33 Турбокомпрессорный агрегат системы пневмоснабжения шахты как объект автоматизации

В компрессорах происходит преобразование энергии, под­водимой двигателем к валу, в энергию проходящих через них газов.

В динамических или турбокомпрессорных машинах передача энергии к газу происходит непрерывно во вращающемся рабочем колесе, снабженном лопатками. При обтекании потоком газа ре­шетки из профилей лопаток вращающегося колеса возникает подъемная сила, вызывающая ускорение потока, увеличение его скорости и давления. В дальнейшем в неподвижных элементах происходит добавочное увеличение давления за счет преобразо­вания кинетической энергии газа. К динамическим компрессорам относятся центробежные, диагональные, осевые и вихревые ма­шины.

На рисунке 1 представлена технологическая схема турбокомпрессорного агрегата.

После каждой ступени воздух поступает в воздухоохладители, охлаждаемые водой, и затем в следующую ступень или воздухосборник. Сам турбокомпрессор охлаждению не подвергается. Нагретая вода охлаждается в гра­дирне и насосом снова подается в водопровод охлаждения. Ох­лаждается водой также и воздух, поступающий на охлаждение электродвигателя.

Шестеренчатый рабочий маслонасос, сидящий на валу ре­дуктора, засасывает через фильтры масло из маслобака и нагнетает его в маслосистему под давлением 500 кПа (5 кгс/см²). Масло проходит через охлаждаемые водой маслоохладители, после которых часть его, поступающая на смазку подшипников, пропускается через редукционный клапан, снижающий давление до 50-90 кПа (0,5-0,9 кг/см²). Масло под высоким давлением используется для работы реле осевого сдвига опорно-упорного подшипника и регуляторов производительности и противопомпажного, если они гидравлические.

Рисунок 1 - Технологическая схема турбокомпрессорного агрегата

Производительность компрессора контролируется датчика­ми расхода воздуха, установленными на всасывающем и нагне­тательном воздухопроводах. Они представляют собой дифферен­циальные манометры с электрическими сигналами на выходе вто­ричного прибора, измеряющие перепад давления на диафрагмах, смонтированных в воздухопроводах. Датчик расхода всасывающего воздухопровода измеряет полную производительность, и поэто­му его показания используются для работы противопомпажного регулятора. Датчик расхода нагнетательного воздухопровода измеряет количество сжатого воздуха, поступающего в воздухо­сборник и далее в пневмосеть, которое может отличаться от пол­ной производительности, например, при работе противопомпажной защиты, когда часть сжатого воздуха выбрасывается в атмосферу.

Давление воздуха, воды и масла измеряется датчиками, представляющими собой манометры различных типов, обычно бесш­кальные с аналоговыми или

дискретными сигналами на выходе, которые используются для целей автоматического контроля, за­щиты, управления.

Температура воздуха, охлаждающей воды, масла, подшипни­ков, обмоток электродвигателя измеряется термометрами сопротивления, в качестве вторичных приборов для которых используются логометры и автоматические мосты.

Для распределения охлаждающей воды по объектам охлажде­ния предусмотрены регулировочные вентили. Такие же вентили и в системе маслоснабжения. В водопроводной сети устанавливаются датчики контроля потока воды. В нагнетательном тру­бопроводе устанавливаются управляемые задвижки с электро­приводом. Одна задвижка при необходимости отделяет компрессор от пневмосети, вторая управляется регулятором противопомпажной защиты и соединяет компрессор с атмосферой.

На рисунке 2 изображены рабочие характеристики турбокомпрессора. Рабочая точка компрессора определяется точкой пересече­ния А характеристики компрессора 1 и характеристики воздухо­провода 2. Точка К соответствует критической производитель­ности Q_к компрессора, при которой он развивает максимальное давление Р_к. Если расход воздуха в пневмосети станет меньше Q_к, то давление, развиваемое компрессором, окажется меньше Р_к и, следовательно, меньше, чем в пненмосети, из которой воздух устремится к компрессору и захлопнет обратный клапан в возду­хопроводе. Рабочий режим компрессора переместится в точку Б, соответствующую холостому ходу. По мере расходования воздуха, из пневмосети его давление снизится до величины, соответствую­щей точке А, обратный клапан откроется и компрессор начнет подавать в пневмосеть воздух в количестве, определяемом точ­кой В. Если расход воздуха останется меньше Q_к, все повторя­ется в том же порядке. Это явление известно под названием помпажа и происходит при эксплуатации компрессора на участке ра­бочей характеристики, расположенной левее критической точки К.

Устойчивая работа компрессора возможна на участке характе­ристики, расположенном правее точки К. Для обеспечения нор­мальной работы компрессора, при меняющемся расходе воздуха в пневмосети, его снабжают противопомпажной защитой, которая обеспечивается специальным регулятором, соединяющим противо­помпажной заслонкой нагнетательный воздухопровод компрессора с атмосферой, когда потребление воздуха пневмосетью стано­вится ниже Q_к и, таким образом, удерживает режим работы ком­прессора на устойчивой ветви рабочей характеристики. Степень открытия противопомпажной заслонки определяется разностью между Q_к и действительным потреблением воздуха пневмосетью.

Регулирование производительности турбокомпрессора для поддержания постоянного давления независимо от расхода воз­духа может осуществятся двумя способами: из­менение частоты вращения рабочих колес и дросселирование воз­духа во всасывающем трубопроводе с помощью дроссельной зас­лонки. В точке А компрессор развивает нормальное давление Р_н. При снижении потребления воздуха из пневмосети, характерис­тика которой будет определяться теперь кривой 3, а рабочий режим компрессора точкой Г, давление превысит нор­мальное. Чтобы довести давление до нормального, можно снизить частоту вращения компрессора: его характеристика изобразит­ся кривой 4, а рабочая точка переместится в точку Д. Тот же результат может быть получен при неизменной частоте вращения компрессора прикрытием дроссельной заслонки во всасывающем трубопроводе. Характеристика компрессора в этом случае изобра­зится кривой 5, а рабочий режим - той же точкой Д.

Рисунок 2 - Рабочие характеристики турбокомпрессора

Требования к системе автоматизации турбокомпрессорной станции

Система автоматизации турбокомпрессорной станции должна обеспечивать:

1. Следующие режимы управления турбокомпрессорной станцией: - автоматическое программное управление, при котором первичный импульс на пуск и останов отдельных агрегатов и всей станции подается или от ЭВМ или оператором (диспетчером) из пульта, установленного вне машинного зала компрессорной станции, или из машинного зала;

- местное управление всеми механизмами во время наладочных и ремонтных работ.

При автоматическом управлении должна осуществляться заданная технологическая последовательность управления основным и вспомогательным оборудованиям станции.

Возможность одновременной работы агрегатов в двух режимах должна быть исключена .

2. Контроль работы, сигнализацию о нормальном и аварийном режимах работы, а также необходимые автоматические блокировки и защиты, в частности от помпажа.

3. Автоматическая поддержка заданного давления сжатого воздуха в коллекторе компрессорной станции путем регулирования режима работы отдельных агрегатов.

Кроме того, система автоматизации должна отвечать следующим требованиям:

- схемные решения должны быть универсальными для возможности применения аппаратур на компрессорной станции при возможной их модернизации;

- комплект аппаратур должен быть построен на базе блочных элементов и модулей с максимальным использованием стандартных унифицированных узлов, бесконтактных микропроцессорных элементах;

- конструктивное оформление комплекта аппаратур должно обеспечивать высокую ремонтопригодность, т.е. быстрый поиск неисправных функциональных блоков в аппаратуре, возможность доступа к ним и быструю замену.