Регулирование компрессорных машин

 Потребный режим работы сети (точка М) определяется расходом и соответствующим давлением. По условиям технологического процесса этот режим может от­личаться от номинального ре­жима компрессоров по разным причинам.

 Часто рабочие условия при проектировании установки недо­статочно известны, вследствие чего после ее пуска возникает несоответствие номинальных технических показателей ма­шины и показателей рабочего режима; в другом случае при выборе не оказалось машины, удовлетворяющей поставленным требованиям. Такое рассогласова­ние может происходить также во время эксплуатации компрес­соров в связи с изменением концевого давления, температуры и состава газа или коэффициента сопротивления сети вследствие засорения труб или теплообменников, расстройств и нарушений в работе оборудования и т. п.

В некоторых случаях машины должны работать в нескольких совершенно различных режимах с переходом от одних к другим.

 Может также существовать определенная закономерность не­прерывного изменения, потребных режимов, выражаемая ли­нией АВ на графике V_o— р_к. Частные задачи регулирования — регулирования на постоянное давление, на постоянный расход и на постоянную мощность двигателя. Постоянное давление на выходе компрессора поддерживается, например, при обслуживании пневматического хозяйства, каково бы ни было потребление воздуха из сети. Постоянный расход должен обеспечиваться при подаче газа или воздуха в количестве, доста­точном для потребителей, независимо от сопротивления при пере­качке. Например, определенное количество газа требуется для топок, для бытовых нужд, а сопротивление сети может изме­няться в зависимости от температуры и т. п. Задача регулирования на постоянную мощность возникает, когда компрессор работает при переменных давлениях на входе и выходе. Так, например, на компрессорной станции газового промысла необходимо обеспе­чить постоянство мощности газомоторного компрессора при всех изменениях давления газа, поступающего из эксплуатируемых скважин,   а  также давления  в  газопроводе.

 Назначение регулирования — привести характеристику ком­прессора или группы компрессоров в соответствие с характери­стикой потребного режима сети при условии наиболее полного использования   установленной   мощности   двигателей.

2.1 Методы регулирования компрессоров

Регулирование может быть прерывистым (периодическое пре­кращение работы компрессора), ступенчатым и плавным; ручным или   автоматическим.

Универсальные способы регулирования (применяемые для всех видов машин):

1)       временная остановка компрессора,

2)       изменение частоты вращения вала компрессора,

3)       дросселирование на входе в компрессор,

4) перепуск газа из нагнетательной линии в подводящую линию (или в атмосферу).

  Остановка одной или нескольких машин позволяет регулировать общую подачу компрессорной станции. При работе одиночного компрессора периодическая его остановка обеспечи­вает снижение подачи в среднем за период пуска. Остановка ком­прессора выполняется двумя способами: остановкой двигателя и отключением компрессора от работающего двигателя с помощью пневматических или электромагнитных муфт. Преимущество пер­вого способа — прекращение расхода энергии с момента остановки агрегата. Преимущество второго способа — поддержание уста­новившегося режима работы двигателя и упрощение автоматиза­ции управления агрегата (редкие пуск и остановка осуществляются вручную). При частых остановках (обычно объемных машин) выявляется общий недостаток метода регулирования останов­ками — нарушение теплового режима компрессора, что приводит к неравномерному нагреву рабочих органов и заставляет уста­навливать в машине повышенные зазоры, что нежелательно. Остановки и пуски можно делать редкими, но тогда необходимо иметь   большой   ресивер.

 Изменение частоты вращения вала компрес­сора — универсальный способ изменения характеристики ком­прессора при условии, что двигатель допускает экономичное изме­нение частоты вращения. Способ применяется для компрессоров, имеющих привод от газовой или паровой турбины или от двига­теля внутреннего сгорания, преимущественно от дизеля, допуска­ющего большое изменение скорости вращения — около 50%. Частота вращения вала газомоторных компрессоров в небольших пределах регулируется автоматическим приспособлением. В слу­чае привода от трехфазного электродвигателя возможно ступен­чатое регулирование, если двигатель имеет переменное число полюсов. Однако этот двигатель имеет крупные габариты и высо­кую стоимость. Существует метод плавного регулирования асин­хронных электродвигателей с фазовым ротором при помощи так называемого вентильного каскада. Эта схема нашла некоторое применение на компрессорных станциях магистральных газо­проводов.

  Метод регулирования изменением частоты вращения вала компрессора наиболее экономичный. Исключение составляют не­которые типы роторных компрессоров. Например, в пластинчатом компрессоре удельный расход энергии при снижении частоты вра­щения вала повышается, так как относительные потери мощности от неплотности возрастают. Диапазон выгодного регулирования зависит от типа компрессора и формы кривой зависимости к. п. д. от частоты вращения и степени повышения давления.

 При постоянной частоте вращения двигателя ступенчатое регулирование компрессора можно осуществлять при помощи коробки передач, что усложняет привод, а плавное — посредством гидродинамической муфты, что, однако, снижает экономичность регулирования почти до уровня, присущего дросселированию в потоке газа.

 Дросселирование на входе в компрессор приводит к уменьшению плотности газа и, следовательно, к сни­жению подачи компрессора. Объемный расход газа V_H, зависящий от степени повышения давления, при постоянном конечном давле­нии падает из-за увеличения е, что еще больше снижает количе­ство подаваемого газа. Понижение давления перед компрессором при сохранении конечного давления вызывает возрастание конеч­ной температуры, что может быть особенно опасным при работе на воздухе, содержащим пары масла. При перекачивании горючих газов разрежение при входе в компрессор может привести к под­сасыванию из атмосферы воздуха вследствие негерметичности узла регулирования, к образованию полимерных соединений и взрыво­опасных смесей. Дросселирование сопровождается увеличением удельного расхода энергии, что снижает эффективность его при­менения по сравнению с другими способами длительного регу­лирования.

Перепуск газа из нагнетательной линии в область всасывания — основное средство разгрузки компрессора при пуске. Если при этом нагнетательный трубопровод остается под давлением, то на нем устанавливают обратный клапан или за­движку. Дроссельный перепуск применяется в сочетании с дру­гими методами ступенчатого регулирования.

2.2 Методы регулирования динамических компрессорных машин

  1.Дросселирование   на   выходе   компрес­сора

  2.Дросселирование'  на   входе   в   компрес­сор. Каждому  положению дросселя  соответствует своя линия изменения начального давления в зависимости от расхода газа V_oи, следовательно, своя характеристика р_к— V_oпри постоян­ной частоте вращения (рис. 2, а). Линии всех характеристик 1, 2, 3, ... сходятся в одной точке, поскольку при закрытой за­движке на выходе дросселирование на входе не имеет значения. При дросселировании критическая точка характеристики k смещается влево. Поэтому при запуске и остановке машины, чтобы избежать работы в помпажной зоне, следует закрывать дроссель, а затем манипулировать с задвижкой на выкиде.

1. Изменение  частоты   вращения. Поле харак­теристик машины при различных частотах вращения (рис. 2, б) может быть использовано для  определения  и  поддержания той частоты вращения, при которой компрессор подает необходимое количество газа при заданном противодавлении (по пересечению линии АВ потребных режимов с кривыми р._л— V_o).
2. Поворот   лопастей   направляющего   ап­парата   (рис. 2, е). При закручивании потока газа перед входом в рабочее колесо с помощью лопастей скорость с_ои может иметь, как положительное, так и отрицательное значение. Ско­рость с_ок, согласно уравнению Эйлера, изменяет удельную работу рабочего   колеса,   а   следовательно,   и   характеристику ε-V_oкомпрессора  (рис.  2,  г),  особенно значительно для  рабочего колеса с малым отношением D₂/D_vПо эффективности этот способ выше, чем дросселирование, но уступает регулированию частотой вращения.
3. Поворот   лопастей   диффузора.   При изменении угла установки лопастей диффузора и уменьшении входного угла наклона лопастей а_2л граница помпажа отодвигается в сторону меньших значений V_н. По расходу энергии этот способ экономич­нее, нежели предыдущий, но конструктивно более сложный.
4. Перепуск   газа.  Для  устойчивой работы  компрессора при  малых  расходах  газа  (за  границей  помпажа)  применяется перепуск газа на вход в компрессор (или выпуск в атмосферу). При уменьшении  подачи  непосредственно  перед границей зоны помпажа Р—Р (точка А на рис. 2, д) открывается клапан, вы­пускающий часть газа из нагнетательной линии. При этом потре­битель получает количество газа в объеме V_гп, а на вход компрес­сора  направляется объем   V_гп— V_п.

Рисунок 2 – Способы регулирования подачи центробежных компрессоров

а – характеристики при дросселировании во всасывающий линии; б – характирстики при изменении частоты вращения; в – схема устройства для регулирования лопастями при входе: 1 – рабочее колесо; 2 – поворотные лопасти; 3 – корпус компрессора; 4 – вал; г – изменение характеристики: α – угол поворота лопастей; д – регулирование перепуском газа