30 Эрлифт
Эрлифт - это устройство, предназначенное для подъема жидкости с некоторой глубины на определенную высоту при помощи сжатого воздуха. Принцип работы эрлифта состоит в следующем. Если в нижнюю часть трубы, опущенной в воду, вводить воздух под достаточным давлением, то образовавшаяся в трубе воздушная эмульсия (смесь воды и пузырьков воздуха) будет подниматься благодаря разности удельных масс эмульсии в трубе и воды в скважине. Естественно, что эмульсия тем легче, чем в ней больше пузырьков воздуха.
Область применения эрлифтов
Эрлифты различной производительности применяются: 1) для подачи активного циркуляционного ила и подъема сточной жидкости на небольшую высоту на канализационных очистных сооружениях; 2) для подачи химических реагентов на водопроводных очистных сооружениях; 3) для подачи воды из скважин; 4) наиболее важной отраслью применения эрлифтов является нефтедобывающая.
Опыт показал, что наряду с некоторыми недостатками (сравнительно малый кпд, невозможность подъема жидкости с малой глубины), эрлифты обладают рядом достоинств, которые наиболее заметны при эксплуатации на очистных сооружениях :
• простота устройства;
• отсутствие движущихся частей;
• допустимо содержание взвеси в неограниченном количестве в транспортируемой жидкости;
• источником энергии служит сжатый воздух, поступающий от воздуходувок.
Многообразие схемных и конструктивных решений эрлифтов позволяет использовать их в разных отраслях производства.
Общими гидравлическими элементами аппарата, которые реализуют процесс подъема жидкости сжатым газом, есть (рис. 1):
всасывающее устройство 1, предназначенное для обеспечения равномерной и дозированной подачи материала в трубу, которая подводит смесь 2; смеситель 3, предназначенный для смешивания жидкости и сжатого воздуха; поднимающая труба 4, предназначенная для перемещения двухфазной (трехфазной) гидросмеси (воды, воздуха, твердого материала) от смесителя 3 к воздухоотделителю 5; воздухоотделитель 5, предназначенный для деления гидросмеси на отдельные фазы (воздух, пульпа), при этом пульпа направляется в сливной трубопровод 6, а воздух - в атмосферу; воздухоподающий трубопровод 7, предназначенный для подачи сжатого воздуха от компрессора 8 к смесителю 3.
Процесс движения газожидкостной смеси в поднимающей трубе эрлифта имеет сложный характер, для описания которого используют параметры: средняя скорость потока, его плотность, соотношение объемов заполненных жидкостью и газом, скорость фаз и другие. Существенную роль играет также режим течения или структура газожидкостного потока.
Рисунок 1 - Гидравлическая схема эрлифта
Для нормальной работы эрлифта необходимо некоторое геометрическое погружение h смесителя (расстояние от уровня воды в зумпфе к месту входа сжатого воздуха в смеситель), величина которого зависит от высоты подъема H (расстояние от уровня воды в зумпфе к месту слива пульпы из воздухоотделителя) гидросмеси и колеблется от нескольких метров к десяткам и сотням метров.
31. В зависимости от того, каким способом создаётся поток воздуха, пневматические транспортирующие установки разделяют на два типа:
установки нагнетательного типа —когда поток воздуха создаётся компрессорами, нагнетающими воздух под давлением 0,4-0,7 МПа;
установки всасываяющего типа — когда поток воздуха создаётся вакуум-насосом, всасывающим воздух за счёт разрежения 0,01-0,04 МПа.
Пневматические транспортирующие установки позволяют транспортировать многие типы сыпучих грузов, для которых не пригодны гидравлические транспортирующие установки: цемент, гипс, алебастр и др. Они применяются, например, на механизированных складах вяжущих материалов на заводах железобетонных изделий.
Пневматические установки могут помещаться в производственных помещениях или в подвальных помещениях жилых домов. [2]
Пневматические установки могут быть всасывающие и нагнетательные. Принципиальной разницы между этими системами нет, так как в обоих случаях важна не абсолютная величина давления, а разность давлений в начале и в конце установки. В нагнетательных системах источник движущей силы ( вентилятор, воздуходувка или компрессор) расположен в начале установки, а во всасывающих системах ( преимущественно вакуум-насос) - в конце, вблизи места выгрузки. В первом случае разность давлений в системе обычно поддерживается в пределах 3 - 6 ат, так как более плотный воздух лучше перемещает материал, что особенно важно при значительной длине трубопровода; во втором случае разрежение практически не может быть больше 0 4 - 0 5 ат. Поэтому эта система применяется на коротких участках. Для транспортировки сажи при изготовлении резиновых смесей и в производстве самой сажи эксплуатируются обе системы, однако в ряде случаев предпочтение отдается всасывающей, так как она лучше транспортирует форсуночную и термическую сажи, склонные к уплотнению и зависанию в изгибах трубопроводов и арматуры при транспортировке их нагнетательными системами, позволяет с меньшей тщательностью монтировать трубопроводы и гарантирует лучшую герметизацию. В некоторых случаях может применяться комбинированная или смешанная система, состоящая из всасывающей и нагнетательной частей. [3]
Пневматические установки могут работать автоматически при минимальном количестве обслуживающего персонала. Отсутствие движущихся частей на трассе транспортирования делает установку наиболее удобной с точки зрения техники безопасности, а также снижает количество поломок. Пневматические транспортные установки требуют мало места, могут быть установлены при любых местных условиях ( с любым уклоном транспортного трубопровода), допускают большую производительность ( до 300 in / час в одном трубопроводе) и дают возможность перемещения горячих грузов без предварительного их охлаждения, например огарковой пыли из сухих электрофильтров печных отделений сернокислотных заводов. Замкнутый трубопровод исключает потери груза и пылеобразование, что весьма ценно в химической промышленности, при транспортировании пылящих и ядовитых грузов, вредных для здоровья обслуживающего персонала. [4]
Пневматические установки обычно не применяются для перемещения грузов влажных, липких и способных слеживаться и уплотняться под небольшим давлением, с кусками размером выше 50 - 80 мм, а также грузов, портящихся при интенсивном соприкосновении с воздухом или от ударов о стенки трубопровода. При перемещении слеживающихся грузов, таких, как сода, соли калия, требуется их предварительное механическое разрыхление. [5]
Пневматические установки состоят из двух баков ( воздушного и водяного) или одного бака ( гидропневматического), оборудованных предохранительными клапанами, контрольными приборами ( давления и уровня), запорной арматурой, и компрессора для подачи сжатого воздуха. При недостатке напора или при подаче воды во внутренний водопровод из местного источника водоснабжения эти установки объединяют с автоматизированными насосами, что позволяет резко сократить объем водяного бака. [6]
Пневматические установки используют для хранения и подачи противопожарного запаса воды, а также для хозяйственно-питьевого или производственного водоснабжения. Объем воды в баке в зависимости от назначения установки может быть определен как сумма регулирующего Vp и запасного У3 объемов, либо только как запасный или только как регулирующий объем. [7]
Пневматическая установка представляет собой два герметичных резервуара: воздушный и водяной, соединенных между собой трубой. Для отключения резервуаров друг от друга на соединяющей их трубе установлен вентиль. [10]
Пневматические установки в зданиях служат для повышения давления во внутренней сети водопровода и создания запаса воды на случай пожара, а также для подачи части этой воды в домовую сеть в случае недостаточного давления в городской сети
Пневматические установки характеризуются простотой оборудования и безопасностью в эксплуатации. [10]
Пневматические установки ( водо-воздушные баки) применяют редко из-за больших эксплуатационных затрат. Их использование может быть целесообразным при малых расходах воды ( до 10 м3 / ч), например на КС магистральных газопроводов
32. Производительность центробежного компрессора можно регулировать, изменяя частоту вращения ротора. Для этого нужен привод с изменяемой частотой вращения - турбина, специальный электродвигатель, мультипликатор с переменным передаточным числом. [1]
В некоторых случаях применяют регулирование поворотом лопастей направляющего аппарата на выходе из рабочего колеса. [2]
С повышением давления нагнетания производительность центробежного компрессора уменьшается. При этом устойчивая работа компрессора возможна только до определенного давления нагнетания. [3]
С повышением давления нагнетания производительность центробежного компрессора уменьшается. При этом устойчивая работа компрессора возможна только до определенного давления нагнетания. В случае дальнейшего повышения давления компрессор переходит на неустойчивый режим работы, характеризующийся тем, что наблюдается периодическое изменение направления потока воздуха от нагнетания к всасыванию через работающую машину. Помпаж сопровождается сильными толчками, сотрясающими машину, изменением звука машины и колебаниями давления на нагнетании. Частота толчков может быть различной и зависит от емкости системы, в которую компрессор нагнетает воздух. Длительная работа в этом неустойчивом режиме может привести к разрушению компрессора. [4]
На некоторых предприятиях с целью увеличения производительности центробежных компрессоров их переводят на форсированный режим с увеличенной скоростью вращения ротора. [6]
Как известно, с повышением давления нагнетания производительность центробежного компрессорауменьшается, причем устойчивая работа машины возможна тблько до определенного давления. Если давление продолжает повышаться, то возникает неустойчивый режим работы ( помпаж), при котором поток воздуха периодически меняет направление и течет через машину от нагнетательного патрубка к всасывающему. Помпаж сопровождается сильными толчками, изменением звука машины и колебаниями давления нагнетания. Длительная работа в таком режиме может привести к разрушению машины. [7]
В отличие от поршневых машин, которые имеют постоянную производительность независимо от давления нагнетания, производительность центробежного компрессора определяется давлением газа на стороне нагнетания. С повышением давления в системе, а следовательно, и на стороне нагнетания производительность падает, а при снижении давления увеличивается. [8]
В отличие от поршневых компрессоров, которые имеют постоянную производительность не зависимо от давления газа на нагнетании, производительность центробежного компрессора во многом определяется давлением газа в системе, куда он подается. С падением этого давления производительность компрессора увеличивается а с повышением - уменьшается. Таким образом его дроизводитель-ность до некоторой степени саморегулируется. [9]
Регулировка производительности компрессоров осуществляется по таким параметрам, как количество кислорода, выдаваемого блоком разделения воздуха ( в этом случае регулирование сводится к поддержанию заданной производительности по кислороду при помощи регулирования производительности центробежных компрессоров), количество сжатого воздуха, выдаваемого компрессором в блок разделения воздуха
Рабочее колесо с диффузором, поворотными каналами и обратным направляющим аппаратом называется ступенью центробежного компрессора. Производительность центробежных компрессоров зависит от давления в сети, в которую нагне - тается газ. При высоком давлении в сети в компрессоре могут возникать обратные перетоки газа - пом-паж. [11]
Во время пуска установки и регенерации катализатора расход циркулирующего инертного газа через реакторы устанавливают по возможности максимальным. Производительность центробежного компрессора при этом ограничивается нагрузкой электродвигателя, зависящей от давления на линии всасывания, и температурой сжатия газа на линии нагнетания.
Центробежный компрессор в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал с симметрично расположенными рабочими колёсами. Во время работы центробежного компрессора частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре из-за снижения скорости газа, то есть преобразования кинетической энергии в потенциальную. После этого газ по обратному направляющему каналу поступает в другую ступень компрессора и т.д.
Получение больших степеней повышения давления газа в одной ступени (более 25—30, а у промышленных компрессоров — 8—12) ограничено главным образом пределом прочности рабочих колёс, допускающих окружные скорости до 280—500 м/сек. Важной особенностью центробежных компрессоров (а также осевых) является зависимость давления сжатого газа, потребляемой мощности, а также кпд от его производительности. Характер этой зависимости для каждой марки компрессора отражается на графиках, называемых рабочими характеристиками.
Регулирование работы центробежных компрессоров осуществляется различными способами, в том числе изменением частоты вращения ротора, дросселированием газа на стороне всасывания и др.
Изначально простая конструкция центробежного компрессора обеспечивает надежную его эксплуатацию в течение долгого времени при минимальном техническом обслуживании. Центробежные компрессоры снабжают наиболее важные отрасли промышленности по всему миру высококачественным сжатым воздухом без содержания масла. Удовлетворяя потребности конкретного предприятия, компрессоры данного класса обеспечивают высокую производительность и превосходные характеристики с точки зрения системы управления в целях экономии электроэнергии. Центробежные компрессоры в основном используют в наземных газотурбинных двигателях (ГТД) и силовых установках, а так же в различных газоперекачивающих системах, системах вентиляции, всевозможных нагнетателях газа или воздуха.
33. Поршневой Компрессор в основном состоит из рабочего цилиндра и поршня; имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых Компрессоримеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. Поршневые Компрессор бывают одно- и многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, V- или W-oбразным и другим расположением цилиндров, одинарного и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами), а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия. Действие одноступенчатого воздушного поршневого Компрессор заключается в следующем. При вращении коленчатого вала 1 соединённый с ним шатун 2 сообщает поршню 3 возвратные движения. При этом в рабочем цилиндре 4 из-за, увеличения объёма, заключённого между днищем поршня и крышкой цилиндра5, возникает разрежение и атмосферный воздух, преодолев своим давлением сопротивление пружины, удерживающей всасывающий клапан 9, открывает его и через воздухозаборник (с фильтром) 8 поступает в рабочий цилиндр. При обратном ходе поршня воздух будет сжиматься, а затем, когда его давление станет больше давления в нагнетательном патрубке на величину, способную преодолеть сопротивление пружины, прижимающей к седлу нагнетательный клапан 7, воздух открывает последний и поступает в трубопровод 6. При сжатии газа в Компрессор его температура значительно повышается. Для предотвращения самовозгорания смазки Компрессороборудуются водяным (труба 10 для подвода воды) или воздушным охлаждением. При этом процесс сжатия воздуха будет приближаться к изотермическому (с постоянной температурой), который является теоретически наивыгоднейшим (см. Термодинамика). Одноступенчатый Компрессор, исходя из условий безопасности и экономичности его работы, целесообразно применять со степенью повышения давления при сжатии до b = 7—8. При больших сжатиях применяются многоступенчатые Компрессор, в которых, чередуя сжатие с промежуточным охлаждением, можно получать газ очень высоких давлений — выше 10 Мн/м2. В поршневых Компрессор обычно предусматривается автоматическое регулирование производительности в зависимости от расхода сжатого газа для обеспечения постоянного давления в нагнетательном трубопроводе. Существует несколько способов регулирования. Простейший из них — регулирование изменением частоты вращения вала.
Регулирование производительности поршневых компрессоров имеет своей целью обеспечить переменную подачу сжатого газа при сохранении его давления соответственно требованиям технологического процесса. Выгоднее всего регулировать производительность путем пропорционального изменения числа оборотов компрессора, что, однако, просто осуществляется лишь при его соединении с паровым двигателем. [1] Регулирование производительности поршневых компрессоров можно осуществлять изменением частоты вращения, однако это удобно и просто лишь при соединении компрессора с паровым двигателем. Регулирование производительности поршневых компрессоров, развивающих большие давления, обычно осуществляют методом перепуска части газа с нагнетательной линии во всасывающую по байпасному трубопроводу. Работа такой системы регулирования в значительной степени облегчается меньшей пульсацией давления, вследствие сжимаемости газов. [3]Регулирование производительности поршневых компрессоров с электроприводом производится энергетически мало рентабельными способами: перепуском газа из нагнетательного трубопровода во всасывающий, дросселированием газа на всасывании, изменением объема вредного пространства. [4]Регулирование производительности поршневых компрессоров можно осуществлять изменением частоты вращения, однако это удобно и просто лишь при соединении компрессора с паровым двигателем. [5]Регулирование производительности поршневых компрессоров таким способом может быть использовано в установках с приводом от паровой машины, от двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя постоянного тока. Однако паровые машины для привода компрессоров применяются только в единичных случаях. Двигатели внутреннего сгорания используются главным образом в передвижных установках и на некоторых газоперекачивающих станциях для природного газа. Основным приводом поршневых компрессоров являются электродвигатели переменного тока, а они не позволяют плавно изменять число оборотов. Это и является основной причиной ограниченного применения способа регулирования с помощью изменения числа оборотов. [6] Для регулирования производительности поршневых компрессоров широко используют отжим всасывающих клапанов. [7] Способ регулирования производительности поршневых компрессоров дросселированием на всасывании допускает плавное регулирование в ограниченном диапазоне изменения о, достаточно прост в конструктивном исполнении, но неэкономичен. [8] При регулировании производительности поршневых компрессоров отжимом клапанов часть газа из полости возвращается вновь во всасывающий патрубок компрессора. Этим фактически изменяется полезный объем цилиндра компрессора. [9] Из рассмотренных способов регулирования производительности поршневых компрессоров наименее экономичны дросселирование всасывания и дроссельный перепуск с нагнетания на всасывание. Наиболее экономично регулирование посредством отжима пластин всасывающих клапанов и плисое-динением дополнительных вредных пространств. [10] Какие существуют способы регулирования производительности приводных поршневых компрессоров. [11] Байпасирование, как способ регулирования производительности поршневых компрессоров, применяется только в тех машинах, в которых при конструировании не было предусмотрено никакого способа регулирования. Байпасирование широко применяется для разгрузки компрессора при его пуске. В очень крупных машинах предусматривается несколько байпасов, с помощью которых в период пуска газ перепускается из межступенчатых полостей в полость всасывания. После запуска компрессора байпасы закрываются. [12] В случаях привода компрессора в действие паровой машиной или двигателем внутреннего сгораниярегулирование производительности поршневого компрессора осуществляется изменением числа оборотов прив да компрессора. [13] В случаях привода компрессора в действие паровой машиной или двигателем внутреннего сгораниярегулирование производительности поршневого компрессора осуществляется изменением числа оборотов привода компрессора. [14]
Рабочий процесс
Поршневой компрессор засасывает пары хладагента со стороны низкого давления и сжимает их до давления конденсации, при котором они могут отдать окружающей среде тепло, воспринятое в испарителе и компрессоре. Рабочее пространство компрессора со сторонами всасывания и нагнетания сообщается через всасывающие и нагнетательные клапаны. Они открываются и закрываются вследствие перепада давления между рабочей полостью компрессора и пространством за клапаном. Для открытия всасывающего клапана давление в цилиндре должно быть меньше давления на стороне испарения, откуда в цилиндр поступают новые порции паров хладагента. Нагнетательный клапан сообщает полость цилиндра со стороной нагнетания лишь тогда, когда давление в цилиндре превысит давление в конденсаторе. Для отвода тепла от цилиндров, которые сильно разогреваются при сжатии паров, поршневые компрессоры снабжают рубашками охлаждения или ребрами (при охлаждении воздухом). Через рубашки охлаждения пропускают холодную воду, а ребра охлаждения отдают тепло окружающему воздуху. При нагревании сам поршень и несущая его деталь — шатун или шток удлиняются, поэтому в устройстве поршневого компрессора предусмотрено, что при нахождении поршня в крайнем положении, называемом «мертвой точкой», между его кромкой и крышкой остается зазор, называемый «мертвым» или «вредным» пространством. Чем больше «вредное» пространство, тем меньше новых паров хладагента всасывается в цилиндр компрессора. Размер вредного пространства вертикальных компрессоров — до 1 мм, горизонтальных 1,2—2,5 мм. При работе компрессоров различают сухой и мокрый ход. Сухим ходом компрессора называется такая его работа, при которой пары, засасываемые компрессором, не содержат капелек жидкого хладагента. Сухой ход — важное условие безаварийной работы машины. При влажном ходе пары несут с собой большое количество капель и тумана жидкости, которые, доиспаряясь во всасывающем трубопроводе и цилиндре, уменьшают холодопроизводительность компрессора. При этом всасывающий коллектор и стенки цилиндра покрываются снеговой шубой. Влажный ход может привести к гидравлическому удару при попадании между крышкой цилиндра и поршнем такого количества жидкого хладагента, которое превышает объем мертвого пространства.
34. Роторный компрессор - это компрессор, где сжатие среды достигается за счет вращения сжимающего элемента. Роторный компрессор представляет собой нагнетательное устройство, состоящее из ротора и статора. В жизни широко применяются роторно-пластинчатые компрессора, где единственная вращающаяся деталь – ротор, с пазами по длине, в которых свободно устанавливаются пластины, перемещающиеся, по пленке масла. Принцип работы. В роторно-пластинчатом компрессоре ротор вращается внутри цилиндрического статора. При вращении, центробежная сила вызывает выдвижение пластин из слотов, с образованием индивидуальных камер сжатия. Во время вращения ротора, объем камер сжатия уменьшается, увеличивая давление воздуха. При этом происходит выделение тепла, которое контролируется впрыском масла под давлением. Воздух высокого давления выпускается, через выходной отверстие, вместе с остаточным количеством масла, отделяемым в маслоуловителе. Преимущества роторного компрессора: низкая цена; высокая практичность; долгий срок службы; при длительном использовании, характеристики улучшаютя; Недостатки роторного компрессора: высокая пульсация; повышенный уровень шума.
Ротационные компрессоры имеют один или несколько роторов, которые бывают различных конструкций. Значительное распространение получили ротационные пластинчатые компрессоры. Степень повышения давления в одной ступени пластинчатого ротационного компрессора обычно бывает от 3 до 6. Двухступенчатые пластинчатые ротационные компрессоры с промежуточным охлаждением газа обеспечивают давление до 1,5 Мн/м2.
Ротационными компрессорами комплектуются бытовые кондиционеры моноблочного типа, сплит-системы, небольшие тепловые насосы. Более 90% всех выпускаемых в мире кондиционеров бытового и коммерческого применения используют ротационные компрессоры.
Принципы действия ротационного и поршневого компрессоров в основном аналогичны и отличаются лишь тем, что в поршневом все процессы происходят в одном и том же месте (рабочем цилиндре), но в разное время (из-за чего и потребовалось предусмотреть клапаны), а в ротационном компрессоре всасывание и нагнетание осуществляются одновременно, но в различных местах, разделенных пластинами ротора. Известны другие конструкции ротационного компрессора, в том числе винтовые, с двумя роторами в виде винтов. Для удаления воздуха с целью создания разрежения в каком-либо пространстве применяют роторные водокольцевые вакуум-насосы. Регулирование производительности ротационного компрессора осуществляется обычно изменением частоты вращения их ротора.
Способы регулирования производительности компрессора
Изначально самым оптимальным режимом работы любой компрессорной установки является ее номинальный расчетный режим. Но объем вырабатываемого компрессором на номинальном режиме сжатого воздуха не всегда является точно соответствующим объему забора воздуха потребителями. Как правило, даже в течение одной рабочей смены уровень потребления воздуха может значительно колебаться. Поэтому производительность компрессора необходимо регулировать в соответствии с этими изменениями.
Есть несколько методов регулирования уровня производительности компрессора, и они сильно разнятся и по затратам на реализацию, и по эффективности6
Включение-выключение компрессорной установки.
Сбрасывание лишнего воздуха в атмосферу.
Подключение дополнительного объема.
Работа «на холостом ходу».
Дросселирование.
Использование частотного преобразователя для регулирования частоты вращения электрического двигателя.
Дискретный метод регулирования частоты вращения электрического двигателя.
Включение – выключение компрессорной установки является саамы элементарным способом регулирования производительности, предусматривающий отключение электродвигателя при повышении давления до максимального уровня и включение его при достижении минимально допустимого уровня давления. Во время простоя компрессора он не потребляет электроэнергию, что является позитивной стороной данного метода, но постоянные включения и выключения электродвигателя в целом негативно отражаются на работе системы и в результате могут повлечь за собой перегрев обмотки электродвигателя. Подобный способ чаще всего применяют по отношению к маломощным компрессорным установкам.
Сбрасывание излишков воздуха считается самым неэкономичным способом регулирования производительности, но несмотря на это, некоторые производственные предприятия все еще пользуются им. Суть метода заключается в наличии специального клапана, который открывают, как только давление в системе достигает максимальных показателей. Это крайне нерационально, так как в итоге весь энергоресурс, затраченный на сжатие данного воздуха, оказывается растраченным впустую. Поэтому такой способ целесообразно применять только в очень мощных компрессорных установках, в которых к тому же крайне редко достигается максимальный уровень давления.
Еще один способ регулирования производительности компрессора – подключение дополнительного «мертвого объема». Он применяется только для компрессоров поршневого типа и основан на использовании зазора, который всегда предусмотрительно оставляют между поршнем и крышкой цилиндра для того, чтобы компенсировать тепловые деформации. Если искусственно увеличивать этот так называемый «мертвый объем», производительность компрессора будет уменьшаться. Но этот способ также сложно отнести к экономичным, ведь сжатие воздуха, находящегося в «мертвом объеме», также требует энергозатрат.
В машинах роторного типа (винтовых, спиральных или пластинчато-роторных) применяется способ, при котором регулирование осуществляется посредством перехода на «холостой ход». Это стандартная методика регулирования производительности винтовых компрессоров – при достижении максимальных показателей давления в системе срабатывает реле, которое закрывает заслонку всасывающего клапана. При этом работа компрессора не останавливается, он продолжает потреблять около 20% обычного количества энергоресурсов, но давление в системе не нагнетается.
Существует также способ регулирования производительности, основанный на дросселировании. Он осуществляется с помощью пропорционального всасывающего клапана, который не дает давлению в системе повышаться сверх меры, перекрывая путь всасываемому воздуху посредством газодинамического сопротивления. Производительность компрессора при этом значительно понижается, а давление в системе вскоре достигает номинального уровня. Этот метод удобен тем, что система регулирует производительность практически самостоятельно – заслонка пропорционального всасывающего клапана открывается под влиянием давления воздуха в системе. Кроме того, он более эффективен, чем метод «холостого хода», но в то же время обходится дороже.
Самый удобный и экономичный способ регулирования производительности компрессорной установки, известны на сегодняшний день – это регулирование частоты вращения электродвигателя посредством использования частотного преобразователя. Потери энергии при использовании этого метода минимизируются, а пределы регулирования производительности расширяются и составляют от 20% до 100% (другие методы не создают такого широкого диапазона регулирования). Но в то же время этот способ является наиболее дорогостоящим. Он применим для всех компрессорных установок объемного типа, но его использование в установках динамического типа (осевых, центробежных и т.д.) нередко вызывает проблемы – может возникнуть резонанс с собственными частотами колебаний турбокомпрессора установки.
Похожим методом является дискретное регулирование частоты вращения электродвигателя, посредством которого регулируется общая производительность компрессора. Основное отличие от предыдущего метода заключается в том, что вместо плавного изменения скорости вращения вала здесь имеет место дискретное изменение, основанное на применении специальных многоскоростных двигателей. Это обходится значительно дешевле, чем использование частотного преобразователя, а эффективность почти равнозначная.
Поскольку способов регулирования производительности компрессорных установок много, выбирать оптимальный для Вашего производства способ необходимо на основании всех существующих факторов, в первую очередь – экономической целесообразности и периода окупаемости выбранного метода.
35. Многоступенчатое сжатие. С увеличением степени сжатия в одной ступени возрастают потери, связанные с сжатием газа во вредном пространстве, и уменьшается к. п. д. компрессора. Кроме того, происходит сильное нагревание газа и возрастает расход энергии на его сжатие. Чтобы избежать чрезмерного повышения температуры газа и повысить эффективность работы компрессора, применяют многоступенчатое сжатие, охлаждая газ в промежуточных холодильниках между ступенями до температуры, возможно более близкой к температуре газа, всасываемого в компрессор. Благодаря небольшой степени сжатия в каждой ступени уменьшается холостой ход поршня при расширении газа во вредном пространстве и соответственно увеличивается объемный к. п. д. компрессора. При сжатии газа в двухступенчатом компрессоре затрачивается меньше энергии, чем при сжатии в одноступенчатом компрессоре, работающем в тех же пределах давления. Ротационные компрессоры. Пластинчатый ротационный компрессор имеет цилиндрический ротор 7, который эксцентрично установлен внутри корпуса 2, снабженного водяной рубашкой. В радиальных вырезах ротора свободно скользят пластины 3. При вращении ротора пластины под действием центробежной силы выдвигаются из прорезей и скользят по внутренней поверхности корпуса, образуя замкнутые камеры. Объем камер увеличивается слева от вертикальной оси корпуса и уменьшается справа от нее. Соответственно этому газ засасывается через патрубок 4, затем сжимается и нагнетается через патрубок 5. Абсолютное давление сжатия в одноступенчатых пластинчатых компрессорах—> до 5 am, в двухступенчатых — до 15 am. Ротационный водоколъцевой компрессор состоит из корпуса 7 и эксцентрично установленного в нем ротора 2 с лопатками (звездочки). Перед пуском корпус почти наполовину заполняется водой, которая при вращении ротора отбрасывается к стенкам корпуса, образуя около них вращающееся жидкостное кольцо. Вследствие эксцентричности ротора пространство, не заполненное жидкостью, делится лопатками ротора на ячейки неодинакового объема, В ячейки, объем которых увеличивается при вращении ротора, газ засасывается через отверстие 3, затем сжимается в ячейках с уменьшающимся объемом и выталкивается через отверстие 4 (отверстия 3 и 4 на рисунке заштрихованы). Патрубки для входа и выхода газа располагаются на торцовых крышках компрессора. Водокольцевые компрессоры создают небольшое избыточное давление (до 1 аг) и чаще используются в качестве вакуумнасосов.
36. Воздухопроводная сеть предназначена для подачи сжатого воздуха к пневмооборудованию под определенным давлением, которое обеспечивает эффективную работу оборудования. Однако потери давления неизбежны. При разработке пневматической системы следует правильно рассчитать и скомпенсировать потери давления. Потери давления от компрессорной установки до самого отдаленного участка воздухопроводной сети (запорный кран) не должны превышать 0.1 бар. При этом потери давления в отводе (шланге) составляют 0.03 бар. Как распределяются в системе оставшиеся 0.07 бар, зависит от ее конструктивных особенностей.
Потери давления между выходом сети и входом инструмента (пневмооборудования) должны составлять не боле 0.6 бар. У инструмента с высоким коэффициентом использования эти потери должны быть меньше, например, 0.4 бар.
В процессе эксплуатации фильтры очищают сжатый воздух от примесей. Поэтому следует увеличить потери давления на 0,3 бар вследствие засорения фильтров (между промывками).
Расчет рабочего давления
Для расчета рабочего давления на входе магистрального воздухопровода следует сложить нормативное давление инструмента и все возможные потери давления: Нормативное давление — 6.0 бар Потери давления: • магистральная труба • распределительная труба — 0.1 бар • отвод • арматура — 0.6 бар • фильтры — 0.3 бар Итого 7.0 бар
Следовательно, для обеспечения нормативного давления 6,0 бар давление на входе магистрального воздухопровода должно составлять 7 бар.
Следует отметить, что с учетом потерь давления в компрессорной станции рабочее давление в компрессоре должно быть еще выше!
Во время работы под нагрузкой tR, компрессор производит сжатый воздух, при этом часть производимого сжатого воздуха уходит на покрытие текущего потребления, а часть компенсирует падение давления в ресивере, имевшее место во время фазы простоя (холостого хода). Производительность компрессора V´ выше, чем расход сжатого воздуха LB, поэтому давление в ресивере постепенно поднимается до давления выключения (разгрузки) pmax.
Для расчета продолжительности фазы работы под нагрузкой tR используется следующая формула:
, где tR - время работы под нагрузкой [мин] VR - объем ресивера сжатого воздуха [л] LB - расход сжатого воздуха [л/мин] V´ - производительность компрессора [л/мин] pmax - давление выключения (разгрузки) [бар] pmin - давление включения (нагрузки) [бар]
V' = (VR x (pmax - pmin)) / tR
37.Индикаторная мощность компрессора.
Индикаторной мощностью называется внутренняя мощность, затрачиваемая на осуществление действительного процесса. Она учитывает все затраты энергии на всасывание, сжатие, нагнетание и обратное расширение газа и не учитывает затраты энергии на преодоление механического трения в контактных парах (поршень-цилиндр, шток-сальник и т.п.), в подшипниках,. пальцах и др.
Для определения индикаторной (внутренней) мощности работающего компрессора служат индикаторные диаграммы, записанные индикатором для каждой полости цилиндров всех ступеней.
Индикаторная мощность компрессора является суммой индикаторных мощностей всех полостей, в которых происходят рабочие процессы, т.е.
Nтнд.к = Ni
Определение индикаторной мощности с помощью индикаторной диаграммы производят по среднему индикаторному давлению Ринд, под которым понимают условное постоянное давление в рабочей полости цилиндра, преодолевая которое в течение хода от одной мертвой точки до другой, поршень совершает работу, равную работе, рассчитанной по индикаторной диаграмме.
Изотермический и адиабатный КПД
Отношение мощности идеального изотермического компрессора к индикаторной мощности действительного компрессора или отношение соответствующих работ называют изотермическим индикаторным к.п.д.
Отношение мощности идеального адиабатического компрессора к индикаторной мощности действительного компрессора или отношение соответствующих работ называют адиабатическим индикаторным к.п.д.