Расчет цикличности работы компрессора

 

Цикличность работы компрессора - это важный фактор в расчете и планировании режима работы компрессорной установки.

Цикличность работы зависит от объема воздушного ресивера (и объема пневматической сети в целом), производительности компрессора и потребления сжатого воздуха.

Путем вычисления цикличности работы компрессора решаются следующие задачи:

- проверка непревышения/превышения количество циклов включения/выключения электродвигателя максимально допустимого значения (в случае, если компрессор функционирует в повторно-кратковременном режиме, как, например, поршневые компрессоры);

- оценка допустимости частоты переключений из холостого хода в режим работы под нагрузкой и обратно (в случае, если компрессор работает в непрерывном режиме или в режиме с отсроченным выключением, как обычно работают винтовые компрессоры);

- корректировка объема воздушного ресивера, с целью уменьшения частоты включений/выключений или переключений между режимами работы

Цикличность работы вычисляется путем расчета времени простоя (или холостого хода) t_П и времени работы под нагрузкой t_Н, которые в сумме и составляют продолжительность одного цикла.

Во время простоя компрессора (или его холостого хода, в зависимости от режима работы) t_П, компрессор не производит сжатый воздух, потребность в сжатом воздухе в этот период покрывается из объема сжатого воздуха, находящегося в воздушном ресивере, и в пневматической сети в целом.

В результате, в этой фазе работы компрессора давление в воздушном ресивере падает с давления выключения (разгрузки) Р_max до давления включения (нагрузки) Р_min.

Для расчета продолжительности фазы простоя поршневых компрессоров (или холостого хода для винтовых компрессоров) используется нижеприведённая формула (8):

 

     ,                                                                  (8)

 

где t_П - время простоя (холостого хода), мин;

V_Р - объем ресивера сжатого воздуха, м³;

Q_B - расход сжатого воздуха, м³/мин;

Р_max - давление выключения (разгрузки), бар;

Р_min - давление включения (нагрузки), бар.

 

Во время работы под нагрузкой t_Н, 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 (или холостого хода).

Производительность компрессора Q_K выше, чем расход (потребление) сжатого воздуха Q_B, поэтому давление в ресивере постепенно поднимается до давления выключения (разгрузки) P_max.

Для расчета продолжительности фазы (периода) работы под нагрузкой t_Н используется формула (9):

 

     ,                                                               (9)

 

где t_Н - время работы под нагрузкой, мин;

V_Р - объем ресивера сжатого воздуха, м³;

Q_К - производительность компрессора, м³/мин;

Q_B - расход сжатого воздуха, м³/мин;

Р_max - давление выключения (разгрузки), бар;

Р_min - давление включения (нагрузки), бар.

 

Поршневые компрессоры работают в повторно-кратковременном режиме - при достижении давления выключения Р_max компрессор выключается с остановкой электродвигателя, при падении давления до давления включения Р_min электродвигатель запускается, и компрессор начинает производить сжатый воздух.

Допустимая частота включений/выключений двигателя компрессора зависит от его мощности (таблица 10). Превышение этой частоты приводит к перегреву и 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 ход, т.к. даже эти переключения вызывают некоторую нагрузку на подшипники и сальники винтового блока, а также и на некоторые другие части компрессора.

Для расчета цикличности переключений компрессора N, подразумевать ли под этим пуски/остановки электродвигателя, или переходы между режимами работы винтового компрессора, время работы под нагрузкой t_Н суммируется с временем простоя (холостого хода) t_П, и на полученный результат делится время расчетного периода, в качестве которого обычно берется 1 час = 60 мин.

 

    N  ,                                                                               (10)

 

где N - количество циклов, ч^-1;

t_Н - время работы под нагрузкой, мин;

t_П - 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 разницу между давлением выключения Р_max и давлением включения Р_min (если это возможно).

То же относится и к винтовым компрессорам, работающим в повторно-кратковременном режиме без задержки выключения (следует отметить, что в наши дни такие схемы управления винтовыми компрессорами не применяются и их можно найти разве что в техническом музее средств автоматизации и управления).

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 всё же, небольшой стресс, а часто и систематически повторяющиеся переключения могут, в перспективе, привести к преждевременному износу компрессора.

Поэтому, применительно к винтовым компрессорам, рекомендуется 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).