Р егулирование с изменением числа оборотов
В тех случаях, когда имеется возможность изменять число оборотов вала центробежной машины, целесообразно регулировать производительность изменением числа оборотов. Этот способ экономичнее первого и дает возможность регулировать производительность в любом направлении. Однако, применяется этот способ значительно реже (в случае привода от паровой турбины). Иногда для машин большой мощности применяют электродвигатели, допускающие ступенчатое и плавное изменение n. Такие двигатели дороги и применяют их экономически оправдано только для мощных машин. В эксплуатации, такие агрегаты энергетически эффективны и имеют высокий общий КПД. На рис.14 показаны
1-4 - характеристика машины при n1, n2, n3, n4.
5 - характеристика трубопровода
6 - характеристика η – Q.
И
ногда
между валом электродвигателем и машины
ставят вариатор скорости или гидромуфту.
Гидромуфты и вариаторы скорости
значительно усложняют и удорожают
агрегат, и оправдывается он только в
мощных высокооборотных агрегатах.
Рис.14.
Регулирование поворотными направляющими лопастями на входе в рабочее колесо
Рис.15.
Из уравнения Эйлера следует, что удельная работа, сообщаемая потоку жидкости или газа в центробежной машине, зависит от условий входа жидкости на рабочие колеса (от с1u). Закручивание потока (увеличение с1u) изменяет напор и при заданной характеристике трубопровода изменяет ее производительность. Отсюда вытекает возможность регулирования производительности закручиванием потока специальным лопастным направляющим аппаратом (рис.15).
Направляющие аппараты следует располагать в непосредственной близости от рабочего колеса (чем ближе, тем лучше). В противном случае из-за быстрого торможения вращающегося потока с1u быстро уменьшается, эффективность регулирования получается низкой.
.
Рис.16.
Многоступенчатое сжатие. Охлаждение
Давление, создаваемое ступенью центробежного компрессора, определяется в основном условиями сжатия и окружной скоростью выходных концов рабочих лопастей. Последняя ограничена, главным образом, условиями прочности раб9чепгр колеса, поэтому и степень сжатия ступени компрессора ограничена и составляет в обычных конструкциях 1,2 – 1,5.
Для получения более высоких давлений применяют последовательное соединение ступеней, рабочие колеса которых сажаются на общий вал. Такие компрессоры называются многоступенчатыми.
Рис.17.
Для повышения экономичности многоступенчатых компрессоров применяют охлаждение. Здесь возможны 3 варианта:
1. Охлаждение секций компрессора подачей воды в специальные полости в отливке корпуса. Добиться таким способом эффективного охлаждения и значительно приблизить процесс в компрессоре к изотермному не удается вследствие затрудненных условий теплообмена между газом и охлаждающей водой: невозможно осуществить конструкцию с подведением охлаждающей воды к межлопаточным каналам рабочего, колеса, где протекает процесс сжатия. Поэтому осуществляют охлаждение поверхностей, граничащих с направляющими аппаратами. Охлаждение газа происходит при переходе ступени в другую. Процесс в компрессоре в целом становится более экономичным.
2. Охлаждение газа в охладителях, устанавливаемых между отдельными группами ступеней. В этом случае газовый поток, пройдя группу ступеней, выводится из корпуса в охладитель, где снижается его температура при постоянном давлении. Далее газ вновь вводится в корпус, проходит следующую группу ступеней и при повышенных давлении и температуре поступает во второй промежуточный охладитель и т.д. Процесс в компрессоре такого типа показан на рис.18.
При этом способе охлаждения, используя трубчатые охладители с большой поверхностью, можно получить экономию в расходе энергии.
Рис. 18. ST - и pυ - диаграммы двухступенчатого компрессора
1-2 – политропное сжатие в первой ступени; 2`-1`` - изобарное охлаждение в промежуточном охладителе; 1``-2`` - сжатие до конечного давления pк во второй ступени. Площадь 1``-2`-2-2`` - экономия энергии от применения двухступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением.
Рис.19. Общая схема компрессора со ступенчатым сжатием
I - охладители I и II ступеней; 2 - конечный охладитель; 3, 4, 5 - соответственно I, II и III ступеней.
В последнее время начинают применять компрессоры большой производительности с описанным выше типом выносных охладителей после каждой ступени компрессора.
Такие компрессоры называют изотермными. С энергетической точки зрения они очень эффективны, но вследствие сложности конструкции обладают высокой стоимостью.
3. Комбинированное (внутреннее и выносное) охлаждение газа. Этот способ охлаждения дает большую экономию в приводной энергии, но конструкция сложна и компрессор получается дорогим.
4. Охлаждение (внутреннее) впрыском охлаждающей воды в поток газа перед первой ступенью компрессора. При этом способе тепло газа частично расходуется на испарение охлаждающей воды и температуры конца сжатия существенно снижается. Недостатком способа является увлажнение газа, что во многих случаях недопустимо.