empty basket
Ваша корзина пуста
Выберите в каталоге интересующий товар
и нажмите кнопку «В корзину».
Перейти в каталог
empty delayed
Отложенных товаров нет
Выберите в каталоге интересующий товар
и нажмите кнопку
Перейти в каталог
Заказать звонок
г. Челябинск, ул. Каслинская, д. 26/А, пом. 14
Войти
artkompressor.ru
ПРОДАЖА УСТАНОВКА ОБСЛУЖИВАНИЕ
+7 (351) 270-98-14
+7 (351) 270-98-14
г. Челябинск, ул. Каслинская, д. 26/А, пом. 14
Пн-Пт: 9:30-18:30 Cб-Вс: Выходной
+7-904-812-9814
г. Тюмень, ул. Линейная, д. 15, оф. 72
Пн-Пт: 9:30-18:30 Cб-Вс: Выходной
Заказать звонок
artkompressor.ru
artkompressor.ru

Регулирование лопастных компрессоров

Регулирование работы компрессора осуществляется для обеспечения потребителя сжатым газом с требуемыми параметрами. Например, компрессоры, подающие сжатый воздух в домны, должны обеспечивать постоянную производительность, компрессоры для Пневматических силовых установок — постоянное давление нагнетания, компрессоры газотурбинных установок — регулирование давления нагнетания, производительность и пр.

Работа компрессора на нерасчетных режимах связана с существенным снижением экономичности, возникновением дополнительных нагрузок, вибрацией и пр. В среднем время работы компрессоров на нерасчетных режимах составляет почти половину времени промышленной эксплуатации.

Для повышения эффективности и надежности работы установки необходимо согласование характеристик компрессора с изменяющимися условиями работы системы.

Регулирование может осуществляться изменением характеристики системы, или изменением характеристики; компрессора.

В процессе регулирования должны удовлетворяться следующие требования:

  • компрессор должен обеспечивать необходимые значения производительности и давления при устойчивой работе;
  • нельзя допускать попадания компрессора в зону неустойчивых режимов (помпажа).

Различают три основных вида регулирования:

  • регулирование на постоянство давления на входе;
  • регулирование на постоянство давления на выходе;
  • регулирование на постоянство производительности.

Регулирование ри = const применяется в холодильных установках для стабилизации температуры парообразования систем, содержащих кипящие жидкости.

Регулирование рк = const применяется для реакторов или установок, работающих при определенном фиксированном давлении, систем со смесителями газов, под-питочных систем.

Регулирование V = const применяется для химических процессов, где необходимо обеспечить постоянство компонентов в перекачиваемой среде.

Наиболее распространенные способы регулирования — дросселирование на входе или выходе, перепуск (байпасирование), изменение частоты вращения компрессора и изменение закрутки потока на входе в колесо входным направляющим аппаратом.

Регулирование с помощью регулирующей задвижки (дроссель на выходе)

На рис. 6.17 приведены различные характеристики системы, полученные путем различной степени открытия регулирующей задвижки на нагнетании. Режим работы определяется пересечением характеристики компрессора с различными характеристиками системы. Способ регулирования неэкономичен из-за больших сопротивлений системы применяется и в сочетании с другими способами регулирования.

Регулирование задвижкой на нагнетании
Рис. 6.17. Регулирование задвижкой на нагнетании

Регулирование дросселем на всасывании

Изменение открытия дросселя вызывает изменение сопротивления на входе в компрессор и соответственно изменение давления всасывания, изменение плотности газа на входе, изменение рк (рис. 6.17, точки 1, 2, 3, 4). Различные положения дросселя обеспечивают различные характеристики компрессора (рис. 6.18, а). Для определения зависимости давления на выходе р и мощности N при различных положениях дросселя а исходят из первоначальных условий (при полностью открытом дросселе)
Рк = f(V) и N = f(V).

Рассмотрим произвольную точку М характеристики рк = f(∇) (рис. 6.18,а). При установке дросселям положение а давление всасывания уменьшится до р'. Применяя уравнение состояния и пренебрегая незначительным изменением температуры, получаем изменение плотности:
р'/Р = P'n/Pn'
где р'— плотность газа при давлении р'; р — плотность газа при давлении р.

Регулирование дросселем на всасывании
Рис. 6.18. Регулирование дросселем на всасывании
a - характеристики компрессора при различном открытии клапана; б — построение характеристик компрессора по шисстному углу открытия клапана; в — регулирование перепуском (байпаснрованием)

Так как плотность газа при давлении р' несколько уменьшается, соответственно уменьшается массовая и объемная производительность (пересчитанная на условия всасывания У).

Значение VH в обоих случаях одинаково, кинематика потока на входе и выходе из колеса нс изменяется.

Так как кинематика потока не меняется, можно считать, что КПД колеса прежний, поэтому мощность компрессора уменьшается пропорционально плотности.

Уравнения дают возможность построить зависимости давления нагнетания рк и мощности N для положения клапана а, если известны соответствующие характеристики pK = f(∇) и N = f(∇) для полностью открытого клапана.

Соответствующая значениям V' и р' точка М (для положения клапана а') получается пересечение прямых, проведенных:

  • через начало координат и точку М;
  • вертикалью, соответствующей производительности У.

Аналогично можно определить другие точки и построить новую характеристику давления нагнетания. Таким же способом строят характеристику мощности для положения клапана α', используя уравнение (6.7) и рис. 6.18,б.

При регулировании дросселем на всасывании область устойчивой работы компрессора расширяется по сравнению с регулированием на нагнетании (рис. 6.18). Линия АК'К представляет границу помпажа, а линия определяет максимальные давления за клапаном, соответствующие границе помпажа.

При регулировании перепуском (рис. 6.18,в) нагнетательный и всасывающий трубопроводы соединяются обводным (байпасным) трубопроводом с клапаном и теплообменником.

Пусть необходимо уменьшить призводительность V2 до значения V1. В компрессоре газ сжимается до давления рк2, но часть его ΔV = V2 — Vi по обводному трубопроводу направляется на вход компрессора. Нагрев газа при дросселировании разности давлений ркi — Рк2 воспринимается в теплообменнике, благодаря чему состояние газа на входе практически не меняется. При сжатии воздуха обычно байпас (без теплообменника) соединяется с атмосферой. Регулирование перепуском связано с завышенной затратой мощности, так как при производительности компрессор потребляет мощность N1, a N1 > N2 (рис. 6.18,в), потому этот способ применяется редко.

Регулирование изменением частоты вращения вала компрессора

Это наиболее экономичный и удобный способ регулирования, применяемый в тех случаях, когда привод компрессора дает возможность изменять частоту вращения компрессора: в паровых и газовых турбинах, электродвигателях постоянного тока, электродвигателях переменного тока с регулируемой частотой вращения и др. Для пересчета параметров используются уравнения.

На рис. 6.19 приведены характеристики центробежных компрессоров с различной частотой вращения.

Регулирование изменением частоты вращения компрессора
Рис. 6.19. Регулирование изменением частоты вращения компрессора

Рассмотрим случай, когда при изменении давления в системе компрессор должен обеспечивать постоянную производительность. Считаем, что система состоит из резервуара и трубопровода, гидравлическими потерями в котором можно пренебречь. Тогда характеристика системы — прямая линия.

При падении давления в системе производительность компрессора (при частоте n) увеличится от Va до Vb. При регулировании частотой вращения с л до 0,9л рабочая точка переместится в точку В в которой при новом пониженном давлении обеспечивается требуемая постоянная производительность компрессора. Аналогично, если давление в системе увеличилось, производительность компрессора уменьшилась. Для обеспечения постоянной первоначальной производительности необходимо повысить частоту вращения, при которой режим определяется точкой С'.

Таким образом, путем изменения частоты вращения можно обеспечить постоянную производительность в диапазоне давлений от точки Д до точки E. В случае, если необходимо поддержать в системе постоянное давление, при увеличении производительности от Va до Vb, необходимо увеличить частоту вращения с n до 1,1n, т.е. обеспечить режим в точке F. Постоянное давление для данного случая можно обеспечить от режима в точке С до режима в точке Я изменением частоты вращения: точка С соответствует линии помпажа, а точка Я — максимальной частоте вращения компрессора. Поддержание более высокого или более низкого давления в системе соответственно изменяет диапазон производительностей компрессора.

Регулирование входным направляющим аппаратом (закруткой потока на входе)

Изменением угла входа α1 потока можно добиться существенного изменения характеристик компрессора (рис. 6.20,а). Закрутку потока можно осуществить изменением угла установки входного направляющего аппарата (ВНА) (рис. 6.20,6). При закрутке потока в сторону вращения (положительная закрутка) рабочего колеса (α1 < 90°) происходит уменьшение напора. Зона устойчивой работы компрессора перемещается в область меньших производительностей. При закрутке потока в сторону, противоположную вращению α1 > 90° (отрицательная закрутка), можно достичь повышения напора. Положительная закрутка уменьшает величину W1, а следовательно, и величину полной энергии. Максимального повышения напора можно достигнуть при отрицательной закрутке в пределах α1 = 110÷120°. В области малых производительностей при положительной закрутке уменьшаются потери на удар при входе на лопатки, из-за чего расширяется зона устойчивой работы компрессора. В многоступенчатых компрессорах для достижения аналогичного эффекта иногда выполняют поворотные лопатки . перед каждой ступенью или группами ступеней.

Изменение характеристик рк = f(V) при изменении угла потока α1 аналогично случаю n = var (см. рис. 6.19). Отличительной особенностью является иной характер изменения границы помпажа. Данный способ регулирования в первую очередь применяется при необходимости более интенсивного уменьшения зоны помпажа.

Наиболее распространенные схемы установки ВНА приведены на рис. 6.20,б.

Характеристики наиболее распространенных способов регулирования приведены в табл.

Комбинированное регулирование

Схема комбинированного регулирования
Рис. 6.21. Схема комбинированного регулирования

Такой тип регулирования обычно применяется для изменения производительности и поддержания постоянного давления рк. Простейшая схема регулирования такого типа приведена на рис. 6.21. Если требуемая производительность Vc в системе меньше производительности V компрессора 3, часть газа по трубе 13 через клапан 12 отводится на вход в компрессор или сбрасывается из контура. Клапан управляется регулятором, входными параметрами которого могут быть производительность или конечное давление компрессора. Применяются пневматические, гидравлические, электропневматические или электро-гидравлические регуляторы. В зависимости от диаметра трубопровода исполнительным органом могут быть регулируемые клапаны.

Импульс для регулятора 11 подается от измерительной шайбы 9, установленной на входном трубопроводе 1.

Поддержание постоянного рк при изменении производительности компрессора осуществляется при помощи входного направляющего аппарата 2. Импульс берется из нагнетательного трубопровода и подается через струйный датчик 6 к регулятору 7. После сравнения с заданным значением через цилиндр 8' осуществляется поворот лопаток йаправляющего аппарата. Для предотвращения обратного потока газа через компрессор на нагнетательном патрубке предусмотрен обратный клапан 5.

Антипомпажное регулирование

Антипомпажное регулирование предназначено для обеспечения устойчивой работы компрессора при производительностях меньше величины Vn (внутри зоны помпажа). Принципиально антипомпажное регулирование — это регулирование перепуском (рис. 6.22).

Антипомпажное регулирование
Рис. 6.22. Антипомпажное регулирование
а — процесс регулирования; б — схема регулирования

Как указывалось выше, изменением частоты вращения компрессора или угла потока на входе входным направляющим аппаратом можно изменить величину зоны неустойчивой работы, но в небольших границах.

Рассмотрим процесс регулирования (рис. 6.22,а). Если потребителю необходимо количество газа при давлении, которое меньше минимальной производительности при давлении pi, то компрессор должен перекачивать количество Vin, а разность Vin — Vt' должна отводиться со стороны нагнетания компрессора.

Задачей помпажного регулирования является отвод необходимого количества газа со стороны нагнетания компрессора в соответствии с требуемым расходом через систему, с тем чтобы производительность компрессора не была равна или меньше Vin.

Простейшая схема антипомпажного регулирования приведена на рис. 6.22,б. При приближении компрессора к производительности Уы по перепаду давления на измерительной шайбе 1 и по импульсу 4 давления рк/рn срабатывает регулятор 6 и дает импульс на регулируемый клапан 5, который обеспечивает перепуск расхода Vin — Vt' по обводному трубопроводу 7. Во избежание нагрева газа на обводном трубопроводе предусмотрен теплообменник. Таким образом, компрессор перекачивает расход Vtn, а в систему подается V'. При таких условиях компрессор работает устойчиво. Работа системы обусловливается устройствами автоматического управления.

Известны также другие схемы антипомпажного регулирования. Некоторые из них приведены в табл. 6.2.

Для использования теряемой энергии при дросселировании в обводной трубе иногда газ перепускают через расширительную турбину (турбодетандер), которая соединена с валом компрессора и отдает ему дополнительную мощность. Такая схема оправдана, если компрессор значительное время работает с антипомпажным регулированием, что встречается редко. Уменьшение зоны помпажа возможно также путем отключения компрессоров, параллельно работающих в общую систему.


Возврат к списку