1.3.3. Способы регулирования производительности поршневых компрессоров
Расход воздуха из трубопроводной системы по условиям потребления может изменяться, поэтому компрессорная станция должна изменять производительность так, чтобы она соответствовала расходу воздуха из системы. При этом в сети должно поддерживаться давление, требуемое потребителями.
В зависимости от конкретной задачи, которая ставится перед системой регулирования, состав элементов системы может быть различный. Функциональная схема регулирования компрессорной установки изображена на рис 1.5.
Рис. 1.5. Функциональная схема регулирования компрессора:
ОР – объект регулирования; ЧЭ – чувствительный элемент; ЗУ – задающее устройство; СЭ – сравнивающий элемент; ПЭ – промежуточный элемент; ИЭ – исполнительный элемент; РО – регулирующий орган; у – регулируемый параметр; g – задающее воздействие; х – ошибка; µ - регулирующее воздействие
Рассмотрим способы регулирования производительности компрессоров:
1. П е р и о д и ч е с к и й п е р е в о д к о м п р е с с о р а н а х о л о- с т о й х о д путём перепуска воздуха из нагнетательной линии во всасывающую или соединением нагнетательной линии с атмосферой.
Такой способ применяется довольно широко вследствие своей простоты, но является весьма невыгодным, так как часть затраченной работы на сжатие теряется.
2. О с т а н о в к а к о м п р е с с о р а в случае повышения давления выше допустимого применяется в тех случаях, когда продолжительность пониженного потребления сжатого воздуха превышает 20. . . 30 мин. Способ вполне экономичен и широко применяется для мощных компрессоров.
3. И з м е н е н и е о б ъ е м а м е р т в о г о п р о с т р а н с т в а широко используется в компрессорах средней и большей производительности вследствие своей экономичности. Способ реализуется путём присоединения полостей дополнительного мертвого пространства постоянного объема к первой и последней ступеням многоступенчатых компрессоров.
Такой способ регулирования применяется, например, в двухступенчатых компрессорах ВП5-30/9 и ВП2-10/9. Подключения дополнительного объёма мёртвого пространства к ступени I позволяет снизить производительность до 60% от номинального значения.
4. Д р о с с е л и р о в а н и е п р и в с а с ы в а н и и. Если во всасывающий тракт компрессора вводить дополнительное сопротивление (дросселирующая заслонка), то компрессор уменьшает подачу. Этот способ регулирования широко применяется в компрессорах малой производительности при высоких степенях повышения давления благодаря своей простоте и удобству автоматизации, однако энергетическая эффективность его невысока.
5. О т ж и м а н и е п л а с т и н в с а с ы в а ю щ е г о к л а п а н а приводит к уменьшению производительности компрессора пропусками подачи.
Это очень простой способ регулирования, он применяется в небольших компрессорах, но энергетическая эффективность его мала. Если индикаторная работа при переводе на холостой ход составляет примерно 15% от номинальной, а механический КПД в небольших компрессорах – около 80% (с учётом снижения КПД электродвигателя при малых нагрузках), то переведённый на холостой ход компрессор потребляет около 40% электроэнергии номинального режима работы. Другим недостатком способа является износ клапанов и более частые поломки их пластин.
6. И з м е н е н и е ч а с т о т ы в р а щ е н и я в а л а позволяет плавно или ступенчато изменять производительность компрессора. Этот способ экономичен в эксплуатации, но требует приводного двигателя с переменной частотой вращения. Плавное изменение частоты вращения допускают паровые машины и двигатели внутреннего сгорания, устойчивая работа которых сохраняется при снижении частоты вращения до 55% от номинальной. При электрическом приводе такое регулирование широкого применения не получило, так как асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, которые наиболее часто применяются для привода компрессоров из-за своей дешевизны, имеют жесткую характеристику.
Часто для изменения производительности компрессоров используют несколько способов регулирования. Так, например, для привода компрессора 2ВМ2.5 – 12/9 используется асинхронный двухскоростной электродвигатель мощностью 75 кВт с частотой вращения 16,33 1/с или 8,16 1/с при напряжении 380 В. Снижение производительности от 100 до 50% осуществляется изменением частоты вращения двигателя. Для снижения производительности от 50% до нуля предусмотрено байпасирование после второй ступени.