Компрессор. 1 История
 Скачать 7.99 Mb.
|
|
Рис. 8.6. Компрессорная система в составе поршневого компрессора, воздушного ресивера, фреонового осушителя и 2 фильтров Требуемое давление у потребителей 6 бар Сеть сжатого воздуха (слабо разветвленная) Падение давления 0,1 бар Фильтры СжВ (2 шт ZANDER, Δp max =0,35 бар) Падение давления 0,7 бар Осушитель СжВ (ZANDER AS, Δp=0,1 бар) Падение давления 0,1 бар Итого требуемое давление в ресивере ≥ 6,9 бар Давление включения компрессора p min > 6,9 бар Циклический дифференциал поршневого компрессора 2 бар Давление выключения компрессора p max > 8,9 бар Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 65 8.5.1.2. Определение нужной производительности поршневого компрессора Поршневые компрессоры, как правило, следует рассчитывать с запасом примерно в 40% от их эффективной производительности (производительности по нагнетанию). Делается это для того, чтобы дать компрессору возможность непостоянной работы (с «передышками»). Для поршневых компрессоров работа с перерывами означает меньший их износ. Компания BOGE официально декларирует, что поршневые компрессоры BOGE могут стабильно и беспроблемно функционировать при полной загрузке, т.е. в непрерывном режиме работы. Однако, принимая во внимание то, что некоторые из читателей Компендиума, вероятно, захотят использовать описанные методики и применительно к компрессорам других производителей, мы решили привести расчет производительности поршневого компрессора по классической схеме, т.е. с учетом 50-процентного резерва производительности. Кроме того, следует помнить и о том, что производительность поршневых компрессоров с течением времени, по мере износа поршневых колец, клапанов всасывания/нагнетания и проч., несколько снижается. Скорость износа и, соответственно, снижения производительности, зависит от качества комплектующих и удачности конструкции конкретного компрессора, и мало поддается исчислению. Итак, для того, чтобы рассчитать необходимую минимальную производительность поршневого компрессора V´ min с учетом 40% резервов, нужно разделить требуемую производительность L B на коэффициент 0,6. В нашем примере, при требуемой производительности 2035 л/мин, этот несложный расчет будет выглядеть следующим образом: Итак, эффективная производительность поршневого компрессора, с учетом резервов, должна составлять не менее 3392 л/мин. Наиболее близкий к этой производительности поршневой компрессор BOGE - это модель RM 5000: Максимальное рабочее давление p max = 10 бар (изб) Эффективная производительность V´ = 4040 л/мин Номинальная мощность электродвигателя P = 30 кВт Максимально допустимая частота вкл/выкл двигателя Al = 20 ч -1 8.5.1.3. Определение нужного объема воздушного ресивера В главах 8.3.1. «Краткие рекомендации по выбору объема ресивера» и 8.3.3. «Формулы для расчета объема ресивера» содержатся указания на то, ресивер какого объема следует выбрать. Первый путь, то есть упрощенная методика выбора, даст больший результат - это лучше для компрессора, т.к. при большем объеме ресивера количество циклов включения/выключения будет меньше. Второй путь, т.е. расчетная формула, даст меньший результат - но ресивера такого объема будет достаточно, чтобы не превысить максимально допустимую частоту включений 20 раз в час. Выбор здесь за пользователем - можно отдать приоритет большей безопасности работы компрессора, а можно достичь некоторой экономии средств за счет меньшего ресивера. В данном примере, мы решили отдать предпочтение ресиверу большего объема. Таким образом, необходимый объем ресивера V R соответствует минутной производительности компрессора V´: V R = 4040 л, что мы округляем до 4000 л. 8.5.1.4. Определение продолжительности циклов работы В главах 8.4.1. «Расчет времени холостого хода (простоя)» и 8.4.2. «Расчет времени работы под нагрузкой» показаны формулы, которые соедует применять для вычисления продолжительности работы компрессора под нагрузкой и продолжительности его простоя (в случае поршневого компрессора). Время простоя Основываясь на известном из примера в главе 7.2.5. расходе сжатого воздуха L B =2035 л/мин, уже выбранном объеме ресивера V R =4000 л, и известных давлениях включения p min =8 бар и выключения p max =10 бар, мы можем вычислить, сколько времени выбранный нами поршневой компрессор будет находиться в режиме ожидания (с выключенным электродвигателем): , 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] Время работы под нагрузкрй Основываясь на перечисленных выше уже известных данных, и на также уже известной производительности компрессора V´=4040 л/мин, мы можем вычислить, сколько времени выбранный нами поршневой компрессор будет находиться под нагрузкой (с включенным электродвигателем, производя сжатый воздух): Рис. 8.7. Компрессор BOGE тип RM5000 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 66 , 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] 8.5.1.5. Проверка допустимости цикличности Для проверки допустимости цикличности работы поршневого компрессора, вначале требуется вычислить количество циклов включения/выключения в час, как это описано в главе 8.4.3. «Расчет и проверка цикличности» , основываясь на данных о времени работы под нагрузкой и времени простоя, полученных в расчетах в предидущей главе 8.5.1.4. «Определение времени циклов» : , где A - количество циклов [ч -1 ] t R - время работы под нагрузкой [мин] t I - время простоя (холостого хода) [мин] Затем, следует сравнить полученное значение (в данном примере 8) с максимально допустимым количеством циклов для электродвигателя определенной мощности. Для двигателя мощностью 30 кВт максимально допустимое количество циклов составляет 20 в час - таким образом, прогнозируемый режим работ не только соответствует требованиям по цикличности включений, но и предоставляет значительный запас! Примечание Иногда, бывает очень сложно выяснить объем потребления сжатого воздуха. В этом случае, при вычислении продолжительности циклов и их частоты, следует принять потребление сжатого воздуха за 50% от производительности компрессора. Тогда, фазы простоя и нагрузки будут одинаковы по продолжительности, что даст при вычислениях максимально возможную частоту циклов, исключив, таким образом, вероятность работы компрессора с недопустимой частотой влючений/выключений из-за ошибочности расчетов. 8.5.2. Пример подбора винтового компрессора В главе 7.2.5. была выяснена необходимая ряду потребителей производительность компрессора L B , составившая 2035 л/мин, или, приближенно, 2,04 м³/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 винтового компрессора, предназначенного для работы в этих условиях. 8.5.2.1. Определение максимального рабочего давления винтового компрессора Сначала, следует определить, на какое максимальное рабочее давление должен быть рассчитан подбираемый нами винтовой 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 7,9 бар (изб). Компания BOGE, например, выпускает винтовые компрессоры, рассчитанные на максимальное рабочее давление 8, 10 и 13 бар. Следовательно, выбираем уровень максимального рабочего давления 8 бар (изб). Рис. 8.8. Компрессорная система в составе винтового компрессора, воздушного ресивера, фреонового осушителя и 2 фильтров Требуемое давление у потребителей 6 бар Сеть сжатого воздуха (слабо разветвленная) Падение давления 0,1 бар Фильтры СжВ (2 шт ZANDER, Δp max =0,35 бар) Падение давления 0,7 бар Осушитель СжВ (ZANDER AS, Δp=0,1 бар) Падение давления 0,1 бар Итого требуемое давление в ресивере ≥ 6,9 бар Давление включения компрессора p min > 6,9 бар Циклический дифференциал винтового компрессора 1 бар Давление выключения компрессора p max > 7,9 бар Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 67 8.5.2.2. Определение нужной производительности винтового компрессора В идеале, коэффициент использования винтового компрессора должен составлять 100%. Это означает, что потребление сжатого воздуха L B должно быть равным производительности компрессора V´. Конечно, на практике такое случается редко, поэтому, следует выбирать компрессор, производительность которого несколько превышает потребление сжатого воздуха. В нашем случае, наиболее близкий по производительности к 2,04 м³/мин винтовой компрессор BOGE - это модель S20-2: Максимальное рабочее давление p max = 8 бар (изб) Эффективная производительность V´ = 2,57 ³/мин Номинальная мощность электродвигателя P = 15 кВт Максимально допустимая частота вкл/выкл двигателя Al = 25 ч -1 8.5.2.3. Расчет объема ресивера для винтового компрессора В главах 8.3.1. «Краткие рекомендации по выбору объема ресивера» и 8.3.3. «Формулы для расчета объема ресивера» содержатся указания на то, ресивер какого объема следует выбрать. Пойдя по пути расчета объема воздушного ресивера по полной формуле, мы получаем следующее: , где V R - объем воздушного ресивера [м³] V´ - эффективная производительность компрессора [м³/мин] L B - расход (потребление) 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] Как результат приведенных выше расчетов, мы получаем, что необходимый объем воздушного ресивера составит 1,05 ³. Разумеется, в полной мере это не отражает реальной картины, т.к. допустимое количество циклов включения/выключения применимо только в том случае, если у винтового компрессора установлен повторно- кратковременный режим работы без задержки выключения, т.е., если заставить винтовой компрессор работать по той же схеме, как и поршневой. Однако, при установке ресивера подобного объема, можно быть уверенным, что, по крайней мере, число переходов компрессора из режима работы под нагрузкой на холостой ход и обратно не превысит 25 раз в час - что для такого небольшого компрессора, как модель S20-2, вполне допустимо. Если же следовать кратким рекомендациям BOGE по выбору объема ресивера, то расчет значительно упрощается. В соответствии с этими рекомендациями, объем воздушного ресивера для винтового компрессора должен соответствовать трети от минутной производительности компрессора, т.е. V R = 2,57 : 3 = 0,87 (м³). 8.5.2.4. Определение продолжительности циклов работы Как говорилось, например, в предидущей главе 8.5.2.3. «Расчет объема ресивера для винтового компрессора» , цикличность работы не имеет для винтовых компрессоров такого же большого значения, как для поршневых, т.к. в отличие от поршневых, винтовые компрессоры имеют возможность холостого хода. При достижении давления выключения p max , когда электродвигатель поршневого компрессора остановился бы, винтовой компрессор переходит на холостой ход: электродвигатель продолжает работать, но воздух не поступает на всасывание винтового блока. Подобрав воздушный ресивер по полной расчетной формуле, приведенной в предидущей главе, мы удостоверились, что цикличность переходов из режима нагрузки на холостой ход и обратно не превышает допустимого значения для включений/выключений - чего вполне достаточно. Если Вы, все же, хотите узнать, в течение какого времени винтовой компрессор будет работать под нагрузкой, а в течение какого - на холостом ходу, то Вы можете воспользоваться формулами, приведенными в главах 8.4.1. «Расчет времени холостого хода (простоя)» и 8.4.2. «Расчет времени хода под нагрузкой» Рис. 8.9. Компрессор BOGE тип S20-2 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 68 9.1. Воздушные ресиверы (воздухосборники) Воздушные ресиверы, или, как их также называют, воздухосборники, служат для: - хранения и накопления сжатого воздуха - сглаживания пульсаций давления - охлаждения сжатого воздуха Надлежащий объем воздушного ресивера зависит от производительности компрессора(ов), потребления сжатого воздуха, и режима работы компрессора (что в свою очередь обычно определяется его типом). Формулы для расчета объема воздушного ресивера Вы можете найти в разделах 8.3.1. «Краткие рекомендации по выбору объема ресивера» и 8.3.3. «Формулы для расчета объема ресивера» 9.1.1. Хранение сжатого воздуха в ресивере (воздухосборнике) Основной целью, достижению которой служат воздушные ресиверы, является обеспечение хранения сжатого воздуха. В свою очередь, создавать некоторый «запас» сжатого воздуха требуется по двум причинам: Компенсация пиков потребления При имеющих место кратковременных увеличениях потребления сжатого воздуха, содержащимся в воздухосборнике сжатым воздухом можно компенсировать это увеличение. При этом, установка большего ресивера в некоторых случаях позволяет обойтись компрессором меньшей производительности и меньшим по пропускной способности вспомогательным оборудованием. Время, в течение которого можно компенсировать увеличение потребления, зависит от начального (перед пиком потребления) давления и допустимого падения давления в сети сжатого воздуха, объема ресивера и пикового расхода сжатого воздуха. Вычислить необходимый для компенсации пикового потребления объем воздухосборника можно по приведенной ниже формуле. Следует отметить, что формула корректна только для тех случаев, когда производительность компрессора меньше, чем пиковый расход сжатого воздуха - в противном случае, Вы получите абсурдный отрицательный результат. , где V R - объем ресивера сжатого воздуха [л] t R - продолжительность пика потребления [мин] L B - пиковый расход сжатого воздуха [л/мин] V´ - производительность компрессора [л/мин] p max - давление в ресивере (сети СВ) на момент начала пика [бар] p min - минимально допустимое давление в ресивере (сети СВ) на момент окончания пика [бар] Пример расчета Имеется компрессор с объемной производительностью 3,45 м³/мин (= 3450 л/мин), при обеспечиваемом максимальном давлении 8 бар, и работающий в диапазоне давлений от 7 до 8 бар - собственно, это характеристики компрессора BOGE модели S29-2. Необходимо, чтобы давление в воздухосборнике не опускалось ниже 5,5 бар. В «обычном» режиме работы предприятия (или, скажем, цеха) потребление сжатого воздуха полностью покрывается производительностью этого компрессора. Однако, один раз, например, в сутки, запускается технологический цикл, при проведении которого потребление сжатого воздуха увеличивается до 4 ³/мин. Цикл проходит в течение 5 минут. Разумеется, Пользователю хотелось бы оценить, насколько реально, и, главное, насколько экономически и технически оправдано было бы компенсировать подобное увеличение потребления установкой ресивера определенного объема - вместо того, чтобы примитивно закупить больший компрессор. Мы исходим из того, что пик потребления может начаться в самый неблагоприятный момент, когда давление в ресивере составляет 7 бар (помним, что в соответствии с условиями задачи компрессор начинает производить сжатый воздух при давлении 7 бар, заканчивает на 8 барах, и работает на холостом ходу или простаивает, пока давление опять не упадет до уровня 7 бар). Расчет приведен ниже: Рис. 9.1. Воздухосборник BOGE Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 69 Итак, в данном случае для компенсации пика потребления потребовался бы ресивер объемом примерно 1833 л. Сглаживание режима работы компрессора Выше говорилось о компенсации пиковой нагрузки. Однако, даже если производительность компрессора полностью и всегда покрывает потребление сжатого воздуха, ресивер обычно все равно нужен. Нужен он для того, чтобы не допустить частых включений и выключений электродвигателя компрессора (при повторно-кратковременном режиме ) или переходов между фазами нагрузки и холостого хода (при непрерывном режиме или повторно-кратковременном режиме с отсрочкой выключения ). Каждое такое переключение - это небольшой стресс для электродвигателя, поршневой группы или подшипников и сальников винтового блока и некоторых других частей компрессора - поэтому, включений/выключений и, пусть и в меньшей степени, переходов между режимами работы следует стараться избегать всегда, когда это возможно. Формулы для расчета продолжительности фаз работы компрессора при определенном объеме ресивера можно найти в главах - 8.4.1. «Расчет времени холостого хода» (она же применима для расчета времени простоя, если используется повторно- кратковременный режим работы - 8.4.2. «Расчет времени работы под нагрузкой» Рассчитав продолжительность фаз, нужно проверить, насколько удовлетворительным будет режим работы компрессора, что можно сделать при помощи формулы, приведенной в главе 8.4.3. «Расчет и проверка цикличности работы» В заключение этого раздела, можно отметить, что в крупных пневмосистемах сами трубопроводы часто могут служить адекватным накопителем сжатого воздуха. 9.1.2. Сглаживание пульсаций давления в ресивере (воздухосборнике) Если используются поршневые компрессоры, то ресивер выполняет еще одну немаловажную задачу - сглаживает пульсации давления. В силу своего принципа работы, поршневые компрессоры вырабатывают сжатый воздух с давлением, подверженным постоянным пульсациям. Эти частые изменения давления могут влиять на качество и срок работы производственного оборудования, а также постепенно приводят к износу трубопроводов. Будучи емкостью со значительным объемом, и резко и многократно увеличивающейся, по сравнению с трубопроводом, площадью проходного сечения, ресиверы резко изменяют свойства потока воздуха, делая его максимально турбулентным . На выходе ресивера турбулентность опять значительно уменьшается, НО: пульсации давления уже сглажены. Ресивер обязательно нужен при использовании поршневого компрессора. В случае с винтовыми, или, например, пластинчатыми компрессорами , значение этой роли ресивера практически полностью исчезает. 9.1.3. Охлаждение сжатого воздуха и отвод конденсата в ресивере (воздухосборнике) В процессе сжатия воздуха и его охлаждения в теплообменнике компрессора, выделяется значительное количество конденсата (сколько его выделится в любом конкретном случае, можно рассчитать по формуле, данной в главе 5.2.4. «Выделение конденсата при сжатии и охлаждении» Этот конденсат можно большей частью удалить еще до его попадания в воздушный ресивер - например, при помощи установленного на магистральном трубопроводе циклонного сепаратора . Но не беда, если он и попал в ресивер - по большому счету, не так важно, удалять ли конденсат циклонным сепаратором или отводить его из ресивера. В ресивере, благодаря значительной площади поверхности его стенок, происходит дальнейшее охлаждение сжатого воздуха, и, соответственно, дальнейшее выделение конденсата. Вместе с (возможно) неотделенным ранее конденсатом, выделившемся в финальном теплообменнике компрессора, этот конденсат накапливается в нижней части ресивера, откуда может быть выведен конденсатоотводчиком Внутри, ресивер обычно бывает обработан каким-либо антикоррозионным составом. Для обеспечения дополнительной антикоррозионной стойкости ресивера, внутренние, а также и внешние его поверхности могут быть обработаны и гальванизированием - в частности, ресиверы BOGE доступны и в таком исполнении. 9.1.4. Как должен работать ресивер (воздухосборник) Рекомендуется, чтобы колебания давления в воздушном ресивере Δp не составляли более 20% от максимального давления, которое может в нем присутствовать (не следует путать это давление с максимальным рабочим давлением ресивера). Например, если компрессор, к которому подключен ресивер, перестает производить сжатый воздух при давлении 10 бар, то мы рекомендуем установить давление включения этого компрессора на уровень не ниже 8 бар. |