Регулирование производительности компрессорных установок

Основная задача регулирования режима работы компрессорных агрегатов и станций состоит в поддержании постоянного заданно­го давления сжатого воздуха в пневмосети путем изменения про­изводительности компрессоров соответственно потреблению сжато­го воздуха. В общем случае такое регулирование может быть осу­ществлено воздействием на коммуникации, компрессор или его привод. Ниже рассматриваются основные применяемые и перспек­тивные способы регулирования производительности компрессоров.

Регулирование перепуском с нагнетания на всасывание, приме­няемое на поршневых компрессорах, заключается в переводе комп­рессора на холостой режим работы путем соединения нагнетатель­ной полости каждого цилиндра с полостью всасывания посредст­вом байпаса-трубопровода, снабженного вентилем (клапаном, задвижкой), управление которым может осуществляться вручную или автоматически. Этот способ по характеру регулирования сту­пенчатый; он обычно применяется при пуске и останове компрессора. Использовать его для регулирования производительности компрессора при работе нецелесообразно вследствие неэкономич­ности.

Регулирование дросселированием на всасывании предусматри­вает установку во всасывающем трубопроводе управляемого дросселирующего устройства (заслонки). Уменьшая проходное сечение дросселя, увеличивают его сопротивление и снижают давление воз­духа, поступающего в первую ступень компрессора. При плавном изменении давления воздуха также плавно изменяется производи­тельность компрессора. Такой способ регулирования производи­тельности является основным для турбокомпрессоров (его приме­нение на поршневых компрессорах ограничено повышением темпе­ратуры сжатого воздуха до опасного для смазочных масел значе­ния). Он прост в реализации, но неэкономичен.

Наиболее распространено для поршневых компрессоров регулирование отжимом всасывающих клапанов. Сущность этого спо­соба заключается в следующем: всасывающие клапаны обеих сту­пеней удерживаются в открытом состоянии, поэтому сжатие в по­лости цилиндров прекращается и подача становится равной нулю. Полный отжим всасывающих клапанов для компрессоров двойного действия позволяет получить три ступени регулирования произво­дительности: 100% —без отжима клапанов; 50% — при открытии всасывающих клапанов передней полости цилиндра низкого дав­ления и задней полости цилиндра высокого давления; 0% — при открытии всех всасывающих клапанов обеих ступеней.

Более экономичен (по сравнению с отжимом всасывающих кла­панов) способ регулирования производительности посредством подключения к цилиндру дополнительной емкости (мертвого про­странства), применяемый на современных поршневых компрессо­рах. Сущность его состоит в том, что с увеличением объема мерт­вого пространства уменьшается объем свежего воздуха, засасывае­мого компрессором, так как воздух, ранее сжатый в мертвом про­странстве, при всасывании расширяется и занимает часть полез­ного объема цилиндра.

Обычно регулирование производительности компрессора изме­нением мертвого пространства ступенчатое: к цилиндру компрес­сора с помощью управляемых клапанов подключают дополнитель­ные объемы, представляющие собой отдельные полости, присоеди­ненные к цилиндрам, или полости, расположенные непосредственно в корпусе цилиндров.

Наиболее эффективно и перспективно регулирование произво­дительности компрессоров воздействием на их привод. Один из видов такого регулирования — периодические остановы компрессо­ра, осуществляемые остановом двигателя или отсоединением комп­рессора от двигателя с помощью электромагнитных или гидравли­ческих муфт. Регулирование производительности в обоих случаях ступенчатое. Регулирование остановом двигателя производится, как правило, на компрессорах с приводными двигателями мощно­стью до 300 кВт (производительностью до 50 м³/мин) и в сочетании с другими способами регулирования, например, со ступенчатым регулированием поршневых компрессоров подключением дополни­тельных мёртвых объёмов, а также при смешанном оборудовании компрессорной станции (турбо- и поршневые компрессоры). В по­следнем случае основное регулирование режима работы станции осуществляется плавным регулированием производительности тур­бокомпрессоров с последующим при необходимости отключением (включением) поршневых, а в некоторых случаях и турбокомпрес­соров.

Плавное и экономичное регулирование производительности компрессора в широких пределах может быть обеспечено измене­нием частоты вращения с помощью регулируемого электроприво­да. При этом производительность изменяется пропорционально уг­ловой скорости. Этот способ регулирования является перспектив­ным для турбокомпрессоров. Для поршневых компрессоров произ­водительностью до 50 м³/мин применение регулируемого электро­привода пока не оправдано.

Автоматическое регулирование производительности компрессо­ров осуществляется в системах автоматической стабилизации дав­ления сжатого воздуха. Такие системы могут быть дискретными и непрерывными и реализуются с помощью различных регуляторов общего назначения соответственно дискретного и непрерывного действия.

Если потребители сжатого воздуха при изменении нагрузки до­пускают отклонение давления от заданного значения в сравнитель­но больших пределах, то для регулирования режима работы комп­рессоров применяют простые двухпозицнонные (релейные) регуля­торы давления, воздействующие на исполнительные органы для ступенчатого изменения их производительности. Когда по условиям технологического процесса требуется высокая точность поддержа­ния давления при широком диапазоне расхода сжатого воздуха, используются более сложные регуляторы непрерывного действия, плавно изменяющие производительность компрессоров.

Дискретные системы регулирования применяются на поршне­вых компрессорах. Они, как правило, реализуются на основе элект­роконтактных манометров ЭКМ.-1У, воздействующих на электро­магнитные клапаны, с помощью которых подсоединяются дополни­тельные мёртвые объёмы.

Системы непрерывного действия преимущественно применяются на турбокомпрессорах. Они строятся на основе гидравлических и электрических ПИ-регуляторов.

На рис. 9.1 представлена функциональная схема системы авто­матического регулирования (системы стабилизации) давления сжатого воздуха в коллекторе, имеющая регулятор непрерывного действия. Объект регулирования — компрессор с воздухосборником Л'— В, регулируемая величина — давление р воздуха, которое должно поддерживаться постоянным с допустимой погрешностью. Сигналы Х_З задатчика 3 и Х_Д датчика давления ДД, представляют собой перемещения или напряжения (в зависимости от типа регулятора), пропорциональные заданному рз и фактическому р дав­лению воздуха. Пропорционально-интегральный регулятор ПИ-Р воспринимает разность DХ=Хз – Х_Д и управляет положением mрегулирующего органа (заслонки), компенсируя главное возму­щающее воздействие — расход воздуха Q_р путём установления производительности компрессора, равной существующему в дан­ный момент расходу.

Компрессор с выходными емкостями как объект регулирования может быть представлен приближенно апериодическим звеном с передаточной функцией

,

где k_o, Т_o — передаточный коэффициент и постоянная времени объекта.

ПИ-регулятор обеспечивает устойчивое астатическое регулиро­вание производительности компрессора, поддерживая с высокой точностью давление на заданном уровне.

Рис.9.1. Функциональ­ная схема системы ав­томатического регули­рования давления