5.2. Регулирование производительности компрессоров и давления нагнетаемого воздуха

Экономичность работы компрессорной станции в значительной мере зависит от правильного использования производительности установленных на станции компрессоров.

При переменном расходе воздуха необходимо регулировать производительность компрессора, поддерживая в сети воздухопроводов постоянное давление.

В компрессорных установках получили распространение следующие способы регулирования производительности: регулирование закрыванием всасывающего трубопровода; регулирование открыванием всасывающих клапанов; регулирование производительности изменением значения вредного пространства путем присоединения к полости цилиндра дополнительных камер; регулирование поочередной остановкой или пуском работающих компрессоров; регулирование выпуском лишнего воздуха через линию холостого хода в атмосферу; регулирование открыванием предохранительных клапанов; регулирование изменением частоты вращения привода (вала компрессора).

Регулирование производительности может осуществляться вручную и автоматически.

Регулирование перекрытием всасывающего трубопровода может быть осуществлено путем его полного или частичного перекрытия, т. е. дросселированием всасывания.

При первом способе регулирующий орган сразу и полностью перекрывает всасывающую линию, причем компрессор переходит на работу вхолостую. Характер регулирования производительности – прерывистый. При втором способе регулирующий орган перекрывает всасывающую линию частично, осуществляя плавное регулирование производительности дросселирование всасывающего газа.

Регулирование производительности при помощи предохранительных клапанов и сбросом через линию холостого хода в атмосферу крайне неэкономично, так как связано с большими непроизводительными потерями электроэнергии.

При работе компрессоров в общую сеть следует установить порядок, при котором все компрессоры работают на полную мощность, кроме одного, производительность которого регулятором производительности поддерживается в пределах, обеспечивающих нормальное рабочее давление в сети воздухопроводов.

При установлении порядка включения и отключения компрессоров необходимо руководствоваться следующими соображениями: отключаются в первую очередь наименее экономичные машины и машины, не имеющие регуляторов давления; при значительном сокращении потребления сжатого воздуха (ночные смены, выходные дни, работа отдельных цехов и т. п.) в работе оставлять компрессорные машины, суммарная производительность полностью удовлетворяет потребность в сжатом воздухе; иметь в виду, что в отдельных случаях менее экономичный компрессор при полной нагрузке будет потреблять меньше электроэнергии, чем более экономичный компрессор большой производительности, работающий с нагрузкой 25 – 50 %; учитывать возможность снижения графика давлений при работе в ночные смены и выходные дни и тем значительно сократить непроизводительные расходы электроэнергии; компрессорная установка должна иметь график работы на пониженном давлении в ночные смены и выходные дни.

Регулирование производительности изменением частоты вращения вала компрессора – наиболее экономичный и удобный способ регулирования, применяемый в тех случаях, когда привод компрессора дает возможность изменять частоту вращения компрессора: в паровых и газовых турбинах, электродвигателях постоянного тока, электродвигателях переменного тока с регулируемой частотой вращения и др. Для пересчета параметров используются следующие уравнения:

; (71)

при адиабатическом сжатии:

; (72)

при изотермическом сжатии:

; (73)

при политропном сжатии:

, (74)

где – производительность компрессора при частоте вращения его вала;

–производительность компрессора при частоте вращения его вала ;

–степень повышения давления воздуха при частоте вращения вала компрессора ;

–степень повышения давления воздуха при частоте вращения вала компрессора ;

, –показатели адиабаты и политропы.

На рис. 33 приведены характеристики центробежных компрессоров с различной частотой вращения.

Рассмотрим случай, когда при изменении давления в системе компрессор должен обеспечивать постоянную производительность. Считаем, что система состоит из резервуара и трубопровода, гидравлическими потерями в котором можно пренебречь. Тогда характеристика системы – прямая линия.

При падении давления в системе от допроизводительность компрессора (при частоте) увеличивается отдо. При регулировании частотой вращения сдорабочая точка переместится в точку, в которой при новом пониженном давлении обеспечивается требуемая постоянная производительность компрессора. Аналогично, если давление в системе увеличилось отдо, производительность компрессора уменьшилась отдо. Для обеспечения постоянной первоначальной производительности необходимо повысить частоту вращения сдо, при которой режим определяется точкой.

Таким образом, путем изменения частоты вращения можно обеспечить постоянную производительность в диапазоне давлений от точки Д до точки Е. В случае, если необходимо поддержать в системе постоянное давление, например , при увеличении производительности отдо, необходимо увеличить частоту вращения сдо, т.е. обеспечить режим в точкеF. Постоянное давление для данного случая можно обеспечить от режима в точке до режима в точкеH изменением частоты вращения: точка C соответствует линии помпажа, а точка H – максимальной частоте вращения компрессора. Поддержание более высокого или более низкого давления в системе соответственно изменяет диапазон производительностей компрессора.