тродвигателем, Оно применимо для двигателей значительной мощности, в частности для синхронных электродвигателей.
По экономичности регулирование отсоединениями компрессора от двигателя уступает регулированию остановками двигателя, так как сопряжено с потерей энергии, расходуемой на холостой ход электродвигателя. Но оно экономичнее, чем регулирование переводом компрессора на холостой ход, так как в периоды прекращения подачи нет затраты энергии на холостой ход компрессора, составляющей не менее 15 % номинального расхода. Используется для всех типов компрессоров.
Изменение частоты вращения двигателя может быть либо ступенчатым, либо плавным, соответственно чему получается тот или иной характер регулирования производительности компрессора. Изменение частоты вращения вала компрессора определяется его двигателем.
Большинство компрессоров имеет в качестве привода асинхронные и синхронные электродвигатели. Современный уровень развития силовой электроники, микропроцессорных систем управления и контроля позволил создать преобразователи частоты, которые обеспечивают регулирование скорости электродвигателей. В качестве примера можно назвать преобразователи с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), которые объединяют схемы управления напряжением и частотой в одной выходной секции. Выходное напряжение всегда имеет постоянную амплитуду и при помощи прерывания или широт- но-импульсной модуляции выполняется управление средним значением напряжения и скоростью электродвигателя. Мощность современных преобразователей - до 900 кВт.
При плавном изменении скорости вращения вала поршневых и винтовых компрессоров прямо пропорционально ей изменяется их производительность. Мощность на валу снижается даже более чем пропорционально, так как сокращается работа механического трения, уменьшаются скорости газа и
70
потери давления в межступенчатых коммуникациях, и происходит более интенсивное охлаждение газа в цилиндрах и в промежуточных охладителях, вызванное удлинением периода цикла. Снижение производительности не вызывает перераспределения отношения давлений между ступенями, что позволяет изменять производительность в широких пределах.
Газовые турбины, как и паровые турбины, также применяемые для привода поршневых компрессоров, допускают снижение частоты вращения со 100 до 25 %, Однако при работе на пониженных частотах кпд турбин значительно снижается. Двигатели внутреннего сгорания допускают снижение частоты вращения со 100 до 60 %.
5.2.2. Регулирование воздействием на коммуникации
На принципе воздействия на коммуникацию основано два вида регулирования: перекрытием всасывания и перепуском с нагнетания на всасывание.
Существует два способа регулирования перекрытия всасывания; отключение всасывания и дросселирование на всасывании. 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 дросселированием всасываемого газа.
Отключение всасывания. Периодический перевод компрессора на холостой ход и номинальную нагрузку широко применяется в настоящее время для регулирования рабочего давления компрессоров объемного принципа сжатия (в основном для винтовых). При комбинированном способе – перевод на холостой ход перекрытием всасывания является первой ступенью регулирования.
71
Для поршневых компрессоров этот способ связан с определенными трудностями. Прекращение подачи после перекрытия всасывающей трубы происходит не мгновенно. Подача, постепенно уменьшаясь, продолжается еще несколько оборотов за счет газа, отсасываемого из пространства между всасывающим клапаном и регулирующим органом.
Возникающая в цилиндре при отключении всасывания разность давлений на поршень создает "пики" вращающегося момента, которые затрудняют пуск и заставляют прибегать к добавочным устройствам для разгрузки. Кроме того, отключение всасывания сопровождается кратковременным, но значительным ростом температуры нагнетания, который вызывается увеличением отношения давлений. После прекращения подачи температура в конце сжатия снижается, так как в цилиндре компрессора остается только небольшое количество газа и стенки цилиндра достаточно эффективно отводят от него тепло. Но при недостаточно плотном регулирующем органе происходит подсос газа. При этом нагнетание прекращается не полностью и происходит с большим повышением температуры газа.
Дросселирование на всасывании. Дросселирующие устройства, применяемые для такого регулирования производительности, выполняют в виде клапана шибера или задвижки и располагают перед всасывающим патрубком компрессора. Уменьшая проходное сечение дросселя, увеличивают его сопротивление и. следовательно, снижают давление газа, поступающего в цилиндр компрессора.
У центробежных компрессоров это организуется путем закрутки потока всасываемого газа перед рабочим колесом. У объемных – частичным перекрытием всасывающего патрубка. Общим является одновременное открытие выпускного клапана. Небольшой поток воздуха вентилирует компрессор и стравливается в атмосферу. При таком способе затраты энергии составляют 20-30 % от номинального расхода.
72
Регулирование дросселированием, обеспечивая плавность изменения производительности, конструктивно осуществляется весьма просто, в этом его преимущество, благодаря которому, несмотря на неэкономичность, его применяют для средних и больших поршневых компрессоров, а также для турбокомпрессоров.
Регулирование перепуском с нагнетания на всасы-
вание может производиться двояко; свободным и дроссельным перепусками. Первый способ осуществляется полным открытием перепускного вентиля или клапана с переводом компрессора на холостой ход. При втором способе перепуск сжатого газа производится через частично открытый вентиль, чем достигается плавное изменение производительности.
Перепуск производят через байпас - трубопровод, снабженный перепускным вентилем или клапаном, который сообщает нагнетательную линию компрессора с всасывающей или установлен между нагнетательным и всасывающим коллекторами цеха.
Свободный перепуск. Он служит как для регулирования, так и для осуществления холостого хода и применяется в крупных компрессорах для разгрузки компрессора при пуске.
При полностью открытом байпасном вентиле или клапана газ вместо подачи в нагнетательную магистраль возвращается во всасывающую линию, циркулируя по замкнутому циклу через цилиндры компрессора и его трубопроводы. Давления нагнетания при байпасе достаточного сечения устанавливается почти равным давлению всасывания.
Дроссельный перепуск. Он обеспечивает плавное снижение производительности, но без уменьшения потребляемой компрессором мощности и, следовательно, является неэкономичным способом регулирования. При регулировании дроссельным перепуском с последней ступени на всасывание первой давления и температуры в ступенях не изменяются, не нарушается и равномерность хода. Поэтому плавное снижение
73
производительности возможно в диапазоне от 100 до 0 %. Простота конструкции байпаса и возможность пользоваться тем же устройством, которое служит для разгрузки компрессора при пуске, оправдывают такой способ регулирования для кратковременного или частого применения. Он служит иногда дополнительным средством регулирования, если основное осуществляется ступенчато или в узком диапазоне,
5.2.3. Регулирование изменением конструкции компрессора
Для поршневых компрессоров подобный вид регули-
рования реализуется:
-воздействием на клапаны компрессора, преимущественно впускные);
-установкой перепускных клапанов в цилиндрах компрессоров двойного действия:
-присоединением дополнительных полостей в пространство над поршнем.
При регулировании воздействием на клапаны ци-
линдра изменение производительности достигается частичным или полным возвратом газа из полости цилиндра во всасывающий патрубок. Наиболее распространенным способом такого регулирования является отжим всасывающих клапанов.
Если воспрепятствовать закрытию самодействующего всасывающего клапана, то газ, поступивший в цилиндр при ходе всасывания, при обратном ходе поршня будет вытеснен из цилиндра через тот же всасывающий клапан (при полном отжиме клапанов).
При неполном отжиме клапана сквозь образовавшуюся щель уходит часть сжимаемого газа, и производительность компрессора понижается.
При отжиме всасывающих клапанов на части хода поршня к концу всасывания всасывающие клапаны принуди-
74