWh，促進(jìn)了節(jié)能降耗工作。
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