Компрессор. 1 История
 Скачать 7.99 Mb.
|
|
8.1. Какой тип компрессора выбрать? Первое, что надлежит определить при выборе компрессорной установки - это какой тип компрессора выбрать. Компрессоры винтового и поршневого типов являются наилучшим выбором для большинства промышленных потребителей. При очень больших (от 100 м³/мин и выше) расходах сжатого воздуха имеет смысл рассмотреть и вариант использования динамического компрессора (турбокомпрессора). Рис. б/н. Очень плохой способ отвода конденсата: кран круглосуточно открыт, когда нет конденсата- травит воздух Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 60 8.1.1. Когда выбирать винтовой компрессор? Основные особенности винтовых компрессоров следующие: - Идеальны в качестве машин основной нагрузки, когда отсутствуют резкие пики потребления. Винтовые компрессоры приспособлены к длительной безостановочной работе. Например, на некоторых предприятиях, эксплуатирующих винтовые компрессоры BOGE, компрессоры безостановочно работают в режиме нагрузки по 3000 часов - это время между проведением планового технического обслуживания (само обслуживание обычно занимает от получаса от 2 часов, в зависимости от опытности и расторопности персонала, и, конечно, типоразмера компрессорной установки). В то же время, управление компрессором в случае колебаний потребления решается с помощью включения режима холостого хода, в том числе и с возможностью отсрочки остановки, или без остановки вообще - таким образом, винтовой компрессор может работать в том же режиме, что и поршневой. - Высокая производительность. Винтовые компрессоры - это наиболее экономичный тип компрессоров в тех случаях, когда требуется высокая производительность. - Высокое качество сжатого воздуха. Благодаря встроенной системе сепарации масла, сжатый воздух, вырабатываемый винтовыми маслозаполненными компрессорами, имеет значительно более высокое качество, чем вырабатываемый поршневыми маслосмазываемыми. - Сжатый воздух без пульсаций давления. Сжатый воздух, вырабатываемый винтовыми компрессорами, можно использовать для снабжения чувствительных к пульсациям потребителей. - Экономичны при финальных давлениях сжатия от 5 до 13 бар (изб). Обычными модификациями винтовых компрессоров как BOGE, так и других производителей, являются компрессоры с максимальным давлением сжатия 8, 10 и 13 бар (изб). - Винтовые компрессоры более пригодны для эксплуатации в местах установки, где значение имеет производимый шум. Уровень звукового давления винтовых компрессоров ниже, чем поршневых, и, что также важно, структура производимого винтовыми компрессорами шума такова, что дискомфорт ощущается человеком в меньшей степени, чем при использовании поршневого компрессора. 8.1.2. Когда выбирать поршневой компрессор? Основные особенности поршневых компрессоров следующие: - Могут использоваться при прерывистом потреблении. Идеальны в качестве машин пиковой нагрузки, в добавление к винтовым компрессорам, покрывающим базовую нагрузку. - Малая производительность. Поршневые компрессоры достаточно экономичны при малых расходах сжатого воздуха, сочетающихся с неравномерностью потребления. - Возможность сжатия воздуха до средних, высоких и особо высоких давлений. 8.2.1. Факторы, влияющие на выбор p max Давление в воздушном ресивере (или вообще в трубопроводе на выходе компрессора), которое колеблется между максимальным давлением p max и давлением перехода под нагрузку p min , всегда должно быть выше, чем то давление, которое необходимо для работы потребляющим сжатый воздух агрегатам. Второй момент, который нужно принимать во внимание при выборе максимального рабочего давления компрессора - это падение давление в пневмосети. Типичным является следующее падение давления в сетях сжатого воздуха вообще, и на отдельных устройствах в частности: В случае наличия небольшой сети сжатого воздуха, принято принимать расчетное падение давления на трубопроводах за 0,1 бар. Разумеется, при проектировании трубопроводов следует придерживаться определенных правил, о которых будет рассказано ниже. Для большой и разветвленной сети сжатого воздуха, принять падение давление можно за 0,5 бар. На осушителях сжатого воздуха, давление также падает. Типичным уровнем падения давления на рефрижераторных осушителях является 0,2...0,4 бар - хотя некоторые удачно сконструированные осушители обеспечивают меньший перепад, как, например, осушители ZANDER серии Arctic Star, падение давления на которых составляет 0,1 бар. На адсорбционных осушителях большинства производителей давление падает на 0,3...0,8 бар - опять же, перепад давления на адсорбционных осушителях ZANDER не превышает 0,3 бар. Магистральные фильтры: перепад давления на магистральных фильтрах сжатого воздуха растет по мере загрязнения их фильтрующих элементов. «Опорной точкой» для оценки того, как быстро это будет происходить, является начальный уровень диффернциального давления, который обеспечивает новый, сухой и чистый фильтроэлемент. Например, 1-микронные фильтроэлементы общей очистки сжатого воздуха ZANDER имеют начальное диффееренциальное давление 0,03 бар. В «обычных» условиях эксплуатации, примерно за год это дифференциальное давление возрастает до уровня 0,35 бар, что является рекомендуемым производителем значением дифференциального давления, при котором фильтроэлемент нужно заменять. Т.к. и начальный уровень падения давления, и динамика его роста у фильтров большинства других производителей значительно выше, мы рекомендуем, в общем случае, отталкиваться от того, что падение давления на каждом фильтре будет составлять до 0,5 бар. На циклонных сепараторах падение давления составляет обычно 0,06...0,08 бар, и является постоянным. Циклический дифференциал компрессора - это то, о чем никогда нельзя забывать при выборе максимального рабочего давления. Нужно помнить, что если максимальное рабочее давление компрессора p max составляет x бар, это не значит, что он всегда будет выдавать такое давление. Напротив, давление на выходе компрессорной установки будет Рис. 8.1. Винтовой компрессор BOGE S40-2 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 61 колебаться между p max и p max -n, где n - циклический дифференциал. Для винтовых компрессоров циклический дифференциал составляет обычно 0,5...1,0 бар или больше, по желанию пользователя. Для поршневых компрессоров циклический дифференциал обычно устанавливается как 20% от p max Компрессоры с регулируемой производительностью, как известно, подстраивают свою производительность под потребление сжатого воздуха. Поэтому, давление на выходе установки с регулируемой производительностью является постоянным, НО: в случае, если компрессор уже снизил свою производительность до минимума, но она все равно выше, чем потребление сжатого воздуха, компрессор достигнет p max , а затем перейдет в режим холостого хода и будет работать на холостом ходу до тех пор, пока давление не упадет до p min . Поэтому, с некоторыми оговорками, циклический дифференциал актуален и для компрессоров с переменной производительностью. Пример Предположим, что потребители нуждаются в давлении сжатого воздуха 6 бар. Протяженность сети сжатого воздуха небольшая, разветвленность практически отсутствует - есть лишь магистральный трубопровод от компрессора и ответвления от него к потребителям. Падение давления в такой сети можно принять за 0,1 бар. После компрессора установлен циклонный сепаратор (Δp=0,07 бар), рефрижераторный осушитель, перепад давления на котором составляет 0,2 бар, и два фильтра, с максимальным перепадом давления 0,35 бар на каждом. Таким образом, общий перепад давления на воздухоподготовительном оборудовании составляет 0,62 бар. Специфика работы оборудования (постоянная круглосуточная работа с незначительным колебанием расхода) требует использования винтового компрессора. Циклический дифференциал (то есть разница между p max и p min ) компрессора составляет 1 бар. Итак, к величине давления 6 бар, требуемого оборудованием, следует прибавить падение давления в сети сжатого воздуха 0,1 бар, падение давления на вспомогательном компрессорном оборудовании 0,62 бар, и величину циклического дифференциала 1 бар. Получаем 6+0,1+0,62+1 = 7,72 бар. Это и есть, в данном случае, необходимое максимальное давление компрессора. Так как компрессоры с максимальным давлением 7,72 бар вряд ли производятся, да и, кроме того, всегда желательно иметь некоторый разумный резерв давления, следует выбрать компрессор с максимальным рабочим давлением 8 бар. 8.3. Какой воздушный ресивер выбрать? Воздушные ресиверы, или воздухосборники - это сосуды, используемые для следующих целей: - хранение сжатого воздуха - устранение пульсаций давления - выделение конденсата (благодаря охлаждению сжатого воздуха и процессу соударения потока со стенками ресивера) Главной задачей ресивера является все же хранение сжатого воздуха, и для того, чтобы отвечать потребностям конкретной компрессорной системы, объем ресивера должен быть правилно рассчитан. 8.3.1. Краткие рекомендации по выбору объема воздушного ресивера Калькулятор На нашем сайте имеется онлайн- калькулятор для расчета объема воздушного ресивера Выбор объема ресивера можно производить по упрощенной схеме, или с использованием более сложных расчетных формул. В общем случае, компания BOGE рекомендует следующее отношение эффективной производительности компрессора V´ [л/мин] к объему ресивера V R [л/мин]. Для поршневых компрессоров: V R соответствует V´, т.е. объем ресивера равен минутной производительности компрессора. Поршневые компрессоры предназначены для эпизодической работы в повторно-кратковременном режиме, холостой ход у них отсутствует, и, поэтому, желательно установить ресивер большего объема, который позволит реже производить включение и выключение приводного электродвигателя компрессора. Для поршневого компрессора, обязательно нужно проверить, какова будет продолжительность циклов работы и ожидания при использовании ресивера данного объема, и не превысит ли количество пусков/остановок электродвигателя предельно допустимого для него значения. Для винтовых компрессоров: V R соответствует= V´/3, т.е. объем ресивера равен трети минутной производительности компрессора. Винтовые компрессоры приспособлены для непрерывной работы, имеют возможность переходить на холостой ход, поэтому, для них достаточно меньшего объема ресивера. Разумеется, имеется и полная формула расчета объема воздушного ресивера. С ней Вы можете ознакомиться в главе 8.3.3 «Формула для расчета объема воздушного ресивера» . Кроме того, на нашем сайте имеется калькулятор ресивера , облегчающий выполнение расчетов по этой формуле. 8.3.2. Нормированные объемы и давления ресиверов (в ЕС) При расчетах, может получиться самый разный требуемый объем воздушного ресивера. Разумеется, не следует заказывать специальное изготовление ресивера точно такого объема, который получился при расчете. В общем случае, следует выбрать следующий больший объем стандартизованного ресивера. Иногда, впрочем, если расчетный объем лишь незначительно превышает какой-либо стандартизованный, можно сделать выбор и в пользу незначительно меньшего ресивера. В странах Европейского Союза стандартными являются следующие объемы воздушных ресиверов: Для рабочего давления до... Объем ресивера, л 11 бар 16 бар 36 бар 18 30 50 80 150 250 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 62 350 500 750 1000 1500 2000 3000 5000 8.3.3. Формула для расчета объема воздушного ресивера Калькулятор На нашем сайте имеется онлайн- калькулятор для расчета объема воздушного ресивера - он работает по показанной ниже формуле точного вычисления. Для более точного вычисления необходимого объема ресивера, можно использовать следующую формулу: , где V R - объем воздушного ресивера [м³] V´ - эффективная производительность компрессора [м³/мин] L B - расход сжатого воздуха [м³/мин] Al - число допустимых циклов вкл/выкл двигателя [ч -1 ]; см. главу 8.4.3. «Расчет и проверка цикличности» p max - давление выключения (разгрузки) компрессора [бар] p min - давление включения (нагрузки) компрессора [бар] Очевидно, что, при прочих равных, компрессоры с меньшим объемом ресивера включаются и выключаются чаще, чем компрессоры с относительно большим объемом ресивера. Также очевидно, что каждое включение электродвигателя - это нагрузка на него, которой, по возможности, следует избегать. Важное замечание: винтовые компрессоры, которые имеют возможность переходить в режим холостого хода, могут работать, вообще не выключая электродвигатель (т.н. непрерывный режим работы). Однако, частые переходы из режима холостого хода в режим работы под нагрузкой, и обратно, также нежелательны, пусть и в гораздо меньшей степени, чем пуски/остановки электродвигателя. При частых переходах между холостым ходом и нагрузкой увеличивается износ сальников и подшипников винтового блока, а также и некоторых других компонентов компрессора. Поэтому, ресивер для винтового компрессора нужно рассчитывать, также стремясь сократить число переходов компрессора между режимами работы. Упрощенные формулы Существуют и упрощенные формулы расчета объема воздушного ресивера раздельно для винтовых и поршневых компрессоров. В отличие от кратких рекомендаций, изложенных в главе 8.3.1. «Краткие рекомендации по расчету ресивера» , в эти формулы уже заложена проверка максимально допустимой цикличности включения/выключения. Ресивер для поршневого компрессора Ресивер для винтового компрессора , где V R - объем воздушного ресивера [м³] V´ - эффективная производительность компрессора [м³/мин] 15 или 5 - поправочный коэффициент Al - число допустимых циклов вкл/выкл двигателя [ч -1 ]; см. главу 8.4.3. «Расчет и проверка цикличности» Δp - циклический дифференциал давления [бар] 8.4. Цикличность работы компрессора Цикличность работы компрессора - это важный фактор в расчете и планировании компрессорной системы. Цикличность работы зависит об объема воздушного ресивера (и объема пневмосети в целом), производительности компрессора и потребления сжатого воздуха. Путем вычисления цикличности работы компрессора можно решить следующие задачи: - проверить, не превышает ли количество циклов включения/выключения электродвигателя максимально допустимого значения (в случае, если компрессор функционирует в повторно-кратковременном режиме, как, например, поршневые компрессоры) - оценить допустимость частоты переключений из холостого хода в режим работы под нагрузкой и обратно (в случае, если компрессор работает в непрерывом режиме или в режиме с отсроченным выключением, как обычно работают Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 63 винтовые компрессоры) - скорректировать объем воздушного ресивера, с целью уменьшить частоту включений/выключений или переключений между режимами работы Цикличность работы вычисляется путем расчета времени простоя (или холостого хода) t I и времени работы под нагрузкой t R , которые в сумме и составляют продолжительность одного цикла. 8.4.1. Расчет времени холостого хода (простоя) Во время простоя компрессора (или его холостого хода, в зависимости от режима работы) t I , компрессор не производит сжатый воздух, а потребность в сжатом воздухе покрывается из объема сжатого воздуха, находящегося в воздушном ресивере, и в пневмосети в целом. В результате, в этой фазе работы компрессора давление в воздушном ресивере падает с давления выключения (разгрузки) p max до давления включения (нагрузки) p min Для расчета продолжительности фазы простоя (холостого хода) используется следующая формула: , где t I - время холостого хода [мин] V R - объем ресивера сжатого воздуха [л] L B - расход сжатого воздуха [л/мин] p max - давление выключения (разгрузки) [бар] p min - давление включения (нагрузки) [бар] 8.4.2. Расчет времени работы под нагрузкой Во время работы под нагрузкой t R , компрессор производит сжатый воздух, при этом часть производимого сжатого воздуха уходит на покрытие текущего потребления, а часть компенсирует падение давления в ресивере, имевшее место во время фазы простоя (холостого хода). Производительность компрессора V´ выше, чем расход сжатого воздуха L B , поэтому давление в ресивере постепенно поднимается до давления выключения (разгрузки) p max Для расчета продолжительности фазы работы под нагрузкой t R используется следующая формула: , где t R - время работы под нагрузкой [мин] V R - объем ресивера сжатого воздуха [л] L B - расход сжатого воздуха [л/мин] V´ - производительность компрессора [л/мин] p max - давление выключения (разгрузки) [бар] p min - давление включения (нагрузки) [бар] 8.4.3. Расчет и проверка цикличности работы Поршневые компрессоры работают в повторно-кратковременном режиме - при достижении давления выключения p max компрессор выключается с остановкой электродвигателя, при падении давления до давления включения p min электродвигатель запускается, и компрессор начинает производить сжатый воздух. Допустимая частота включений/выключений двигателя зависит от его мощности. Превышение этой частоты приводит к износу двигателя, и даже грозит выходом его из строя. Винтовые компрессоры обычно работают или в повторно-кратковременном режиме с отсроченным выключением (переходя на холостой ход, и только через определенное запрограммированное время, при отсутствии потребления сжатого воздуха, останавливаясь), или же в непрерывном режиме, когда при отсутствии потребления компрессор переходит в режим холостого хода, и электродвигатель не выключается вообще. Кроме того, современные винтовые компрессоры обычно снабжены системами управления, одной из функций которых является подсчет количества включений/выключений двигателя - если оно за определенный промежуток времени превышает запрограммированный уровень, компрессор автоматически начинает работать в непрерывном режиме, не допуская последующих выключений двигателя. Тем не менее, и для винтовых компрессоров желательно минимизировать даже количество переходов из холостого хода на рабочий, т.к. даже эти переключения вызывают некоторую нагрузку на подшипники и сальники винтового блока, а также и на некоторые другие части компрессора. Расчет цикличности работы Для расчета цикличности переключений компрессора A, подразумевать ли под этим пуски/остановки электродвигателя, или переходы между режимами работы винтового компрессора, время работы под нагрузкой t R суммируется с временем простоя (холостого хода) t I , и на полученный результат делится время расчетного периода, в качестве которого обычно берется 1 час = 60 мин. , где A - количество циклов [ч -1 ] t R - время работы под нагрузкой [мин] t I - время простоя (холостого хода) [мин] В случае с поршневым компрессором, если полученное количество циклов в час превышает максимально допустимое для мощности его электродвигателя значение, необходимо или увеличить объем воздушного ресивера, или увеличить Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 64 разницу между давлением выключения p max и давлением включения p min . То же относится и к винтовым компрессорам, работающим в повторно-кратковременном режиме без задержки выключения (следует отметить, что в наши дни такие можно найти разве что в музее). В случае с винтовым компрессором, работающим в повторно-кратковременном режиме с отсрочкой выключения, или в непрерывном режиме, полученный результат, даже в случае превышения им максимально допустимого значения, не является критичным, т.к. остановок двигателя происходить не будет. Но, как уже было сказано выше, каждое переключение между режимами работы - это небольшой стресс, а часто и систематически повторяющиеся переключения могут, в перспективе, привести к преждевременному износу компрессора. Поэтому, применительно к винтовым компрессорам, мы рекомендуем рассматривать результаты этого расчета пусть не как прямое руководство к немедленным действиям, но как повод задуматься о возможностях улучшения ситуации (т.е. уменьшения цикличности переключений). Максимально допустимое число включений/выключений электродвигателя Мощность электродвигателя, кВт Максимально допустимое кол-во включений, ч -1 4...7,5 30 11...22 25 30...55 20 65...90 15 110...160 10 200...250 5 8.5.1. Пример подбора поршневого компрессора В главе 7.2.5. была выяснена необходимая ряду потребителей производительность компрессора L B , составившая 2035 л/мин. В том же примере максимальным давлением, требовавшимся потребителям, было 6 бар (изб). На основе методик, приведенных в предидущих разделах главы 8, мы покажем пример подбора поршневого компрессора, предназначенного для работы в этих условиях. 8.5.1.1. Определение максимального рабочего давления поршневого компрессора Сначала, следует определить, на какое максимальное рабочее давление должен быть рассчитан поршневой компрессор. Делаем это в соответствии с методикой, описанной в главе 8.2.1. «Факторы, влияющие на выбор p max По условиям задачи, оборудованию необходимо давление 6 бар. Последовательно учитываем все имеющие значение факторы: Итак, мы получили, что давление выключения, или максимальное рабочее давление компрессора, должно быть не ниже 8,9 бар (изб). Компания BOGE, например, выпускает поршневые компрессоры, рассчитанные на максимальное рабочее давление 8, 10, 15 бар и выше. Следовательно, выбираем уровень максимального рабочего давления 10 бар (изб). |