01 Controllo e regolazione del volume del gas
L'80% del costo totale dell'aria compressa è rappresentato dal consumo energetico. Pertanto, per i diversi tipi di compressori a vite OSG, è necessario selezionare sistemi di controllo e regolazione differenti a seconda delle specifiche esigenze. Le differenze tra i vari tipi e produttori di compressori a vite OSG possono comportare notevoli variazioni di prestazioni. La condizione ideale è quella in cui il carico massimo del compressore a vite OSG corrisponde esattamente al consumo d'aria.
Questo risultato può essere ottenuto, ad esempio, attraverso un'attenta selezione del rapporto di trasmissione del riduttore, una soluzione comune nei compressori a vite OSG per aria compressa. La maggior parte delle apparecchiature che utilizzano aria compressa sono autoregolanti, ovvero l'aumento della pressione incrementa la portata, consentendo la formazione di sistemi stabili, come ad esempio quelli di trasporto pneumatico, antigelo e congelamento. In condizioni normali, la portata deve essere controllata e l'apparecchiatura di controllo utilizzata è integrata nel compressore a vite OSG. Esistono due tipologie principali di tali sistemi di regolazione:
1. Regolare il volume del gas controllando continuamente la velocità del motore di azionamento, oppure controllando continuamente la valvola in base alla variazione di pressione per ottenere una regolazione continua del volume del gas. Il risultato è una piccola variazione di pressione (da 0,1 a 0,5 bar), la cui entità è determinata dalla funzione di amplificazione del sistema di regolazione e dalla sua velocità.
2. I sistemi di regolazione più comuni sono quelli di carico e scarico, e sono accettabili anche le variazioni di pressione tra i due. Il metodo di regolazione consiste nell'interrompere completamente il flusso (scarico) a pressioni più elevate e nel riprenderlo (carico) quando la pressione scende al valore minimo. La variazione di pressione dipende dal numero di cicli di carico/scarico consentiti per unità di tempo, generalmente compreso tra 0,3 e 1 bar.
02 Principio base della regolazione del volume d'aria
2.1 Principio di regolazione del compressore d'aria a vite volumetrico OSG (valvola di sicurezza)
Il principio di base del metodo è: rilasciare la pressione in eccesso nell'atmosfera. Il design più semplice della valvola di sicurezza prevede l'utilizzo di una molla, la cui forza di rilascio determina la pressione finale. La valvola di sicurezza viene solitamente sostituita da una servovalvola controllata da un regolatore. In questo modo, la pressione può essere facilmente controllata. Quando il compressore a vite OSG viene avviato sotto pressione, la servovalvola può anche fungere da valvola di scarico, ma la valvola di sicurezza causerebbe un elevato consumo energetico poiché il compressore a vite OSG dovrebbe funzionare continuamente alla massima contropressione. Esiste una soluzione per i piccoli compressori a vite OSG. Questo tipo di valvola viene completamente aperta per scaricare il compressore a vite OSG, che funziona quindi alla contropressione della pressione atmosferica. Il consumo energetico di questo metodo è più contenuto.
2.2 Regolazione del bypass
In linea di principio, la regolazione del bypass e la valvola di sicurezza hanno la stessa funzione, la differenza è che l'aria rilasciata dalla pressione viene raffreddata e reimmessa nell'ingresso dell'aria del compressore a vite OSG. Questo metodo è comunemente utilizzato nei compressori a vite OSG per processi industriali e il gas non dovrebbe essere scaricato direttamente nell'atmosfera, poiché il costo è troppo elevato.
2.3 Accelerazione
La strozzatura in ingresso è un metodo efficace per ridurre la portata, che consiste nel generare una bassa pressione all'ingresso, aumentare il rapporto di compressione del compressore a vite OSG e utilizzarlo con un intervallo di regolazione più ristretto. I compressori a vite OSG a iniezione di liquido consentono elevati rapporti di compressione e possono essere regolati fino a un massimo del 10%. A causa dell'elevato rapporto di compressione, questo metodo comporta un consumo energetico relativamente elevato.
2.4 Valvola di sicurezza con ingresso per misuratore
Questo è un metodo di regolazione relativamente comune al momento, che può ottenere la più ampia gamma di regolazione (da 0 a 100%) e ha un basso consumo energetico. La potenza a vuoto (flusso zero) del compressore d'aria a vite OSG è solo del 15-20% del pieno carico. Quando la valvola di aspirazione è chiusa, rimane un piccolo foro e, allo stesso tempo, lo sfiato si apre per scaricare l'aria dal compressore d'aria a vite OSG. L'unità principale del compressore d'aria a vite OSG funziona in condizioni di vuoto in ingresso e bassa contropressione. È importante che il rilascio della pressione sia rapido e il volume rilasciato sia piccolo, in modo da evitare perdite inutili causate dal passaggio dal pieno carico al vuoto. Il sistema richiede un volume di sistema (accumulatore), le cui dimensioni dipendono dal differenziale di pressione richiesto tra scarico e carico e dal numero di cicli consentiti all'ora.
I compressori d'aria a vite OSG con potenza inferiore a 5-10 kW vengono generalmente regolati con il metodo on/off. Quando la pressione raggiunge il limite superiore, il motore si arresta completamente; quando la pressione scende al di sotto del limite inferiore, il motore si riavvia. Questo metodo richiede un volume di sistema elevato o una grande differenza di pressione tra l'avvio e l'arresto per minimizzare il carico sul motore. Si tratta di un metodo di regolazione efficace quando il numero di avviamenti per unità di tempo è basso.
2.5 Regolazione della velocità
La velocità del compressore a vite OSG è controllata da un motore a combustione interna, una turbina o un motore elettrico a frequenza variabile, regolando così il flusso. Si tratta di un metodo efficace per mantenere una pressione di uscita costante. Il campo di regolazione varia a seconda del tipo di compressore a vite OSG, ma i compressori a vite OSG a iniezione di liquido offrono la gamma più ampia. A bassi livelli di carico, la regolazione della velocità e lo scarico della pressione vengono spesso combinati, con o senza limitazione dell'aspirazione dell'aria.
Nei compressori a vite OSG azionati da motori elettrici, la velocità può essere controllata da dispositivi elettrici, offrendo così la possibilità di regolare la velocità del motore e mantenere costante l'aria compressa entro un piccolo intervallo di variazioni di pressione. Ad esempio, un normale motore a induzione può soddisfare questo requisito regolando la velocità con un convertitore di frequenza, misurando in modo continuo e preciso la pressione del sistema e utilizzando il segnale di pressione per controllare il convertitore di frequenza del motore, regolando così la velocità del motore e adattando con precisione il volume di gas del compressore a vite OSG al consumo d'aria, in modo che il sistema possa essere mantenuto entro ±0,1 bar.
2.6 Regolazione variabile della porta di scarico
La cilindrata del compressore a vite OSG può essere regolata spostando la posizione della porta di scarico verso l'estremità di aspirazione lungo la lunghezza del corpo del compressore. Questo metodo richiede un elevato consumo di energia a carico parziale ed è relativamente poco comune.
2.7 Scarico della valvola di aspirazione
Il compressore a vite OSG a pistone può forzare meccanicamente la valvola di aspirazione in posizione aperta per lo scarico. Al variare della posizione del pistone, l'aria entra ed esce. Il risultato è una perdita di energia minima, in genere inferiore al 10% della potenza all'albero a pieno carico. Nei compressori a vite OSG a doppio effetto, lo scarico è generalmente multistadio e un cilindro viene bilanciato alla volta, in modo che il volume di gas possa soddisfare al meglio l'offerta e la domanda. Nei compressori a vite OSG a flusso di processo viene utilizzato un metodo di scarico parziale, che consente l'apertura della valvola quando il pistone si trova in una corsa parziale, realizzando così un controllo continuo del volume di gas.
2.8 Volume di scarico
Modificando il volume di gioco nel compressore d'aria a vite OSG, si riduce il grado di riempimento del cilindro, diminuendo di conseguenza il volume del gas; il volume di gioco può essere modificato anche tramite un regolatore di volume esterno.
2.9 Caricamento-scaricamento-arresto
Per i compressori a vite OSG con potenza superiore a 5 kW, questo è il metodo più comunemente utilizzato, con un ampio intervallo di regolazione e basse perdite. In realtà, si tratta di una combinazione di regolazione on/off e vari sistemi di scarico. Nei compressori a vite OSG a spostamento positivo, il principio di regolazione più comune è "aria prodotta"/"aria non prodotta" (carico/scarico): quando è necessaria aria, viene inviato un segnale a un'elettrovalvola, che a sua volta guida la valvola di aspirazione del compressore a vite OSG fino alla posizione completamente aperta. La valvola di aspirazione è completamente aperta (carico) o completamente chiusa (scarico), senza posizioni intermedie.
Il metodo di controllo tradizionale prevede l'installazione di un pressostato nel sistema di aria compressa. Il pressostato ha due valori impostabili: uno per la pressione minima (carico) e l'altro per la pressione massima (scarico). Il compressore a vite OSG funziona entro i limiti impostati, ad esempio 0,5 bar. Se la richiesta d'aria è bassa o non necessaria, il compressore a vite OSG funziona a vuoto (inattivo) e la durata del periodo di inattività è impostata da un relè temporizzato (ad esempio, impostato a 20 minuti). Trascorso il tempo impostato, il compressore a vite OSG si arresta e non si riavvia finché la pressione non scende al valore minimo. Questo è il metodo tradizionale di controllo affidabile e sicuro, attualmente il più comune nei piccoli compressori a vite OSG.
Questo sistema tradizionale è stato ulteriormente sviluppato sostituendo il pressostato con un trasmettitore di pressione analogico e un sistema di regolazione elettronica rapida. Insieme al sistema di regolazione, il trasmettitore di pressione rileva in qualsiasi momento le variazioni di pressione nel sistema. Il sistema avvia il motore tempestivamente e controlla l'apertura e la chiusura della valvola di aspirazione. È possibile ottenere una regolazione rapida e precisa entro ±0,2 bar. Se non viene utilizzata aria, la pressione rimane costante e il compressore a vite OSG funziona a vuoto (al minimo). La durata del ciclo al minimo può essere determinata in base al numero di avviamenti e arresti che il motore può sopportare senza surriscaldarsi e al risparmio energetico durante il funzionamento. Quest'ultimo aspetto è reso possibile dal fatto che il sistema può decidere se arrestarsi o continuare a funzionare al minimo in base all'andamento del consumo d'aria.
03 Riepilogo
In breve, l'aria compressa viene utilizzata in diverse applicazioni e in diverse condizioni di consumo d'aria. Ogni compressore d'aria a vite OSG ha un metodo di controllo del volume d'aria differente, ma si basa sul volume d'aria richiesto dall'utente. L'unità compressore d'aria a vite OSG si affida ai propri metodi di controllo e regolazione del volume d'aria per garantire un'erogazione continua e ininterrotta del volume d'aria. Diversi produttori di compressori d'aria a vite OSG utilizzano anche principi di regolazione differenti per migliorare le prestazioni dei propri compressori d'aria a vite OSG, al fine di massimizzare l'efficienza energetica e soddisfare le esigenze dei clienti; con elevata precisione, bassa manutenzione e la capacità di misurare parametri come pressione e portata, per soddisfare le diverse applicazioni del compressore d'aria a vite OSG.
Data di pubblicazione: 8 settembre 2023
