Компрессор. 1 История
 Скачать 7.99 Mb.
|
|
Рис. 1.18. Мертвые зоны цилиндра Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 7 1.5.1. Поведение потока. Расход сжатого воздуха может быть рассчитан из его его скорости и площади сечения трубопровода - разумеется, правильными являются и обратные вычисления. , где V´ - объемный расход [м³/мин]; A 1 , A 2 - площадь сечения [м²]; v 2 , v 2 - скорость [м/мин]; Это значит, что: скорость потока обратно пропорциональна площади сечения. 1.5.2. Типы потока. Поток может быть ламинарным (равномерным, идеальным) или турбулентным (с различными и динамично меняющимися векторами движения). В реальности, в системах сжатого воздуха всегда существуют только турбулентные, в той или иной степени, потоки. Основными интересными с нашей точки зрения особенностями ламинарного потока является низкий перепад давления (положительный эффект) и низкий теплообмен газа и стенок проводника (в разных случаях может иметь как негативный, так и позитивный эффект). Особенностями турбулентного потока является высокое падение давления и высокая же способность к теплообмену. 3. Генераторы сжатого воздуха. Компрессоры (компакторы) - это устройства для сжатия и нагнетания газа до любого давления выше атмосферного. Мы рассматриваем исключительно этот вид генераторов сжатого воздуха. Вентиляторы - это устройства для небольшого увеличения давления. При их использовании происходят только небольшие изменения в давлении и температуре. Хотя эти устройства, строго говоря, также относятся к компрессорам, обычно, в случае далеких от научных исследований целей, их к таковым не причисляют Вакуумные насосы - это устройства для создания давления ниже атмосферного - т.е. частичного вакуума - путем втягивания среды. 3.1. Компрессоры (компакторы). Компрессоры бывают двух основных видов: динамические и объемные. Динамические компрессоры К динамическим компрессорам относятся, например, турбокомпрессоры, в которых вращающиеся диски с размещенными на них лопастями ускоряют поток воздуха. В турбокомпрессорах в частности, и в динамических компрессорах вообще, имеет место преобразование скорости движения потока газа в давление. Динамические компрессоры предпочтительны при потребности в значительных количествах (ориентировочно, от 100 м³/мин и выше) воздуха, сжатого до низкого давления. Объемные компрессоры У объемных компрессоров, камера сжатия полностью закрывается после впуска подлежащего сжатию воздуха или иного газа. Затем, объем камеры принудительно уменьшается, и в результате увеличивается давление. К объемным компрессорам относятся, в том числе, поршневые и винтовые компрессоры. Объемные компрессоры предпочтительны, если требуются относительно небольшие (обычно до 100 м³/мин) количества воздуха. Диапазон давлений у объемных компрессоров значительно шире, чем у динамических. 3.2. Типы компрессоров. Показано деление компрессоров на типы согласно их принципу работы. Рис. 1.21. Поведение потока Рис. 1.22. Типы потока: Ламинарный (вверху) и турбулентный (внизу) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 8 Компания BOGE производит плунжерные поршневые компрессоры , винтовые компрессоры , а также турбокомпрессоры. 3.2.1. Типы компрессоров и на что они способны. Показаны типичные диапазоны производительности и давления для основных типов компрессоров. Тип Обозначение Рисунок Pmax (бар) V´ (м³/ч) Плунжерный 10 (1 ступень) 40 (2 ступени) до 500 (>2 ступеней) 120 600 Крейцкопфный 10 (1 ступень) 40 (2 ступени) до 500 (>2 ступеней) 120 600 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 9 Мембранный небольшое небольшой Со свободным поршнем очень ограниченное применение Лопаточный (пластинчатый) 16 4500 Жидкостно-кольцевой 10 небольшой Винтовой 22 3000 Системы Рутса 1,6 1200 Осевой турбо Радиальный турбо 10 200000 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 10 3.2.2. Поршневые компрессоры. Поршневые компрессоры втягивают и нагнетают воздух при поступательном движении поршня. Втягивание и нагнетание контролируется клапанами одностороннего действия (своего рода, обратными клапанами). Путем последовательного соединения нескольких ступеней сжатия возможно достижение высоких давлений конечного сжатия. Плунжерные компрессоры В плунжерных компрессорах, поршень напрямую соединен с коленвалом через шатун. Крейцкопфные компрессоры В крейцкопфных компрессорах, сила передается на поршень через крейцкопф. Расположение цилиндров Поршневые компрессоры, как плунжерные, так и крейцкопфные, различаются также по расположению цилиндров, а именно: C вертикальным расположением + Отсутствует нагрузка на поршень и поршневые кольца, взникающая под действием веса поршня. + Небольшая занимаемая площадь. C горизонтальным расположением - Такая конструкция может использоваться только в многоцилиндровых системах типа «боксер» + Низкое воздействие силы тяжести. Однако, это преимущество ощущается только при больших производительностях. Рис. 3.2. Устройство плунжерного компрессора Рис. 3.3. Устройство крейцкопфного компрессора Рис. 3.4. Плунжерные компрессоры V- и W- образное расположение цилиндров Рис. 3.6. Крейцкопфные компрессоры Горизонтальный L-образный, Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 11 V-, W-, или L-образное расположение + Хорошая механическая сбалансированность + Небольшая занимаемая площадь Особенности поршневых компрессоров + Возможно достижение высоких давлений + Возможно сжатие технических газов - Мало приспособлены к динамичным изменениям потребления - Высокий расход масла (низкое качество сжатого воздуха) - Высокий уровень шума и вибрации 3.2.3. Диафрагменные компрессоры. Диафрагменные компрессоры также принадлежат к классу компрессоров объемного сжатия. Сжатие производится гибкой диафрагмой. Вместо поршня, совершающего возвратно- поступательные линейные перемещения между двумя конечными точками, у диафрагменных компрессоров внутри цилиндра размещана прикрепленная к его стенкам диафрагма, приводимая в движение шатуном и совершающая нелинейные колебания. Заложенный в конструкцию компрессора ход шатуна определяется эластичностью диафрагмы. Особенности диафрагменных компрессоров + Большой диаметр цилиндра + Небольшой ход поршня + Безмасляные - Экономически оправданы только при низком объемном расходе, низком давлении, а также при генерации вакуума 3.2.4. Компрессоры со свободным поршнем. Еще один тип объемных компрессоров - это т.н. «компрессоры со свободным (плавающим) поршнем». В эти компрессоры интегрирован двухтактный дизельный двигатель внутреннего сгорания. Запуск компрессора производится сжатым воздухом, толкающим поршни в сторону центра компрессора, где размещен приводной цилиндр дизельного двигателя внутреннего сгорания. В это время воздух всасывается через клапаны всасывания. Производимое при этом сжатие топливной смеси вызывает ее возгорание и расширение, что приводит к обратному ходу поршней, и сжатию воздуха. В то же время, конструкция поршней такова, что при сжатии воздуха, продукты сгорания топливной смеси выводятся из системы. Большая часть сжатого воздуха выводится через клапаны минимального давления, а оставшийся сжатый воздух направляется на новое вталкивание поршней в камеру сгорания (т.е., начинается новый цикл). Особенности компрессоров со свободным поршнем + Высокая эффективность - Простой принцип, но, тем не менее, очень редко используемый. На практике, движения поршней нуждаются в тонкой и трудно осуществимой синхронизации, с использованием сложных контрольных устройств. Применение очень ограничено. 3.2.5. Пластинчатые (лопаточные) компрессоры. Еще один тип объемных компрессоров - это т.н. роторно-пластинчатые, или лопаточные, компрессоры (англ. rotary vane compressor). Корпус компрессора и лопатки, установленные в пазах эксцентрически расположенного цилиндрического ротора, образуют камеры сжатия. На определенном этапе вращения ротора, под воздействием центробежной силы, лопатки выдвигаются из пазов ротора. При дальнейшем повороте ротора, воздух оказывается заключенным в камеру сжатия с постепенно уменьшающимся объемом - за счет чего и достигается сжатие. Уплотнение зазоров между лопатками и корпусом блока сжатия, смазывание и отвод выделяющегося при сжатии тепла достигаются путем впрыскивания в камеру сжатия компрессорного масла, которое затем выделяется из воздушно-масляной смеси в системе сепарации пластинчатого компрессора, и возвращается обратно в масляный контур компрессора. Особенности пластинчатых компрессоров + Низкий уровень шума + Ровный, без пульсаций, поток сжатого воздуха + Небольшая занимаемая площадь + Простота проведения облуживания - Низкая эффективность V- и W- образные Рис. 3.8. Устройство мембранного компрессора Рис. 3.9. Устройство компрессора со свободным поршнем: a - выход сжатого воздуха b - всасывание воздуха c - впрыск топлива d - выход газов сгорания Рис. 3.11. Устройство пластинчатого компрессора Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 12 - Высокая стоимость обслуживания (износ лопаток, высокая частота замены специального масла и его высокая стоимость) 3.2.7. Винтовые компрессоры. Пожалуй, наиболее распространенным типом объемных компрессоров являются винтовые компрессоры. Внутри корпуса винтового блока такого компрессора размещены два ротора с ассиметричным профилем, вращающиеся в противоволожных направлениях. Камера сжатия с уменьшающимся объемом образуется между стенками корпуса и поверхностями роторов, при их вращении. Маслозаполненные винтовые компрессоры В маслозаполненных винтовых компрессорах, вращение от привода сообщается только одному из роторов, т.н. ведущему; синхронизирующая передача между роторами отсутствует, и сила передается через уплотнитель, которым служит масло. Компрессорное масло, впрыскиваемое внутрь винтового блока, обеспечивает отсутствие контакта между двумя роторами, а также смазывание их подшипников и отвод тепла, выделяющегося при сжатии. Масло затем выделяется из воздушно-масляной смеси встроенной в компрессор системой сепарации, охлаждается и возвращается в винтовой блок. Безмасляные винтовые компрессоры - это компрессоры, где масло не вступает в контакт со сжимаемой средой. В таких компрессорах, роторы соединены синхронизирующей зубчатой передачей, обеспечивающей согласованное вращение роторов и отсутствие между ними контакта. Особенности винтовых компрессоров + Приспособленность для долговременной непрерывной работы + Высокая эффективность + Ровный, без пульсаций, поток сжатого воздуха + Низкая температура конца сжатия + Простота облуживания + Высокое качество сжатого воздуха (низкий расход масла) + Низкий уровень шума 3.2.8. Компрессоры системы Рутса. Компрессоры системы Рутса (англ. Roots compressor), изобретенные в 1859 году братьями Рутс, также относятся к классу объемных компрессоров. Из-за довольно низкого давления, которое они могут обеспечить, в обиходе их часто называют воздуходувками Рутса. Внутри цилиндрического корпуса установлены два симметричных ротора, вращающихся в противоположных направлениях. Роторы соединены синхронизирующей передачей, и контакт между ними отсутствует. Особенности компрессоров Рутса + Безмасляные + Минимальное обслуживание - Низкое максимальное давление (порядка 1,6 бар) сильно ограничивает их применение - Чувствительны к пыли и песку 3.3.1. Поршневые компрессоры - общее. Поршневые компрессоры, наряду с винтовыми, являются одним из наиболее распространенных типов объемных компрессоров. Через клапан всасывания, работающий, как обратный клапан, поршень втягивает воздух при движении вниз. В это время клапан нагнетания закрыт, т.к. он тоже работает как обратный клапан, но открывающийся в другую сторону. При движении поршня вверх клапан всасывания не может открыться, но клапан нагнетания открывается. Поршень приводится в движение коленвалом и шатуном, преобразующим вращение коленвала в возвратно-поступательные движения поршня. Поршневые компрессоры бывают одно- и многоцилиндровые, а также одно- и многоступенчатые (когда воздух, сжатый до определенного давления в цилиндре 1ой ступени, поступает на дополнительное сжатие в цилиндр 2ой ступени, затем, возможно, 3ей ступени и т.д.). Многоцилиндровые компрессоры используются для производства сравнительно больших количеств сжатого воздуха, многоступенчатые - для сжатия воздуха до более высокого давления. Одноступенчатые компрессоры Сжатие до конечного давления производится за один ход поршня. Двух- и многоступенчатые компрессоры Рис. 3.15. Устройство винтового компрессора Рис. 3.16. Маслосмазываемый винтовой блок BOGE в разрезе Рис. 3.15. Устройство компрессора Рутса Рис. 3.23. Поршневой компрессор BOGE Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 13 На первой ступени сжатие производится до некоторого промежуточного давления, затем воздух охлаждается в промежуточном теплообменнике и подается на вторую ступень сжатия, где досжимается до конечного давления и охлаждается в финальном теплообменнике. В случае, если ступеней сжатия больше, чем 2, все происходит так же. Скорость вращения и скорость поршня С точки зрения надежности и продолжительности службы компрессора, скорость вращения как двигателя, так и коленвала (а они разнятся в случае, если используется ременный привод) имеют второстепенное значение. Наиболее важным для оценки потенциальной скорости износа является скорость движения поршня. Эти понятия не прямо взаимозависимы: например, компрессор с низкой скоростью вращения и большим ходом поршня может иметь высокую скорость поршня. Наоборот, компрессор с высокой скоростью вращения и небольшим ходом может иметь низкую скорость движения поршня. В поршневых компрессорах BOGE, скорость движения поршня чрезвычайно низка - отчасти поэтому компрессоры BOGE так долговечны. 3.3.2. Расход по всасыванию и нагнетанию. Производительность (расход) поршневого компрессора по всасыванию легко поддается исчислению, как это описано в главе 1.4.4. «Объемный расход» . Однако, на выходе поршневого компрессора пользователь всегда получает только часть этой «теоретической производительности». Выход воздуха (производительность компрессора по нагнетанию) не рассчитывается, а замеряется, и указывается в соответствии со стандартом VDMA 4363, DIN 1945, ISO 1217 или PN2 CPTC2. Отношение производительности по нагнетанию к производительности по всасыванию называют коэффициентом объемной эффективности. Например, коэффициент объемной эффективности типичного 10-барного поршневого компрессора BOGE тип SR 2030 составляет 1508 л/мин : 2030 л/мин = 0,74. Вредное пространство цилиндра Вредным пространством цилиндра называют пространство между верхней мертвой зоной поршня и нижней поверхностью клапанной доски. Наличие и величина вредного пространства определяется: - допусками конструкции - полостями в клапанах - индивидуальными конструктивными соображениями По завершении цикла компрессии, во вредном пространстве все еще остается сжатый воздух. Во время хода поршня вниз, всасывание воздуха из атмосферы начинается не сразу, а только после того, как этот остаточный сжатый воздух расширится до атмосферного давления. Другими факторами, объясняющими разницу между расходом по всасыванию и эффективной производительностью, являются: сопротивление фильтра всасывания, утечки, нагрев всасываемого воздуха и его расширение. При выборе компрессора, всегда обращайте внимание на то, какая производительность указана - по всасыванию или по выдаче, и в соответствии с каким стандартом она указана! В предложениях нашей компании, всегда указываются обе эти величины. Рис. 3.24. Всасывание (слева) и нагнетание (справа) Рис. 3.25. Всасывание и эффективная производительность Рис. 3.26. Вредное пространство цилиндра C - вредное пространство S - ход поршня R - ненужное расширение Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 14 3.3.3. Охлаждение поршневых компрессоров. В любом процессе сжатия выделяется тепло. В общем случае, кол-во выделяющегося тепла зависит от финального давления сжатия. Чем выше это давление, тем больше выделится тепла. В соответствии с правилами промышленной безопасности, температура конца сжатия одноступенчатых компрессоров с маслосмазываемыми камерами сжатия, мощностью приводного электродвигателя до 20 кВт и финальным давлением до 10 бар, не должна превышать 220 °C. Для компрессоров с более высоким максимальным давлением и мощностью лимитом является 200 °C. Для многоступенчатых компрессоров с максимальным давлением выше 10 бар - 160 °C. Очевидно, что это тепло должно быть отведено, т.к. оно как увеличивает требования к материалам конструкции, так и, в случае с маслосмазываемыми компрессорами, является потенциальной опасностью взрыва. Цилиндры поршневого компрессора размещены в наиболее выгодной с точки зрения возможностей охлаждения позиции, а для лучшего теплообмена как сами цилиндры, так и их головки снабжены ребрами охлаждения. Однако, как бы ни был хорош телообмен саммих цилиндров, этого недостаточно. Поэтому, в современных компрессорах каждая ступень сжатия оснащается собственным теплообменником. Более того, иногда именно расчет теплообменников является причиной увеличения числа ступеней сжатия: если в процессе проектирования компрессора выясняется, что потребовались бы слишком большие теплообменники, часто вовсе не увеличивают их размер, а распределяют сжатие по большему числу ступеней - и вместо, например, двух ступеней появляется три. Обычно, поршневые компрессоры оснащаются теплообменниками с воздушным охлаждением - ведь воздух доступен везде, и ничего не стоит. Охлаждение производится вентилятором, направленно охлаждающим цилиндры и теплообменники. Инструкция по безопасности эксплуатации поршневых маслосмазываемых компрессоров VGB 16 §9 оговаривает, что после последней ступени сжатия температура сжатого воздуха должна быть в пределах 60...80 °C. Ведущие производители, заботящиеся о качестве своей продукции, не только выполняют это требование, но и обеспечивают еще более низкую температуру сжатого воздуха. Например, в поршневых маслосмазываемых компрессорах BOGE, как одно-, так и двуступенчатых, разница между температурой окружающей среды и сжатого воздуха не превышает 10-15 °C. Пользователь также много выигрывает от снижения температуры - ведь охлажденный воздух содержит меньше парообразной влаги (которая в последующем все же конденсировалась бы в процессе охлаждения воздуха в трубопроводах и ресиверах). Жидкую же влагу, выделившуюся в теплообменнике компрессора, удалить значительно проще - достаточно простых и недорогих циклонного сепаратора и фильтра грубой очистки. Кроме того, более низкая температура сжатого воздуха означает и возможность использования меньших, а значит, и менее дорогих, осушителей сжатого воздуха. 3.3.5. Управление поршневыми компрессорами. Обычно, управление поршневыми компрессорами производится с помощью реле давления, или, как также называют этот тип устройств, прессостатов. Реле давления размещают в «спокойной зоне» системы сжатого воздуха, где отсутствуют пульсации давления. Обычно, в роли таковой выступает воздушный ресивер. Реле давления является электромеханическим устройством, основу которого составляют пружинные механизмы с пружинами определенной жесткости, реагирующими на изменения давления. При достижении давлением верхнего установленного уровня реле давления размыкает цепь подачи питания на электродвигатель, при падении до нижнего установленного уровня - замыкает цепь. Иногда, особенно, в случае, если мощность двигателя больше 5,5 кВт, замыкается не силовая цепь электропитания, а управляющая, которая, в свою очередь, через пускатели (например, собранные в схему запуска «звезда-треугольник») запускает или останавливает электродвигатель. Установки давления включения и выключения поддаются регулировке - обычно, с помощью регулирующих жесткость пружин винтов. Компания BOGE рекомендует (и использует в качестве заводских настроек) дифференциал в 20% от максимального рабочего давления поршневого компрессора. Например, для 10-барной машины давление включения будет 8 бар, а выключения - 10. Соответственно, для 15-барного компрессора рекомендуемые нами установки - 12 и 15 бар. Режима холостого хода, как, например, у компрессоров винтового типа, у поршневых компрессоров нет, и они выключаются сразу же после достижения давлением верхнего установленного уровня (т.н. повторно-кратковременный Рис. 3.27. Охлаждение поршневого компрессора BOGE серии SB Рис. 3.28. Пластинчатый теплообменник поршневого компрессора BOGE Рис. 3.29. Реле давления (прессостат) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 15 режим работы). Поэтому, установка меньшего дифференциала нежелательна, т.к. тогда компрессор будет включаться и выключаться слишком часто, что повлечет за собой увеличение нагрузки как на поршневую группу, так и на электродвигатель. Однако, больший дифференциал устнавливать вполне возможно - тогда время компрессора под нагрузкой будет дольше, но и время простоя - тоже. Разумеется, уменьшить число циклов включения-выключения можно и с помощью установки воздушного ресивера большего объема. Информация о максимально допустимой частоте включений/выключений приводных электродвигателей содержится в главе «Расчет и проверка цикличности работы компрессора» 3.3.6. Применение и преимущества поршневых компрессоров. В целом, возможностей для применения общепромышленных поршневых компрессоров меньше, чем, например, винтовых, ввиду, во-первых, плохой их приспособленности к меняющимуся потреблению сжатого воздуха (отсутствие режима холостого хода) и значительно меньшего диапазона производительности. Поршневые компрессоры могут применяться на небольших предприятиях, где потребность в воздухе эпизодична - как правило, это цеха и мастерские, использующие пневмоинструмент. Если присутствует постоянное долгое потребление сжатого воздуха (например, какой-либо автоматизированной линией), то обычно стоит отдать предпочтение винтовому компрессору. Более того, даже при колеблющемся расходе, винтовой компрессор, благодаря имеющемуся у него режиму холостого хода, может использоваться везде, где и поршневой. Поршневые компрессоры могут выступать в роли компрессоров пиковой нагрузки в комплексных компрессорных сетях. Это значит, что при обычном потреблении сжатого воздуха, работают только винтовые компрессоры. Если же потребление растет, и винтовые компрессоры не справляются с его покрытием (поршневой компрессор определит это по падению давления), то поршневой компрессор кратковременно включается в работу. Разумеется, и с этой функцией винтовой компрессор справился бы не хуже, поэтому выбор поршневого компрессора опять под вопросом. Преимущества и недостатки + Могут сжимать почти все технические газы + Незаменимы при пр-ве воздуха высокого давления + Могут использоваться в качестве бустеров + Относительная простота конструкции - Плохая приспособленность к изменению потребления (отсутствие холостого хода) - Небольшой диапазон производительности - Низкое качество сжатого воздуха (высокое содержание масла) - Высокий уровень шума и вибрации Информацию о конкретных компрессорах этого типа, предлагаемых компанией BOGE, Вы можете найти в разделе нашего сайта «Поршневые компрессоры» 3.4.1. Винтовые компрессоры. Общее. По сравнению с поршневыми компрессорами, винтовые являются относительно новым типом компрессоров. Хотя принцип их работы был описан немецким ученым Генрихом Кригером еще в 1878 году, первый серийный компрессор был разработан только после II мировой войны шведской компанией SRM (Svenska Rotor Maskiner). Винтовые компрессоры являются объемными. Основа их - два параллельных ротора с ассиметричным профилем, вращающиеся в корпусе, в противоположных направлениях. Рис. 3.31. Винтовая пара BOGE в разрезе Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 16 3.4.2. Процесс сжатия винтового компрессора. Сжатый воздух сжимается в камерах, которые формируются стенками корпуса винтовой пары (блока) и роторами. Объем камер сжатия постепенно уменбьшается по мере вращения роторов. Винтовой блок рассчитан таким образом, что к выходному присоединению воздух подходит тогда, когда достигает нужного давления. Всасывание (1 на рисунке справа) Через входное присоединение (обычно, там установлен клапан всасывания) воздух втягивается в винтовой блок и попадает в открытые профили роторов. Сжатие (2 и 3) При вращении роторов, из их профилей формируются закрытые камеры сжатия, которые уменьшаются в объеме по мере вращения роторов. На этих стадиях в винтовой блок производится впрыск масла, служащего для уплотнения зазоров между роторами, смазки подшипников и отвода тепла, выделяющегося при компрессии. Выпуск (4) Сжатие завершено - достигнуто конечное его давление. Достижение этого совпадает по времени с открытием камер сжатия (т.е. роторы повернулись так, что воздуху ничто не мешает выйти из них). 3.4.3. Устройство компрессорной установки. Компрессорная установка втягивает атмосферный воздух через микрофильтр со сменным элементом (1). Клапан всасывания (2) открывает (режим нагрузки) или закрывает (холостой ход) воздуху путь в винтовой блок (4). В винтовой блок непрерывно впрыскивается охлажденное компрессорное масло (3). Воздушно-масляная смесь поступает из винтового блока в первичный сепаратор (5) - масляный бак, где большая часть масла отделяется в результате ударения о стенки сепаратора, а также под воздействием силы тяжести. Оставшееся в воздушном потоке масло отделяется в фильтроэлементе тонкой сепарации (6). Остаточное содержание компрессорного масла не превышает 1-3 мг/м³ (в компрессорах пр-ва компании BOGE). Сжатый воздух проходит через клапан минимального давления, комбинированный с обратным клапаном (7), и поступает в воздушный охладитель (9), который представляет собой направленно охлаждаемый отдельным вентилятором пластинчатый теплообменник. Здесь сжатый воздух охлаждается до 8-13 °C над уровнем температуры окружающей среды. Сжатый воздух выходит из компрессорной установки. Компрессорное масло поступает из масляного бака (он же первичный сепаратор) в термостатический клапан (11), который, в зависимости от его температуры, направляет масло или в масляный фильтр (10) и обратно в винтовой блок, или по большому кругу - сначала в охладитель масла (8). То масло, которое отделилось в тонком сепараторе, возвращается в винтовой блок по отдельной дренажной трубке. Примечание 1: Рассмотрено устройство компрессорной установки BOGE серии S, моделей от 31- 2 и старше, с воздушным охлаждением теплообменников. Примечание 2: Под клапаном всасывания подразумевается двухпозиционный, непропорциональный регулятор всасывания. Рис. 3.32. Процесс сжатия винтового компрессора Рис. 3.33. Устройство винтовой компрессорной установки BOGE серии S: 1 = фильтр всасывания; 2 = клапан всасывания 3 = впрыск масла; 4 = винтовой блок 5 = первичный сепаратор; 6 = тонкий сепаратор 7 = клапан мин. давления/обратный клапан 8 = охладитель масла; 9 = охладитель воздуха 10 = масляный фильтр; 11 = термостатический клапан Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 17 3.4.4. Масляный контур. Масло, впрыскивамое в винтовой блок, выполняет три функции: - отвод тепла сжатия (охлаждение) - уплотнение зазоров между роторами и корпусом - смазка подшипников 1. Сепаратор воздух/масло Здесь происходит первичное отделение масла от воздуха под воздействием ударной силы и силы тяжести. Тонкое отделение происходит в картридже тонкой сепарации. 2. Термостатический клапан (обводной) Если температура масла выше установленного уровня (для компрессоров BOGE - 70 °C), то термостат направляет масло в масляный охладитель. Если температура ниже - масло идет сразу в масляный фильтр, и затем - в винтовой блок. Нужно отметить, что полностью открытым или полностью закрытым клапан бывает редко, и обычно часть масла подается в винтовой блок без охлаждения, а часть - охлажденным. Путем такого смешивания автоматически достигается оптимальная для винтового блока температура поступающего масла. 3. Охладитель масла (воздушный или водяной) Здесь происходит охлажение масла. 4. Масляный фильтр Удаляет из компрессорного масла частицы пыли, предотвращая возникновение проблем, связанных с загрязненным маслом. 5. Винтовой блок Охлажденное масло поступает в винтовой блок, где опять нагревается. 6. Дренажная линия Первичный сепаратор не может отделить от сжатого воздуха все масло. Часть его задерживается тонким сепаратором со сменными картриджами. Это масло, задержанное тонким сепаратором, вытягивается винтовым блоком через дренажную линию. 3.4.5. Воздушный контур. 1. Фильтр всасывания Фильтр всасывания предназначен для предотвращения попадания в винтовой блок твердых частиц. 2. Клапан всасывания В компрессорах с никак не регулируемой производительность, а также с частотным регулированием, используются двухпозиционные клапаны всасывания. При открытом клапане воздух поступает в винтовой блок - т.е., компрессор вырабатывает сжатый воздух (рабочий режим); при закрытом клапане компрессор находится в режиме холостого хода. В компрессорах с пропорциональным регулированием всасывания, степень открытия заслонки клапана всасывания плавно регулируется в зависимости от давления в сети сжатого воздуха: чем выше давление, тем меньше открыта заслона, и меньше поступает воздуха на сжатие, и наоборот - чем ниже давление, тем сильнее открывается клапан всасывания, и тем больше воздуха производится компрессором. Компания BOGE предлагает пропорциональное регулирование всасывания, обеспечивающее плавное регулирование производительности в диапазоне от 50 до 100% от номинальной, как опцию для своих компрессоров серии S от типоразмера S 31-2 (22 кВт) и выше. 3. Винтовой блок Воздух, а также (в маслозаполненных компрессорах) компрессорное масло поступают в винтовой блок. На выходе получается сжатый воздух, содержащий частицы аэрозольного масла и его пары. 4. Сепараторный бак Здесь происходит первичное отделение масла от воздуха под воздействием ударной силы и силы тяжести. Тонкое отделение происходит в картридже тонкой сепарации. 5. Фильтроэлемент сепаратора Масло, которое не было отделено от воздуха в баке, отделяется здесь. 6. Клапан мин. давления/обратный клапан Клапан минимального давления открывается только тогда, когда давление в сепараторном баке достигнет определенного уровня - открыться раньше ему мешает пружина определенной жесткости - в компрессорах BOGE таким давлением является 3,5 бар. Нужно это для того, чтобы создать, при переходе компрессора в рабочий режим, адекватное давление на масло в сепараторном баке, и вытеснить его в сторону термостатического клапана, теплообменника и, в дальнейшем, обратно в винтовой блок, тем самым обеспечив достаточную смазку винтового блока при начале работы компрессора под нагрузкой. Рис. 3.34. Масляный контур винтовой компрессорной установки BOGE серии S: 1 = сепаратор; 2 = термостатический клапан 3 = охладитель масла; 4 = масляный фильтр 5 = винтовой блок; 6 = дренажная линия Рис. 3.35. Воздушный контур винтовой компрессорной установки BOGE серии S: 1 = фильтр всасывания; 2 = клапан всасывания 3 = винтовой блок; 4 = сепараторный бак 5 = фильтроэлемент сепаратора; 6 = клапан мин. давления 7 = охладитель воздуха; 8 = отсечной кран Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 18 В большинстве современных компрессоров, клапан минимального давления также выполняет и функции обратного клапана, т.е. препятствует обратному току воздуха из сети сжатого воздуха при переходе компрессора в режим холостого хода (что произошло бы, т.к. при режиме холостого хода происходит сбрасывание сжатого воздуха из внутрикомпрессорного объема). 7. Охладитель воздуха Сжатый воздух, вышедший из винтового блока, может иметь температуру от 60 до 110 °C. Поэтому, он подвергается охлаждению в теплообменнике с воздушным или водяным охлаждением. Выбор охлаждения зависит, обычно, от удобства для пользователя: наличия достаточных количеств атмосферного воздуха, возможности подведения воды охлаждения и ее рециркуляции, и т.д. Стандартным охлаждением теплообменников, как воздушного, так и масляного, у большинства производителей, в том числе и у компании BOGE, является воздушное. 8. Отсечной кран Отсечной кран, обычно шаровой, служит для изоляции компрессорной установки от сети сжатого воздуха (например, на время проведения технического обслуживания). 3.4.6. Восстановление тепла. 80% тепла, выделяющегося при сжатии воздуха в маслозаполненном винтовом компрессоре, отводится компрессорным маслом. При использовании теплообенника BOGE DUOTHERM, значительную часть этого тепла можно извечь обратно и использовать, например, для нагревания воды бытового назначения. 3.4.7. Управление всасыванием. Клапан всасывания контролирует закрытие или открытие линии всасывания компрессора. В свою очередь, управление клапаном всасывания, являющимся механическим устройством, производится подачей сжатого воздуха через управляющий соленоидный (электромагнитный) клапан. Для этого, часть воздуха отбирается после фильтроэлемента тонкой сепарации и подается на управляющий соленоидный клапан. По сигналу (обычно, подаче напряжения, т.к. управляющие соленоидные клапаны компрессорных установок являются, как правило, «нормально закрытыми») от системы управления, соленоидный клапан направляет сжатый воздух на пневмоцилиндр клапана всасывания, открывая его (рабочий ход). По другому сигналу, соленоид прекращает подачу воздуха на пневмоцилиндр клапана всасывания (в результате чего клапан всасывания закрывается), но начинает стравливать воздух в атмосферу (в компрессорах BOGE это производится через специальноое отверстие в самом соленоиде, и другое отверстие перед заслонкой клапана всасывания). Стравливание воздуха из внутреннего объема компрессорной установки именуется разгрузкой. Нужна разгрузка для того, чтобы при следующем запуске компрессора, или его переходе на рабочий ход, давление внутри, а, соответственно, и нагрузка на винтовой блок и электродвигатель, были низкими. Рис. 3.36. Теплообменник BOGE DUOTHERM Рис. 3.37. Управление всасыванием Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 19 Рис. 3.37.1. Слева - вставка клапана всасывания BOGE на средние модели серии S; справа - клапан всасывания BOGE с интегрированным соленоидом 3.4.8. Применение и преимущества винтовых компрессоров. В промышленности, винтовые компрессоры являются наиболее часто применяемым типом - благодаря широкому диапазону своих характеристик, возможности длительной непрерывной работы, легкой адаптируемости к варьирующемуся потреблению (наличие режима холостого хода), высокому качеству сжатого воздуха (благодаря встроенной системе сепарации масла), относительно, в сравнении с поршневыми компрессорами, низкому уровню шума. Преимущества и недостатки + Возможность длительной безостановочной работы + Гибкость при изменении потребления (возможность холостого хода) + Идеальны в качестве машин базовой нагрузки + Возможность частотного регулирования + Возможность пропорционального регулирования + Высокое качество сжатого воздуха + Низкий уровень шума и вибрации - Относительная сложность конструкции - Сложность достижения высоких (>15 бар) давлений Информацию о конкретных компрессорах этого типа, предлагаемых компанией BOGE, Вы можете найти в разделе нашего сайта «Винтовые компрессоры» 4. Управление компрессорами. Зачем управлять работой компрессора? Кроме очевидной задачи поддержания нужного давления в пневмосети, управление должно еще и обеспечивать максимально эффективную, экономичную и безопасную работу компрессора - что, в конечном итоге, сводится к минимизации энергопотребления и минимизации износа. При управлении компрессорами, можно контролировать различные параметры, в том числе: - давление сжатия - давление всасывания - расход сжатого воздуха - потребляемую мощность - влажность воздуха после сжатия В промышленном применении компрессоров, для эффективного управления компрессором обычно бывает необходимо и достаточно контролировать давление сжатия. 4.1. Понятие о различных давлениях. Сетевое давление p n Сетевое давление p n [бар (изб)] - это давление в сети сжатого воздуха, после обратного клапана компрессора. Управление компрессорами осуществляется, как правило, именно по сетевому давлению. При включении, выключении компрессора, выборе режима работы система управления, какой бы она ни была - механическим реле давления или сложным микропроцессорным блоком согласованного управления масштаба предприятия - ориентируется на сетевое давление. Необходимое сетевое давление p nt Необходимое сетевое давление p nt [бар (изб)] - это то давление в сети сжатого воздуха, которое минимально допустимо в конкретном производственном процессе. Непосредственного участия в управлении не принимает, однако необходимо для исчисления давлений включения и выключения, а также при расчете и планировании компрессорной системы. Системное давление p s Системное давление p s [бар (изб)] - это давление до обратного клапана компрессора, «внутри системы». В полном объеме это понятие применимо не ко всем типам компрессоров: например, неприменимо к поршневым компрессорам, но применимо и имеет большое значение для винтовых компрессоров. Давление включения p min Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 20 Давление включения p min [бар (изб)], оно же нижнее давление, оно же давление нагрузки - то давление, при котором компрессор начинает работать под нагрузкой, т.е. вырабатывать сжатый воздух. Для поршневых компрессоров это означает, действительно, что компрессор включается при этом давлении; для винтовых - или включается, или переходит из режима холостого хода в рабочий режим. Это давление должно быть не ниже необходимого сетевого давления, а на практике, по меньшей мере на 0,5 бар выше последнего - для того, чтобы компенсировать падение давления в трубопроводах и на вспомогательном оборудовании. Давление выключения p max Давление выключения p max [бар (изб)], оно же верхнее давление, оно же давление разгрузки - то давление, при котором компрессор перестает производить сжатый воздух. Как и в случае с давлением включения, для поршневых компрессоров «выключение» следует понимать буквально, но винтовой компрессор может как выключаться, так и переходить в режим холостого хода. В общем случае, компания BOGE рекомендует устанавливать давление выключения поршневых компрессоров, как минимум, примерно на 20% выше давления включения (например, p min = 8 бар, p max = 10 бар). Для винтовых компрессоров, разница между давлением включения и выключения обычно должна составлять от 0,5 до 1 бар. Чем больше разница - тем реже компрессор будет включаться и выключаться, или переходить из режима холостого хода в рабочий и наоборот. Разумеется, настройки давления не являются единственным определяющим фактором, о чем будет подробнее говориться ниже. 4.2. Статус компрессора. Рабочий статус компрессора - это тот рабочий режим, в котором он находится в определенный момент. Статус компрессора является основным и определяющим фактором для управления. 4.2.1. Ожидание L 0 Фаза ожидания, или, как иногда ее называют путем калькирования с английского, фаза «стэнд-бай», означает, что компрессор не производит сжатый воздух, а приводной двигатель его обесточен. В случае падения сетевого давления p n до запрограммированного уровня давления включения p min , компрессор автоматически включается и начинает производить сжатый воздух. Например, на дисплее с основными показаниями как винтовых, так и поршневых компрессоров BOGE, оснащенных системами управления BASIC и RATIO, фаза ожидания схематично обозначается окружностью, в одном месте прерываемой вертикальной чертой. 4.2.2. Холостой ход L 1 Фаза холостого хода означает, что компрессорная установка работает, но не производит сжатый воздух. При этом, экономится энергия, которая в фазу работы под нагрузкой затрачивалась бы на сжатие воздуха, но все равно тратится энергия, необходимая для привода. В случае падения сетевого давления p n до запрограммированного уровня давления включения p min , компрессор автоматически и без задержек начинает производитеь сжатый воздух. Для достижения эффекта холостого хода могут применяться разные техники, однако, в современных компрессорах практически повсеместно применяется перекрытие линии всасывания. В поршневых компрессорах, холостой ход, на практике, никогда не применяется. 4.2.3. Частичная нагрузка Когда компрессор работает с частичной нагрузкой, это означает, что производительность компрессора (объемный расход) автоматически подстраивается под фактическое потребление сжатого воздуха. Энергопотребление при частичной нагрузке падает, при сохранении постоянного сетевого давления p n Показателем для управления частичной нагрузкой является давление сетевого давления: при падении давления производительность компрессора увеличивается, при увеличении - уменьшается (до определенного предела). Для реализации изменения производительности применяется несколько методов: Регулирование скорости Для компрессоров с приводом от электродвигателя, регулирование скорости вращения приводного электродвигателя, позволяющее изменять производительность компрессора, реализуется с помощью преобразователя частоты электрического тока. У винтовых компрессоров, частотные преобразователи позволяют эффективно регулировать производительность в диапазоне 25...100% от номинальной. Частотные преобразователи широко используются в современных компрессорах, в т.ч. и компрессорах BOGE. Иногда, регулирование скорости применяется и в компрессорах с приводом от двигателей внутреннего сгорания. Пропорциональное регулирование При этом способе, используется частичное закрывание заслонки в линии всасывания, чем достигается уменьшение объема сжатого воздуха, втягиваемого и сжимаемого компрессором. Эффективность этого способа ниже, чем у частотного регулирования, а обычные пределы регулирования ограничены диапазоном 50...100% от номинальной производительности. Мало распространенный метод. Компанией BOGE, в качестве опционального компонента, предлагаются пропорциональные регуляторы для компрессоров серии S, начиная с модели S31-2 и выше. Запасная камера (только поршневые) Рис. б/н. Фаза ожидания Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 21 В случае поршневых компрессоров, производительность можно ступенчато понижать путем увеличения вредного пространства цилиндра. При открытии одной или нескольких запасных камер, расширяющих объем вредного пространства, происходит накопление и последующее расширение бóльших объемов сжатого воздуха, чем у цилиндра в обычном состоянии. В результате, поршень сжимает и затем втягивает бóльшее количество сжатого воздуха. Существуют также и конструкции, позволяющие увеличивать объем запасной камеры не ступенчато, а плавно. Обратный отток (только поршневые) Еще одним способом регулирования производительности поршневых компрессоров является т.н. обратный отток сжатого воздуха. При этом способе, впускные клапаны цилиндра остаются открытыми во время части компрессионного хода поршня. В результате, часть сжимаемого воздуха поступает не в линию нагнетания, а выходит обратно на сторону всасывания. Время, в течение которого клапаны остаются открытыми, определяет, на сколько снизится производительность компрессора. На практике, существуют устройства этого типа, обеспечивающие регулирование производительности в диапазоне 25...100%. 4.2.4. Полная нагрузка L 2 В фазе полной нагрузки, компрессор производит максимально возможное количество сжатого воздуха, и потребляет максимально возможную мощность. При повышении сетевого давления p n до запрограммированного уровня давления выключения p max , компрессор или выключается, или переходит в фазу холостого хода. Например, на дисплее с основными показаниями как винтовых, так и поршневых компрессоров BOGE, оснащенных системами управления BASIC и RATIO, фаза полной нагрузки схематично обозначается затемненным стилизованным изображением коленчатого вала. 4.3. Управление отдельными компрессорами Двумя задачами, которые нужно максимально эффективно решить при организации управления компрессором, являются: - экономия энергии - минимизация износа В зависимости от типа компрессора и условий его применения, указанные в предидущей главе четыре режима работы компрессора комбинируются в соответствии с определенными алгоритмами, в результате чего появляются различные описанные ниже схемы управления компрессором и его работы. 4.3.1. Повторно-кратковременный режим При использовании повторно-кратковременного, или, как его также иногда называют, прерывистого режима, реле давления или датчик давления, ориентируясь на значение сетевого давления p n , переключает компрессор между двумя фазами: фазой полной нагрузки L 2 и фазой ожидания L 0 . Фаза холостого хода при использовании этого режима отсутствует. Схема работы компрессора в повторно-кратковременном режиме следующая: 1. Сетевое давление p n растет до уровня давления выключения p max . Компрессор переходит в фазу ожидания L 0 2. Сетевое давление p n падает до уровня давления включения p min . Компрессор переходит в фазу полной нагрузки L 2 Из всех схем работы компрессора, повторно- кратковременный режим отличается самым меньшим энегопотреблением. Износ компрессора при нем, однако, достаточно высок. Уменьшить число включений/выключений можно путем установки воздушного ресивера большего объема. Повторно-кратковременный режим является типичным режимом работы поршневых компрессоров. Рис. б/н. Режим нагрузки Рис. 4.1. Повторно-кратковременный режим Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 22 4.3.2. Непрерывный режим При использовании непрерывного режима, реле давления или датчик давления, ориентируясь на значение сетевого давления p n , переключает компрессор между двумя фазами: фазой полной нагрузки L 2 и фазой холостого хода L 1 При работе на холостом ходу, приводной электродвигатель компрессора продолжает работать, но сжатый воздух компрессором не вырабатывается (в винтовых и, например, пластинчатых компрессорах это достигается перекрытием линии всасывания воздуха с помощью клапана). Как правило, винтовые компрессоры с приводом от электродвигателя потребляют на холостом ходу примерно 30% от полной мощности. Схема работы компрессора в непрерывном режиме следующая: 1. Сетевое давление p n растет до уровня давления выключения p max . Компрессор переходит в фазу холостого хода L 1 . Электродвигатель при этом продолжает передавать вращение винтовому блоку. 2. Сетевое давление p n падает до уровня давления включения p min . Компрессор немедленно переходит в режим полной нагрузки L 2 Непрерывная работа электродвигателя минимизирует количество его включений/выключений, что особенно важно для двигателей большой мощности. Непрерывный режим иногда используется в работе винтовых компрессоров, однако обычно предпочтение перед ним стоит отдавать непрервыному режиму с отсроченным выключением (автоматическому режиму). 4.3.3. Режим с отсроченным выключением При использовании автоматического режима с отсроченным выключением, реле давления или датчик давления, ориентируясь на значение сетевого давления p n , переключает компрессор между двумя фазами: фазой полной нагрузки L 2 и фазой холостого хода L 1 . Однако, в отличие от непрерывного режима, продолжительность фазы холостого хода ограничена, и контролируется системой управления компрессора. В случае превышения ее продолжительностью запрограммированного значения времени холостого хода t v , двигатель останавливается и компрессор переключается в фазу ожидания L 0 . Отсчет времени t v может начинаться или с перехода компрессора в фазу нагрузки, или с перехода в фазу холостого хода. При работе компрессора в режиме с отсроченным выключением, схема смены фаз работы может иметь два варианта: Вариант 1: 1. Сетевое давление p n растет до уровня давления выключения p max . Компрессор переходит в фазу холостого хода L 1 2. За контрольное время холостого хода t v сетевое давление так и не упало до уровня давления включения p min . Двигатель выключается, и компрессор переходит в фазу ожидания L 0 2. Сетевое давление p n падает до уровня давления включения p min . Электродвигатель включается, и компрессор переходит в режим полной нагрузки L 2 Вариант 2: 1. Сетевое давление p n растет до уровня давления выключения p max . Компрессор переходит в фазу холостого хода L 1 2. За контрольное время холостого хода t v сетевое давление успело упасть до уровня давления включения p min Компрессор переходит в режим полной нагрузки L 2 Режим работы с отсроченным выключением сочетает в себе преимущества повторно- кратковременного режима (снижение потребления электроэнергии) и непрерывного режима (снижение износа электродвигателя и других агрегатов компрессора за счет уменьшения количества циклов пуска/остановки). В винтовых компрессорах BOGE по умолчанию устанавливается именно режим работы с задержкой выключения. При этом, присутствует как возможность перепрограммирования контрольного времени холостого хода (вплоть до установки значения «0 секунд», что означает повторно-кратковременный режим), так и задание компрессору непрерывного режима работы. На дисплее основных показаний систем управления BASIC и RATIO как Рис. 4.3.2. Непрерывный режим Рис. 4.3.3. Автоматический режим Рис. б/н. Автоматический или повторно-кратковременный режим Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 23 повторно-кратковременный, так и автоматический с отсроченным выключением режимы условно обозначаются двумя стрелками, левая из которых затемнена. В случае перепрограммирования режима работы на непрерывный, затемненными становятся обе стрелки. 4.3.4. Способы регулирования производительности компрессора (Режимы с частичной нагрузкой) В режимах работы с частичной нагрузкой, производительность компрессора подстраивается под фактическое потребление сжатого воздуха при помощи одного из способов регулирования производительности компрессора. Способов регулирования производительности компрессора несколько Сетевое давление p n после компрессора при использовании режимов частичной нагрузки в большой степени является постоянным. Те его флуктуации, которые имеют место, зависят от типа устройства и способа, применяемого для регулирования производительности компрессора. Режимы работы с частичной нагрузкой применяются тогда, когда потребление сжатого воздуха сильно изменяется, а также в случае, если отсутствует возможность создания адекватного по объему запаса сжатого воздуха в ресиверах. Компания BOGE предлагает два типа устройств для реализации двух различных способов регулирования производительности винтовых компрессоров: пропрорциональное регулирование и частотное регулирование. Смотрите более подробную информацию об этих способах в следующих разделах Компендиума. 4.3.4.1. Пропорциональное регулирование Для винтовых маслозаполненных компрессоров, начиная с модели S31-2, компания BOGE предлагает опциональный пропорциональный регулятор всасывания. Пропорциональный регулятор обеспечивает возможность нахождения заслонки клапана всасывания не только в открытом и закрытом положениях, но и в промежуточных стадиях открытия, тем самым регулирую количество воздуха, поступающего на сжатие в винтовой блок. На заводе, пропорциональный регулятор всасывания устанавливается на диапазон регулирования производительности 50...100% от номинальной. В случае, если потребление воздуха становится меньшим, чем 50% от производительности компрессора, дальнейшее пропорциональное регулирование экономически нецелесообразно. Поэтому, если производительность компрессора уже снижена до 50%, а сетевое давление p n все равно поднимается до давления выключения p max , компрессор переключается в режим холостого хода (или выключается, в зависимости от пользовательских настроек). Пропорциональный регулятор всасывания служит достижению тех же целей, что и частотные преобразователи: снижает энергопотребление, уменьшает износ компоненетов компрессора и способствует выравниванию флуктуаций сетевого давления. Пропорциональное регулирование может эффективно использоваться в компрессорах базовой нагрузки в системах с небольшими флуктуациями потребления, а также в иных случаях, когда экономическая эффективность частотного преобразователя неочевидна. Преимущества и недостатки + Альтернатива частотному преобразователю + Несколько более высокая, по сравнению с частотными преобразователями, эффективность при небольших колебаниях потребления + На порядок меньшая, чем у частотного преобразователя, стоимость - Более узкий диапазон регулирования - Меньший эффект экономии энергии при значительных колебаниях потребления - Меньшая скорость реакции Рис. 4.4. Частичная нагрузка Рис. 4.5a. Пропорциональное регулирование Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 24 4.3.4.2. Частотное регулирование Частотное регулирование позволяет изменять производительность компрессора в диапазоне от 25 до 100% от номинальной. Подстройка производительности под потребление сжатого воздуха производится путем плавного регулирования скорости вращения ротора приводного электродвигателя, что, в свою очередь, означает и изменение скорости вращения роторов винтовой пары. Частотный преобразователь обеспечивает плавный запуск и остановку двигателя. Даже при включении, стартовые токи не превышают номинальных, что может иметь особо важное значение в случае значительной мощности электродвигателя. Если потребление падает ниже 25% от номинальной производительности компрессора, дальнейшее ее снижение экономически неэффективно. В этом случае, компрессор переходит в фазу холостого хода или выключается (в зависисмости от пользовательских настроек). Однако, благодаря изменяемой производительности, переключения на холостой ход и остановки компрессора, в большинстве случаев использования частотных преобразователей, или исключаются совсем, или сводятся до абсолютного минимума. Таким образом, с частотным преобразователем компрессор работает в непрерывном режиме, но наиболее экономичном и щадящем изо всех возможных. Из-за потерь, имеющих место в электрочасти частотно- регулируемого компрессора, потребление им мощности при максимальной производительности примерно 3-5% выше, чем у обычного компрессора. Однако, в то же время, когда частотный компрессор плавно изменяет производительность, преобразователь частоты пропорционально меняет потребляемую мощность. |