Компрессор. 1 История
 Скачать 7.99 Mb.
|
|
Пропорциональное или частотное? В предидущей главе мы упомянули некоторые различия, а скорее, недостатки, пропорциональных регуляторов. Однако, различия эти имеют несколько разное значение при разной загруженности компрессора. При небольшой и средней степени загруженности компрессора, недостатки пропорциональных регуляторов проявляются в полной мере. В то же время, когда потребление сжатого воздуха достигает 90-100% от номинальной производительности компрессора, пропорциональный регулятор справляется с изменением ее в несколько более экономичной манере, чем частотный преобразователь. Таким образом, если предвидится, что флуктуации потребления не будут больше, чем примерно 10% от номинальной производительности, использование пропорционального регулирования более предпочтительно. В других случаях, более эффективным является использование частотного преобразователя. Рис. 4.5b. Частотное регулирование Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 25 Применение, преимущества и недостатки Благодаря возможности плавного регулирования производительности в широком диапазоне, частотное регулирование является оптимальным способом реализации режима частичной нагрузки в случаях сильных флуктуаций потребления сжатого воздуха, как для одиночных компрессоров, так и для компрессоров пиковой нагрузки в составе мультикомпрессорных систем. Потенциальная экономия, достигаемая с помощью частотного регулирования, чрезвычайно велика. Экономия может быть достигнута за счет, во-первых, соответствия потребляемой мощности фактическому расходу сжатого воздуха, во-вторых, исключения фаз холостого хода, в-третьих, исключения избыточного сжатия. + Широкий диапазон регулирования + Большая эффективность при сильных колебаниях потребления + Высокая скорость реакции + Плавный запуск - Несколько меньшая, по сравнению с пропорциональными регуляторами, эффективность при небольших колебаниях производительности 4.4. Концепция управления BOGE Все винтовые компрессоры BOGE, а также некоторые серии поршневых компрессоров, оснащаются электронными микропроцессорными системами управления типов BASIC, RATIO и PRIME. Системы управления винтовыми компрессорами обеспечивают наиболее эффективный и экономичный повторно- кратковременный режим с задержкой выключения, принимая в расчет также и максимально допустимое для конкретной мощности двигателя количество циклов включения/выключения. Поршневые компрессоры BOGE используют только обычный повторно-кратковременный режим работы. Все настройки, данные о наработке и программируемые параметры сохраняются в энергонезависимом, перезаписываемом постоянном запоминающем устройстве. Считывание данных о работе компрессора производится через электронные датчики - давления, температуры и пр. В компрессорах BOGE не используется механические реле давления и термометры. Системы управления BOGE поддерживают молульную структуру управления. Это значит, что если пользователь хочет добавить в схему работы компрессора какое-либо дополнительное устройство, отсутствовавшее в стандартной комплектации (например, какой-либо дополнительный датчик), то он легко может это сделать. 4.4.1. Система управления BASIC BASIC - это стандартная система управления для младших винтовых компрессоров BOGE: серий С, CL, и S до модели S29-2 влючительно, а также для тех поршневых компрессоров BOGE, которые оснащаются микропроцессорным управлением (SC, OK, K и некоторых других). BASIC контролирует сетевое давление p n , температуру конца сжатия и температуру приводного электродвигателя. Ее основные особенности и возможности: - символьный монохромный ЖК-дисплей (7 сегментов на символ) - 2 светодиодных индикатора - кнопки пуска и остановки - кнопка «информация» - кнопка «ввод» - кнопка аварийной остановки - отображение сетевого давления - отображение температуры конца сжатия - отображение фазы работы (L 0 , L 1 , L 2 ) - отображение режима работы (повторно-кратковременный или постоянный) - счетчики прямого отсчета общей наработки и отдельно холостого хода - счетчики обратного отсчета срока общего ТО, ТО двигателя, инспекции бака - программирование путем клавиатурного ввода - автоматический цикл прогрева для защиты от замерзания Рис. б/н. Встроенный частотный преобразователь компрессора BOGE Рис. 4.6. Система управления BASIC Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 26 - подключение к системе управления высшего уровня - защита по повышенной температуре конца сжатия - защита по перегреву двигателя - защита по пониженной температуре - защита по неисправностям датчика сетевого давления - защита по 3 ошибкам блока управления - визуальное оповещение о сроках ТО - защита параметров кодами 4.4.2. Система управления RATIO RATIO - это стандартная система управления для средних и старших маслозаполненных винтовых компрессоров BOGE, а также компрессоров с частотным регулированием: серий СF, S/SF c модели S31-2 влючительно, SL. RATIO контролирует сетевое давление p n , системное давление p s , температуру конца сжатия и температуру приводного электродвигателя, а также может контролировать многие другие параметры работы компрессора (при установке соответствующих дополнительных датчиков). RATIO имеет все те начальные возможности, что и система BASIC , и кроме того: - более удобная клавиатура (4 кнопки вместо 2) - отображение системного давления - зашита по повышенному току двигателя вентилятора - защита по неправильной фазировке - защита по избыточному системному давлению - защита по медленному падению системного давления - защита по отсутствию выдачи - защита по ошибке клапана всасывания - защита по быстрому росту системного давления - защита по ошибкам системы управления высшего уровня - защита по краткой фазе нагрузки - защита по 7 ошибкам блока управления (вместо 3) - защита по избыточному дифф. давлению на сепараторе - защита параметров кодами - внешние контакты - возможность дистанционного управления - возможность работы по различным интерфейсам - возможность установки различных дополнительных датчиков 5.1. Зачем нужна подготовка сжатого воздуха Сжатый воздух широко используется в современном производственном оборудовании. Требования к качеству сжатого воздуха бывают совершенно разными: например, для обдувки воздух воообще не нуждается в какой-либо подготовке, а в некоторых случаях он должен быть глубоко осушен и очищен от микроорганизмов. Значительная часть примесей, присутствующих в атмосферном воздухе, невооруженным глазом не видна. Однако, эти примеси, вместе с выделяющимся при сжатии конденсатом, а часто и компрессорным маслом, могут негативно сказаться как на состоянии компрессорной системы и производственного оборудования, так и на качестве продукции. 1 м³ атмосферного воздуха содержит, в числе прочего: - до 180 миллионов твердых частиц, размером от 0,01 до 100 мкм. - от 5 до 40 г влаги в парообразной форме - от 0,01 до 0,1 мг минеральных масел и несгоревшего углеводородного топлива - следовые количества тяжелых металлов, таких как свинец, кадмий, ртуть - огромное количество бактерий и вирусов Втягивая атмосферный воздух и сжимая его, компрессор в разы увеличивает концентрацию примесей. Например, при сжатии до 10 бар изб. (= 11 бар абс.) концентрация примесей увеличивается в 11 раз. Влага, содержащаяся в атмосферном воздухе, при следующим за сжатием охлаждении частично конденсируется. Кроме того, необходимо помнить, что, в случае использования маслосмазываемых компрессоров, значительный вклад в загрязнение сжатого воздуха вносит и компрессорное масло. Надлежащая подготовка сжатого воздуха дает следующие преимущества: - дольший срок службы производственного оборудования - стабильно лучшее качество конечной продукции - дольший срок службы сети сжатого воздуха - меньшее количество сбоев в работе оборудования Рис. 4.7. Система управления RATIO Рис. 5.1. Концентрация примесей Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 27 5.1.2. Последствия плохой подготовки сжатого воздуха Если твердые примеси, влага и компрессорное масло не удаляются, последствия могут быть самыми плачевными - как для состояния оборудования, так и для качества продукции. Расходы на ликвидацию этих последствий почти всегда превышают стоимость качественного очистительного и осушительного оборудования и расходы на его последующую эксплуатацию и обслуживание. Твердые частицы Наличие в сжатом воздухе твердых частиц, как содержавшихся в нем до сжатия, так и образовавшихся в результате, например, коррозии трубопроводов, влечет за собой: - износ пневмосети и производственного оборудования. Еще больший негативный эффект проявляется при смешивании твердых частиц с компрессорным маслом, когда образуется паста, обладающая довольно неплохими абразивными свойствами. - потенциальная опасность для здоровья человека - потенциальная химическая опасность Компрессорное масло При использовании маслосмазываемых компрессоров, в сжатом воздухе содержится то или иное количество масла (после винтовых компрессоров - меньше, после поршневых - больше): - осмоление масла и его аггрегация на стенках труб влечет за собой сужение их диаметра, увеличение степени турбулентности потока, и, в конечном итоге, увеличение падения давления и даже блокировку - при контакте с продукцией влечет за собой снижение ее качества, вплоть до полной порчи Влага (жидкая) Значительная часть влаги, содержащейся в атмосферном воздухе, при сжатии и охлаждении конденсируется: - коррозия и порча пневмосетей и производственного оборудования - нарушение смазочного слоя пневмоцилиндров производственного оборудования, влекущее за собой его неполадки и порчу - при контакте с некоторыми металлами, может повлечь формирование электрических элементов - замерзание в пневмосетях, которое может вызвать отделение частиц льда, сужение диаметра труб и их блокировку, повреждение труб и оборудования Во многих производственных процессах, удаления требует не только конденсированная жидкая влага, но требуется и более глубокое осушение сжатого воздуха. 5.1.3. Примеси в атмосферном воздухе Ниже показано типичное содержание примесей в атмосферном воздухе. Где Пределы [мг/м³] Среднее значение [мг/м³] За городом 5...50 15 В городе 10...100 30 Промзона 20...500 100 Рис. б/н. Это может быть и внутри Ваших труб Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 28 Нек-рые отдельные пр-ва 50...900 200 Размеры некоторых частиц (в мкм) показаны на схеме ниже. 5.2.1. Атмосферная влажность В атмосфере всегда содержится определенное количество влаги. Это количество влаги принято называть атмосферной влажностью. Атмосферная влажность зависит от условий в конкретном месте и в конкретное время. При определенной температуре, воздух может содержать лишь ограниченное количество влаги. Однако, атмосферный воздух обычно содержит меньше влаги, чем он теоретически мог бы. Максимальная влажность hu max [г/м³] Максимальная влажность, или максимальное содержание влаги, или порог насыщения - это то количество влаги, которое 1 м³ воздуха может содержать в себе при определенной температуре, без конденсации влаги в жидкое состояние. Чем выше температура - тем больше влаги может содержаться в воздухе. Максимальная влажность привязана к объему и температуре и не зависит от давления - т.е., например, воздух, содержащийся в кубе вместимостью 1 м³ под давлением 0 бар (изб) и при температуре +20 °C, сможет содержать столько же влаги, сколько воздух, содержащийся в этом же кубе при давлении 10 бар (изб) и температуре +20 °C - а именно 17,148 г. Абсолютная влажность hu [г/м³] Абсолютная влажность - это фактически содержащееся в 1 м³ воздуха количество влаги. Относительная влажность φ [%] Относительная влажность - это отношение аболютной влажности к относительной. , где φ - относительная влажность [%] hu - абсолютная влажность [г/м³] hu max - максимальная влажность [г/м³] Так как максимальная влажность зависит от температуры, относительная влажность также меняется в зависимости от температуры, даже если абсолютная влажность остается неизменной. При охлаждении до температуры точки росы, относительная влажность поднимается до 100%. Верно также следующее: при повышении относительной влажности выше 100%, влага начинает конденсироваться. 5.2.2. Точка росы Атмосферная точка росы [°C] Атмосферная точка росы - это та температура, до которой атмосферный воздух (т.е. воздух под давлением 1 бар абс.) может быть охлажден без конденсирования влаги. Например, зная максимальное количество влаги (см. главу 5.2.3. «Содержание влаги» ), которое может содержаться в воздухе при определенной температуре, мы можем вычислить атмосферную точку росы следующим образом: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 29 Предположим, что относительная влажность составляет 65%, а температура равна +20 °C. Известно, что максимальная влажность воздуха при +20 °C составляет 17,148 г/м³. Получаем следующую формулу: Из нее следует, что hu, т.е. абсолютная влажность воздуха, составляет 11,145 г/м³. Известно, что такое количество влаги может содержаться в воздухе при температуре примерно +13°C. Это и есть, в данном случае, температура атмосферной точки росы. Точка росы под давлением [°C] Точка росы под давлением, или точка росы сжатого воздуха - это та температура, до которой воздух, сжатый до определенного давления, может быть охлажден без конденсации влаги. Температура точки росы под давлением зависит от конкретного давления сжатия. При прочих равных, верно следующее: чем выше давление, тем выше температура точки росы сжатого воздуха. Именно точка росы сжатого воздуха определяет его качество, наряду с содержанием твердых частиц, компрессорного масла, газообразных примесей и микроорганизмов. 5.2.3. Содержание влаги в воздухе В таблице ниже показано максимальное содержание влаги в воздухе (при давлении 0 бар изб.) при определенных температурах - или, иначе говоря, содержание влаги при определенных значениях атмосферной точки росы. 5.2.4. Выделение конденсата при сжатии и охлаждении Калькулятор На нашем сайте имеется онлайн- калькулятор для расчета количества выделяющегося конденсата - он работает по приведенным в этом разделе формулам, и позволяет быстро производить соответствующие расчеты. Воздух содержит влагу в виде пара. Воздух может быть относительно легко сжат, влага поддается сжатию в тысячи раз хуже. Поэтому, при сжатии воздуха влага выделяется в виде конденсата - т.е., в жидкой форме. Количество влаги, которое может содержаться в одном количестве воздуха без образования конденсата, зависит от его температуры и объема. Атмосферный воздух можно сравнить с влажной губкой. Когда губка находится в свободном состоянии, она может впитать некоторое количество воды. Но если губку сдавить, часть влаги выльется из нее наружу. Но часть влаги все равно останется в губке, независимо от того, как сильно ее сжимать. Сжатый воздух ведет себя похожим образом. Рис. 5.3. Сжатие влажной губки Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 30 Сколько вапоризованной влаги может содержаться в воздухе при определенной температуре, можно узнать из таблицы, приведенной в главе 5.2.3. «Содержание влаги в воздухе» , где показано ее максимальное содержание при давлении 0 бар (изб). Для исчислений по приведенным ниже формулам, мы используем именно эти значения, с соответствующими поправками на фактически занимаемый воздухом, при определенном давлении, объем. Пример 1 (изотермический процесс) В примере показано количество конденсата q c , которое выделится при сжатии воздуха. Пример основан на условиях жаркого и влажного дня, когда температура составляет +35 °C, а относительная влажность атмосфреного воздуха - 80%. 6,5 м³ воздуха сжимается от давления 0 бар (изб) до давления 10 бар (изб). Следует обратить внимание, что пример иллюстрирует изотермический процесс, при котором температура остается постоянной (в данном случае 35 °C). Следует помнить, что на практике температура при сжатии растет, и принимать ее изменения во внимание при практических вычислениях - впрочем, обычно, можно сразу же исчислять количество конденсата с учетом охлаждения сжатого воздуха в теплообменнике компрессора. , где q c - выделившийся конденсат V 1 - объем до сжатия V 2 - объем после сжатия hu max1 - максимальная влажность до сжатия (при определенной температуре) hu max2 - максимальная влажность после сжатия (при определенной температуре) φ 1 - относительная влажность до сжатия φ 2 - относительная влажность после сжатия Т.к. та влага, которая выделяется из воздуха, является избыточной, относительная влажность φ 2 сжатого воздуха поднимается до 100%. Таким образом, в приведенном выше примере видно, что при сжатии 6,5 м³ атмосферного воздуха с относительной влажностью 80% и температурой +35 °C до давления 10 бар (изб), в условиях изотермического процесса, выделится 181,108 г конденсата. Пример 2 (реальный процесс) Другой, несколько более приближенный к реальным условиям пример: днем 1 сентября 2007 года, когда температура в Москве составляла +12 °C, а относительная влажность 72%, 1 м³ воздуха сжимается компрессором BOGE тип C9 до давления 8 бар (изб) = 9 бар (абс). Теплообменник компрессора чист, масла достаточно, термостат функционирует нормально, и разница между температурой сжатого воздуха и температурой всасываемого воздуха (т.н. температурный дифференциал) составляет 10 К, т.е. сжатый воздух на выходе компрессорной установки будет иметь температуру + 22 °C. Сколько выделится конденсата? Ответ ниже: Итак, выделится примерно 5,5 г конденсата. |