- •Системы снабжения предприятий сжатым воздухом
- •"Технологические энергоносители
- •Часть 1
- •Введение
- •1. Общие сведения о системах производства и распределения энергоносителей
- •1.1. Общие понятия и определения
- •1.2. Функции системы прэ и методы их обеспечения
- •1.3. Функции вспомогательных элементов
- •1.4. Показатели эффективности системы
- •2. Общие сведения о Системах воздухоснабжения
- •2.1. Назначение, достоинства и недостатки систем воздухоснабжения
- •2.2. Структура и схемы систем воздухоснабжения
- •3. Характеристика потребителей сжатого воздуха
- •3.1. Области применения сжатого воздуха и энергоемкость его производства
- •3.2. Классификация потребителей
- •3.3. Параметры потребляемого сжатого воздуха
- •4. Режимы воздухопотребления
- •4.1. Определение нагрузок на компрессорную станцию
- •4.1.1. Виды нагрузок
- •4.1.2. Укрупненный метод определения нагрузок на кс
- •4.1.3. Расчетный метод определения нагрузки на кс
- •4.2. Выбор типа, типоразмера и количества компрессоров, устанавливаемых на компрессорной станции (кс)
- •5. Оборудование и схемы компрессорных станций систем воздухоснабжения
- •5.1. Общие сведения о компрессорном оборудовании
- •5.1.1. Классификация нагнетательных установок и области их применения
- •5.1.2. Поршневые компрессоры
- •5.1.3. Турбокомпрессоры
- •5.2. Технологические схемы компрессорных станций
- •5.2.1. Общие сведения о схемах
- •5.2.2. Технология получения сжатого воздуха на поршневой компрессорной установке
- •5.2.3. Технология получения сжатого воздуха в турбокомпрессорной установке
- •6. Основы теории компрессорных машин
- •6.1. Основные показатели работы (параметры) компрессорных машин
- •6.1.1. Производительность (подача)
- •6.1.2. Удельная работа сжатия
- •6.1.3. Развиваемое давление
- •6.1.4. Термодинамические кпд компрессора
- •6.1.5. Эксергетический кпд
- •6.1.6. Мощность компрессора
- •6.2. Ступенчатое сжатие и его расчет
- •6.2.1. Ступенчатое сжатие в поршневых компрессорах (пк)
- •6.2.2. Ступенчатое сжатие в турбокомпрессорах (тк)
- •6.3. Работа лопаточных машин
- •6.3.1. Основное уравнение турбомашин (уравнение Эйлера) и его анализ
- •6.3.2. Основные свойства турбокомпрессоров
- •7. Основные характеристики компрессоров
- •7.1. Характеристики объемных машин
- •7.2. Характеристики турбокомпрессоров
- •7.2.1. Теоретические характеристики
- •7.2.2. Действительные характеристики тк и их свойства
- •7.3. Определение рабочих параметров компрессорных машин по характеристикам
- •7.3.2. Рабочие параметры объемных машин (на примере пк)
- •7.3.3. Рабочие параметры турбокомпрессоров. Помпаж
- •7.4. Пересчет характеристик турбокомпрессора на другие условия работы
- •7.4.1. Задачи пересчета характеристик
- •7.4.2. Пересчет характеристик тк при изменении начальной температуры
- •7.4.3. Пересчет характеристик тк при изменении частоты вращения ротора
- •8. Регулирование работы компрессорных установок
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Регулирование поршневых компрессоров
- •8.2.1. Регулирование изменением частоты вращения коленчатого вала компрессора
- •8.2.2. Полный или частичный отжим всасывающих клапанов
- •8.2.3. Регулирование присоединением к цилиндру дополнительного объема
- •8.2.4. Регулирование дросселированием на всасывании
- •8.3. Регулирование турбокомпрессоров
- •8.3.1. Регулирование изменением частоты вращения ротора
- •8.3.2. Регулирование тк дросселированием на всасывании
- •8.3.3. Регулирование дросселированием на нагнетании
- •8.3.4. Регулирование поворотом входных направляющих лопаток
- •8.3.5. Регулирование поворотом лопаток диффузора
- •9. Приводы компрессоров
- •9.1. Привод поршневых компрессоров
- •9.2. Привод турбокомпрессоров
- •10. Вспомогательное оборудование компрессорных станций
- •10.1. Загрязнения атмосферного воздуха
- •10.2. Способы очистки воздуха и классификация воздухоочистительных устройств
- •10.3. Основные показатели воздушных фильтров
- •10.4. Влаго- и маслоотделители
- •10.5. Воздухосборники (ресиверы)
- •10.6. Теплообменники (то) компрессорных установок
- •11. Компоновка компрессорных станций
- •11.1. Типы компоновок
- •11.2. Машинный зал, размещение оборудования
- •12. Осушка сжатого воздуха
- •12.1. Способы осушки воздуха
- •12.2. Термодинамические основы осушки охлаждением
- •12.3. Установки для осушки воздуха охлаждением
- •12.4. Адсорбционный способ осушки
- •13. Транспортирование сжатого воздуха
- •13.1. Трубопроводы компрессорной станции
- •13.2. Потери энергии при транспортировке сжатого воздуха
- •13.3. Аэродинамический расчет воздухопровода
- •13.4. Конструкции воздушных сетей
- •14.Повышение эффективности работы систем воздухоснабжения
- •14.1. Повышение работоспособности сжатого воздуха его нагревом перед использованием
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Часть 1
- •420066, Казань, Красносельская, 51
- •420066, Казань, Красносельская, 51
8.2.2. Полный или частичный отжим всасывающих клапанов
При превышении заданного давления автоматически отжимаются всасывающие клапаны. В результате сжатие и подача всасываемого воздуха становятся невозможными. Компрессор переключается на холостой ход.
Устройство отжима используется для разгрузки компрессора при пуске и останове. Довольно широко этот метод регулирования используется в компрессорах холодильных машин.
Этот метод регулирования, как и метод отключения машин, тоже ступенчатый. Число ступеней регулирования будет зависеть от числа цилиндров первой ступени сжатия в компрессоре.
8.2.3. Регулирование присоединением к цилиндру дополнительного объема
С помощью специального клапана к цилиндру присоединяется дополнительный объем. Вследствие этого увеличивается вредное пространство, что уменьшает объемный коэффициент компрессора (см. формулу (8.1)) и, как следствие, его производительность.
8.2.4. Регулирование дросселированием на всасывании
Дросселирование на всасывании приводит к изменению индикаторной диаграммы и уменьшению массовой подачи компрессора. В воздушных ПК этот метод не применяется из-за неэкономичности. Применяют в холодильных машинах.
Таким образом, на станциях с поршневыми компрессорами регулирование обычно ступенчатое, с тем или иным числом ступеней регулирования.
8.3. Регулирование турбокомпрессоров
В отличие от поршневых компрессоров, параметры воздуха за ТК зависят от работы сети. Это объясняется наклонным характером характеристик турбокомпрессоров.
Положение рабочей точки будет зависеть от пропускной способности сети. Поэтому в ТК регулирование можно осуществить как изменением характеристик сети, так и характеристик нагнетателя.
8.3.1. Регулирование изменением частоты вращения ротора
Для ТК изменение числа оборотов ротора обуславливает появление новых характеристических кривых в осях Pнк-Qвк.
Как уже указывалось lк~n2, аQвк~n.
В поле устойчивой работы ТК изменением nможно получить любое значение производительности (см. рис. 8.1).
При удачном сочетании характеристик сети и компрессора изменение числа оборотов ротора ТКУ перемещает рабочую точку практически по полю максимальных значений КПД турбокомпрессора. В этом случае развиваемое давление, а также затрачиваемая мощность будут точно соответствовать необходимому уровню (то есть ровно столько, сколько необходимо для преодоления сопротивления сети).
Поэтому этот способ регулирования ТК является самым экономичным. Он находит широкое применение в тех случаях, когда вопросы экономичности имеют первостепенное значение. Но нужен привод с экономичным регулированием частоты вращения.
Хорошо соответствуют этому требованию паро- и газотурбинный привод и электродвигатели постоянного тока.
Рис. 8.1. Семейство характеристик ТК при изменении числа оборотов ротора n1<n2<n3<n4<n5<n6
В случае использования электродвигателей переменного тока (синхронные и асинхронные) применяют следующие способы регулирования.
8.3.2. Регулирование тк дросселированием на всасывании
Схема регулирования выглядит следующим образом (см. рис. 8.2).
На входе в ТК устанавливается поворотная дроссельная заслонка.
Рис. 8.2. Конструктивная схема центробежного компрессора:
1 – всасывающий трубопровод; 2 – дроссельная заслонка на всасывании; 3 – рабочее колесо ЦБК; 4 – диффузор; 5 – поворотный направляющий канал.
При повороте дроссельной заслонки на угол от ее начального (открытого) положения0происходит дросселирование потока на входе в рабочее колесо. При этом снижается давление (PвкPа), а температура практически не изменяется (Tвк=Tа).
Таким образом, при неизменной объемной производительности Qвк иn=constв соответствии со свойствами ТК при дросселировании на входе остаются неизменными напорlки степень повышения давленияк.
Поскольку , а, то при изменении положения заслонки на всасывании меняется соответственно и давление.
Этот способ регулирования приводит к изменению характеристики компрессора и является довольно экономичным. Расход электроэнергии при регулировании дросселированием на всасывании всего на 10-15 % выше, чем при регулировании частотой вращения ротора.
Порядок построения характеристик ТКпри дросселировании потока на всасывании и при неизменной частоте вращения (n=const).
Пусть нам дана характеристика ЦБК в осях , полученная при полностью открытой заслонке на всасывании (см. рис. 8.3), т.е. при=0.
Для практического использования удобнее всего строить характеристику ТК по степени открытия дроссельной заслонки (т.е. для различных значений угла ). Для этого необходимо иметь газодинамическую характеристику дросселя в виде зависимостидля каждого положения заслонки:0,1,2и т.д. (значения углов:012и т.д.).
Рис. 8.3. Построение характеристики ТК при изменении положения дроссельной заслонки на всасывании.
Эта характеристика определяется экспериментально и записывается в виде
, (8.2)
где А– опытный коэффициент. Он зависит от конструктивных особенностей заслонки и от ее положения.
Основная задача пересчета: каждой точке исходной характеристики (при=0) найти соответствующую точку новой характеристики (при=1), где режимы подобны.
Пересчет точный, так как режимы будут подобны абсолютно.
Возьмем на исходной характеристике произвольную точку М. На этом режиме работу компрессора будут характеризовать следующие параметры:,и будут справедливы следующие соотношения:
,. (8.3)
Задросселируем вход, т.е. повернем заслонку в положение 1. В этом случае, а.
Кроме того, изменится массовый расход газа через ТК: , так как.
Уравнение состояния газа для новых параметров:
. (8.4)
Найдем теперь такое новое значение (точка) при котором сохраняется объемная производительностьа, следовательно, подобны треугольники скоростей, неизменны значения КПД и показатели политропы.
Согласно свойствам ТК в этом случае соблюдаются условия: иили же
, (8.5)
а так как , то, разделив почленно уравнение (8.4) на уравнение (8.3), получим:
, откуда. (8.6)
Это необходимые и достаточные условия подобия режимов.
Найдем такую точку , где эти условия соблюдаются. Для этого соединим точкив иМ с началом координат.
На пересечении линии ов с характеристикой дросселя1получим точкув1. Проведем через эту точку вертикаль. На ее пересечении с прямойОМполучаем точку, а на оси абсцисс – значение.
Докажем, что точка и есть искомая точка.
Из подобия полученных треугольников можно записать:
и, (8.7)
т.е. необходимые условия соблюдаются и режимы в точках Миподобны.
Таким образом, точки подобных режимов для любых положений дросселя находятся на прямой ОМ(и т.д.). Задаваясь рядом точек на начальной характеристике, можно построить кривые новых характеристик.
Соединив максимумы построенных характеристик ТК (Рmax) получим новую границу устойчивой работы ТК при дросселировании на всасывании.
Видно, что этот способ регулирования дает более широкую зону устойчивой работы нагнетателя, чем при регулировании частотой вращения. Это особенно важно для получения малых расходов. Удачным бывает сочетание этих способов регулирования.