double arrow

Регулирование работы компрессоров

Рис. 8.11 Напорная характеристика поршневого компрессора

Рис. 8.10 Влияние герметичности клапанов на индикаторную диаграмму компрессора

Рис. 8.9 Индикаторная диаграмма реального цикла поршневого компрессора

Влияние вредного пространства. В крайнем левом положении поршня (см.рис.8.9), когда завершился процесс вытеснения, в цилиндре остается сжатый воздух, заполняя пространство в зазоре между рабочей поверхностью поршня и крышкой, а также проточные каналы клапанов до их разделительных элементов. Это пространство в цилиндре называют вредным или "мертвым".

Сжатый воздух, заполняющий вредное пространство, препятствует открытию всасывающего клапана в момент начала очередного движения поршня вправо. Вместо мгновенного падения давления по линии 4-1 (диаграмма идеального цикла показана пунктирными линиями) в начале движения поршня вправо будем иметь процесс расширения воздуха, оставшегося во вредном пространстве, по линии 4-1"-1'. Если всасывающий клапан не оказывает сопротивления движению воздуха, то по достижении атмосферного давления в точке I" начинается процесс всасывания. Ве­личина смещения I - I" будет характеризовать потерю рабочего объема Vр из-за заполнения воздухом, поступившим при расширении из вредного пространства, a Vs - объем поступающего в цилиндр атмосферного воздуха с учетом вредного пространства.

Влияние вредного пространства на производительность компрессора оценивают объемным коэффициентом который зависит от относительной величины вредного пространства крутизны политропы расширения 4-1" и конечного давления воздуха в точке 4. Очевидно, с увеличением давления во вредном пространстве аккумулируется большое количество сжатого воздуха, расширение которого приводит к большой потере рабочего объема, и объемный коэффициент компрессора уменьшается.

На энергоемкость сжатия вредное пространство практически не оказывает влияния, так как энергия, расходуемая на сжатие воздуха во вредном пространстве, с небольшими потерями возвращается приводу в процессе расширения 4 - I".

Влияние сопротивления клапанов. Открытие всасывающего клапана и начало процесса всасывания наступает не в точке I" (см.рис.8.9), когда давление в цилиндре снижается до атмосферного, а несколько позже (в точке I'), так как между внутренней полостью цилиндра и атмосферой должен быть обеспечен перепад давлений , необходимый для преодоления упругости пружины, сил инерции пружины и разделительного элемента (пластины), а также аэродинамических сопротивлений проточных каналов клапана и всасывающей магистрали компрессора. Поэтому действительная потеря рабочего объема несколько больше величины I - I". Кроме того, давление р1 в конце всасывания несколько ниже атмосферного, что обусловливает меньшую по сравнению с атмосферной плотность воздуха в цилиндре. При возвратном движении поршня часть его хода реализуется на повышение давления в цилиндре от р1 до р2(линия 2 - 2").

Объем поступившего в цилиндр воздуха, приведенного к нормальному атмосферному давлению, может быть оценен приближенно прямой линией I" - 2". Отношение называют дроссельным коэффициентом, учитывающим влияние понижения давления в цилиндре на производительность компрессора. Очевидно, понижение атмосферного давления автоматически повлечет снижение давления р1и соответствующее уменьшение дроссельного коэффициента и производительности компрессора. Поэтому в условиях высокогорных карьеров, где атмосферное давление намного ниже нормального, для повышения производительности компрессоров применяют наддув воздуха во всасывающую магистраль при помощи вентиляторов и воздуходувок.

Как видно из диаграммы (см.рис.8.9), давление воздуха в процессе всасывания и нагнетания изменяется, что объясняется повышенной инерцией клапанов в момент их открытия, а также изменяющейся скоростью движения поршня, в связи с чем изменяется скорость движения воздуха через клапаны и соответствующие аэродинамические сопротивления.

Перепад давлений численно равен сопротивлению нагнетательного клапана в момент его открытия. Заштрихованные площадки характеризуют дополнительные потери энергии в компрессоре на преодоление сопротивлений клапанной системы воздухораспределения.

Влияние подогрева воздуха. Подогрев воздуха в процессе всасывания обусловлен теплообменом с нагретыми узлами компрессора и сопротивлениями всасывающего тракта. Плотность нагретого воздуха меньше, чем нормального атмосферного, что приводит к соответствующему снижению весовой производительности компрессора, которое оценивают температурным коэффициентом . Величина температурного коэффициента ориентировочно равна отношению нормальной атмосферной температуры Т0 к температуре воздуха Т1 в цилиндре в конце процесса всасывания.

Увеличение атмосферной температуре приводит к соответствующему увеличению температуры Т1 и снижению производительности компрессора. Температурный коэффициент уменьшается с повышением конечного давления в цилиндре, так как с увеличением степени сжатия повышается температура сжатого воздуха и степень нагрева рабочих узлов компрессора.

Влажность атмосферного воздуха также влияет на работу компрессора. С увеличением влажности уменьшается плотность воздуха. Кроме того, влагу выделяют в пневмосети, как вредный компонент, теряя при этом энергию, затраченную на сжатие водяного пара в компрессоре.

Влияние утечек. Утечки сжатого воздуха в атмосферу через сальники и зазоры между цилиндром и поршневыми кольцами называют внешними. Внутренние утечки - это перетоки воздуха через клапаны из-за негерметичности, а также вследствие запаздывания их закрытия.

Уменьшение производительности из-за утечек оценивают коэффициентом герметичности который численно равен отношению расхода воздуха в нагнетательном тракте Qн к объему всасываемого воздуха ,приведенных к нормальным атмосферным условиям.

Коэффициент герметичности зависит, помимо конструкции, от эксплуатационного состояния компрессора. При значительном загрязнении клапанов период запаздывания их закрытия увеличивается, что ведет к резкому падению производительности. Индикаторная диаграмма изменя­ется, как это показано на рис.8.10. Диаграмма 1-2-3-4, показанная сплошными линиями, соответствует исправно работающему компрессору. Пунктирная линия 4-1' характеризует процесс расширения при загрязненном нагнетательном клапане, а 2 - 3' - процесс сжатия при запаздывании закрытия всасывающего клапана.

На принципе сравнения индикаторных диаграмм основано определение неисправностей компрессора. Для этого пользуются справочными таблицами, в которых указаны причины отклонений индикаторных диаграмм, записанных в производственных условиях, от стандартных.

С учетом влияния рассмотренных факторов действительная производительность поршневого компрессора будет определяться следующим образом:

где, коэффициент подачи, величина которого в общем случае зависит от конечного давления в цилиндре, так как с увеличением конечного давления снижается объемный и температурный коэффициенты и увеличиваются утечки. Поэтому с увеличением конечного давления в цилиндре производительность компрессора уменьшается, а его действительная напорная характеристика имеет вид, показанный на рис.8.11 (пунктирной линией изображена теоретическая напорная характеристика). Работа компрессора считается достаточно экономичной, если >0,7

По индикаторной диаграмме путем планиметрирования ее площади определяют так называемую индикаторную мощность (кВт) компрессора.

где,

среднее индикаторное давление, бар.

F - площадь поршня, м ,

S - ход поршня, м.

N - частота вращения коленчатого вала, об/мин.

Величину среднего индикаторного давления определяют по результатам планиметрирования диаграммы следующим образом:

где - масштаб давления, бар/мм, и соответственно площадь (мм2) и длина (мм) индикаторной диаграммы, характеризующая объем Vp(см.рис,8.9).

Потребляемая компрессором мощность (на валу) больше индикаторной на величину механических потерь на трение:

где = 0,3 - 0,95 - механический к.п.д.

Оценку энергетического совершенства конструкций компрессоров производят по изотермическому и адиабатному к.п.д.

Мощность привода компрессора рассчитывают с учетом к.п.д. промежуточной передачи между двигателем и компрессором.

Регулирование производительности компрессора производится с целью поддержания постоянного давленая в воздухопроводной сети, что необходимо для нормальной работы потребителей сжатого воздуха. Так при недостаточной производительности компрессора, давление в воздухопроводной сети будет падать, при обратном явление давления возрастать, что приводит к излишнему быстрому числу ходов (оборотов) механизмов - а это износ механизмов, а при несрабатывании предохранительного устройства может быть авария.

При длительной нехватке воздуха подключают дополнительный компрессор, а кратковременную нехватку - компенсирует воздухосборник.

На практике чаше всего возникает необходимость понизить избыточное давление.

Регулирование подачи воздуха в воздухопроводную сеть может быть осуществлено автоматически:

1) выключением компрессорного двигателя применяется для компрессоров малой мощности, для мощных компрессоров не подходит из-за толчков тока в сети;

2) выпуском в атмосферу из воздухосборника через клапан излишнего количества воздуха;

3) путем изменения скорости вращения вала - наиболее экономичный и удобный способ, но в большинстве случаев приводы на компрессорах не регулируются;

4) при постоянной скорости вращения вала путем:

а) открывания всасывающих клапанов при всасывающем и нагнетательном ходе поршня


Сейчас читают про: