4.2. Методы регулирования работы компрессорных машин динамического действия

В течение срока эксплуатации турбокомпрессор работает на расчетном режиме, соответствующим максимуму КПД, как правило, менее 50% времени, поэтому вопросы регулирования компрессора и его экономичность имеют важное значение.

Методами регулирования работы КМДД называют способы изменения газодинамических характеристик компрессора или сети с целью обеспечения необходимых потребителю параметров газа.

Поэтому все методы регулирования условно делятся на два вида: регулирование изменением газодинамических характеристик компрессора и регулирование за счет изменения характеристики сети.

4.3. Регулирование изменением характеристик сети.

Характеристика сети может быть изменена введением в нее добавочного сопротивления (дроссельного устройства перед или за компрессором) или включением параллельно основной сети добавочного перепускного (байпасного) трубопровода, обеспечивающего снижение сопротивления сети за счет понижения скоростей на основном участке сети и уменьшения расхода газа через него. Сопротивление сети может быть изменено за счет изменения количества теплоты, подводимой к газу или отводимой от него в сети. Например, сопротивление сети, на которую работает компрессор холодильной машины, увеличивается при уменьшении количества воды, подаваемой на конденсатор.

4.4. Дросселирование на нагнетании

Рассмотрим компрессор, работающий на сеть с малым сопротивлением, имеющую характеристику, пересекающую характеристику компрессора в точкеА (рис. 4.1). Производительность компрессора в этом случае равна Q_А, а конечное давление – Р_А. Требуется получить меньшую производительность, например Q_В.

Прикрывая задвижку, установленную в нагнетательном патрубке компрессора (рис. 4.1 а), характеристика компрессора не изменяется, а меняется характеристика сети в результате закрытия дроссельного вентиля. При этом конечное давление на выходе из компрессора Р_С превышает давление в сети Р_В на величину потерь в дроссельном устройстве (Р_С-Р_В).

Способ является крайне неэкономичным, поскольку удельная работа, затрачиваемая на сжатие газа, возрастает с уменьшением производительности. Это относится к ступеням, имеющим колеса с β_л2<90°. Напротив, для колес с β_л2>90° происходит уменьшение внутреннего напора H_i.

а) б)

Рис. 4.1. Дросселирование на нагнетании: а) схема; б) изменение режима работы: точкаА – исходный режим; точка В – требуемый режим; (Р_С - Р_В) – потери давления в дросселе

4.5. Дросселирование на всасывании

Дроссельный вентиль, расположенный во всасывающем патрубке компрессора (рис. 4.2 а) и перемещаемый в различные положения на угол α, вызывает снижение давления и плотности газа (Р'_н<Р_н и ρ'_н<ρ_н). Характеристики начального давления показаны на рис. 4.2 б.

Начальное давление за дросселем выражается уравнением

, (4.1)

где ζ – величина, постоянная для данного угла поворота заслонки α.

Поскольку процесс дросселирования является изоэнтальпийным, для идеального газа температура газа при течении через дроссель не меняется (Т'_н = Т_н).

Из уравнений состояния в случае открытой заслонки и прикрытой заслонки следует соотношение:

. (4.2)

Учитывая, что U´₂=U₂ (при n_об=idem), будет выполняться условие динамического подобия:

, (4.3)

для соблюдения условия кинематического подобия должно выполняться равенство Q´=Q, т.е. объемная производительность по условиям всасывания, определяемая геометрией рабочего колеса и числом оборотов, остается постоянной.

При этом изменяется массовая производительность

. (4.4)

Для подобных режимов отношение давлений в случае открытой заслонки и прикрытой заслонки не меняется

. (4.5)

Применив условие (10.1) к характеристике компрессора (рис. 10.2в), находим, что исходная точкаА и точка А´, определяющая режим работы после прикрытия заслонки, лежат на одной прямой, выходящей из начала координат.

Рис. 4.2. Дросселирование на всасывании: а) схема; б) характеристика дроссельного устройства; в) изменение режима работы: точкаА – исходный режим; точка А´ – требуемый режим; ______ - открытый дроссель; -------- - закрытый частично дроссель

Поскольку режимы работы при полностью открытом дросселе и частично закрытом являются подобными, то безразмерные газодинамические характеристики компрессора остаются неизменными, однако размерные характеристики изменяются вследствие изменения начальных параметров газа (Р´_н, ρ´_н).

Так как , то и , т.е. при регулировании дросселированием на всасывании удельная работа, затрачиваемая на сжатие газа, остается постоянной.

Такой способ более экономичен, чем дросселирование на нагнетании, особенно для рабочих колес с . Для экономичность работы компрессора при дросселировании на всасывании и нагнетании практически одинакова.