2.3. Регулирование производительности пластинчатых компрессоров

Целью регулирования является приспособление производительности компрессоров к изменяющимся требованиям технологического процесса. У воздушных и газовых компрессоров регулирование производится в зависимости от давления нагнетания, у холодильных компрессоров и вакуум-насосов – от давления всасывания.

На практике применяются пять способов регулирования пластинчатых компрессоров:
1) изменением скорости вращения;
2) остановками и пусками;
3) закрытием всасывающего патрубка;
4) дросселированием на всасывании;
5) расширением сжатого газа.

Регулирование изменением скорости вращения. Пластинчатые компрессоры имеют привод от электромотора, от бензинового двигателя внутреннего сгорания или от дизеля.

У трехфазовых электродвигателей коммутативного типа возможно плавное изменение скорости, однако вследствие низкого КПД, недостаточной надежности и высокой стоимости для привода компрессора они почти не применяются. Можно применить ступенчатое регулирование скорости, тогда в качестве привода применяется электродвигатель с переменным числом полюсов. Однако этот двигатель имеет крупные габариты и высокую стоимость.

Небольшие компрессоры, имеющие привод от бензинового двигателя внутреннего сгорания, могут менять скорость вращения в небольших пределах порядка 30%, большее изменение скорости вращения допускается в случае привода от дизеля – около 50%. Двигатели дизеля применяются в качестве привода для крупных передвижных установок. Регулирование изменением скорости вращения, столь экономичное для компрессоров. С возвратно-поступательным движением поршня, у пластинчатых компрессоров приводит к значительному повышению удельного расхода энергии при частичной загрузке компрессора. Это вызвано тем, что потери от неплотности у пластинчатых компрессоров не меняются с изменением скорости вращения, и поэтому с уменьшением производительности машины потерн относительно резко возрастают. Половинной скорости соответствует менее чем половинная производительность. Обычно все же изменяют скорость вращения только до 60% от номинальной, чтобы центробежная сила, прижимающая пластины, не падала значительно. При стальных пластинах не работают с окружной скоростью менее 7 м/сек. Чем выше степень повышения давления в компрессоре, тем уже область регулирования изменением скорости вращения.

Регулирование остановками и пусками. Значительную экономию энергии, охлаждающей воды и смазочных материалов дает во многих случаях регулирование остановками и пусками машин, осуществляемое легче всего для привода от электродвигателя с короткозамкнутым ротором. При превышении допустимого давления f023-4 в нагнетательном трубопроводе реле давления отключит ток от электродвигателя, а при падении давления в трубопроводе ниже определенного перепада Δр – включит двигатель в сеть.

Недостатком регулирования остановками и пусками является необходимость иметь большой ресивер, в противном случае остановки и пуски электродвигателя будут очень часты, что совершенно недопустимо из-за перегрева двигателя пусковым током.

В других же случаях для пластинчатых компрессоров нужен небольшой ресивер или вообще ресивера не требуется.

Расчет необходимого объема ресивера Vp с учетом равномерного расхода газа из ресивера при остановках компрессора осуществляется по формуле:

f023-5

где Q – количество газа, всасываемого компрессором, в куб.м/мин; t – время между двумя пусками компрессора в минутах; f023-6 – относительный расход газа (S – абсолютный расход); f023-4 – максимально допустимое давление в Н/кв.м; Δp – падение давления в ресивере в Н/кв.м.

Недостаток регулирования остановками: при остановке цилиндр охлаждается быстрее ротора, и при повторном пуске может произойти защемление ротора или пластин, вследствие чего при монтаже в машине устанавливаются повышенные зазоры.

Регулирование закрытием всасывания – это наиболее часто применяемый способ регулирования для средних и крупных пластинчатых компрессоров. При достижении определенного давления нагнетания всасывающий патрубок компрессора закрывается клапаном, имеющим пневматический привод от регулятора давления. Нагнетательный патрубок при этом соединяется перепускным клапаном с полостью всасывания или с атмосферой, тогда как нагнетательный трубопровод остается под давлением нагнетания, поскольку между патрубком и нагнетательным трубопроводом установлен обратный клапан (рис. 19). По достижении определенного давления нагнетания наружный поршенек регулятора давления 1, соединенный трубкой 2 с полостью нагнетания, поднимется и перепустит сжатый воздух на поршень клапана 3, который опустится, перекроет всасывающий патрубок и через трубку 4 соединит полость нагнетания с полостью всасывания. Когда давление в нагнетательном трубопроводе снизится настолько, что сила давления, действующая на поршенек регулятора 1, станет меньше силы от нагрузки поршенька, уменьшенной на вес шаров, которые при подъеме поршенька разошлись, поршенек опустится; сжатый воздух выйдет из цилиндра над поршнем запорного клапана 3 через сверления в поршеньке регулятора 1 и далее но трубке 5 поступит во всасывающую полость. Пружина поднимет поршень клапана 3, и всасывающий патрубок откроется.

Пластинчатый компрессор с регулированием закрытием всасывания

Рис. 19. Пластинчатый компрессор с регулированием закрытием всасывания

Индикаторная диаграмма компрессора изменяется теоретически, как это показано на рис. 20, и взамен вида 1234 получает вид 5678, поскольку газ расширяется от нормального давления всасывания (точка 5) до давления, соответствующего политропическому расширению газа из мертвого пространства до максимального объема отдельной ячейки (точка 6).

Индикаторная диаграмма пластинчатого компрессора

Рис. 21. Индикаторная диаграмма пластинчатого компрессора при нормальной эксплуатации (1234) и при регулировании закрытием всасывания (6785)

Необходимо отметить, что из-за неплотностей главным образом по торцам ротора газ проникает в ячейку со стороны нагнетания в процессе расширения, то же самое происходит при последующем сжатии, поэтому кривая сжатия не совпадает с кривой расширения. В точке 7 ячейка соединяется с нагнетательным патрубком, давление в котором равно давлению нагнетания, поэтому давление в ячейке мгновенно повышается (точка 8). При дальнейшем уменьшении объема ячейки газ перетекает из нее; остается газ только в мертвом пространстве. Заштрихованная площадь диаграммы 5678 показывает индикаторную работу пластинчатого компрессора при холостом ходе. Из диаграммы следует, что у компрессора, сконструированного на более низкую степень повышения давления (диаграмма 12’З’4′), индикаторная работа холостого хода (567’8′) будет больше.

Аналогичным способом можно регулировать и двухступенчатые пластинчатые компрессоры.

Регулятор давления имеет обычно рукоятку или рычажок для ручного регулирования, чтобы можно было разгрузить компрессор при пуске, а также в том случае, когда давление за обратным клапаном ниже давления, при котором срабатывает регулятор.

Индикаторные диаграммы пластинчатого компрессора

Рис. 21. Индикаторные диаграммы пластинчатого компрессора при нормальной работе (1234) и при регулировании дросселированнием на всасывании (5678510)

Регулирование дросселированием на всасывании. При этом способе регулирования с ростом давления нагнетания производится прикрытие всасывающего патрубка, и индикаторная диаграмма изменяется: вместо 1234 имеем 5678910 (рис. 21). Схема пластинчатого компрессора, регулируемого дросселированием на всасывании, приведена на рис. 22. При повышении давления нагнетаемого воздуха в маслоотделителе 1 давлением на масло в масляной ванне поднимется заслонка 2 и прикроет всасывающий патрубок в месте между всасывающим фильтром 3 и цилиндром 4. Масло, не отделенное в маслоотделителе, задерживается фильтром 5 и возвращается на всасывание по трубке 6. Масло, отделенное в маслоотделителе, охлаждается при прохождении через оребреные трубки 7. Очистка масла производится в фильтре 8. Далее масло впрыскивается в цилиндр в ячейки с неполностью сжатым газом.

Схема пластинчатого компрессора, имеющего внутреннее охлаждение впрыском масла

Рис. 22. Схема пластинчатого компрессора, имеющего внутреннее охлаждение впрыском масла, регулируемого дросселированием на всасывании

В противоположность регулированию дросселированием на всасывании компрессоров с возвратно-поступательным движением поршня у пластинчатых компрессоров степень повышения давления внутри цилиндра не изменяется, поскольку эта степень определяется положением нагнетательного окна. Пластинчатый компрессор при таком регулировании работает с внутренним и внешним сжатием. Регулирование дросселированием на всасывании приводит у пластинчатых компрессоров к некоторому повышению температуры нагнетания. Этот способ регулирования применяется для воздушных и холодильных компрессоров.

Схема регулировании пластинчатого компрессора расширением сжатого газа

Рис. 23 Схема регулировании пластинчатого компрессора расширением сжатого газа при перепуске определенного количества газа с нагнетательного патрубка через соленоидный клапан S в ячейки, объем которых возрастает (клапан снабжен регулятором давления)

Регулирование расширением сжатого газа осуществляется перепуском части сжатого газа через самодействующий соленоидный клапан 5 (рис. 23) в специальный канал, подводящий газ в то место цилиндра, где объем ячеек начинает увеличиваться, но ячейка еще не соединена со всасывающим пространством. Поскольку сжатый газ, подведенный в эти ячейки, может расширяться, часть затраченной на сжатие работы возвращается. При этом газ охлаждается, поэтому при таком регулировании компрессор не перегревается.

В пластинчатых компрессорах применяется также регулирование дросселированием сжатого и прошедшего через холодильник газа, который далее поступает на всасывание. Однако регулирование дросселированием на нагнетании экономически невыгодно, и поэтому этот способ регулирования можно рекомендовать только для случая кратковременного регулирования или как дополнительный способ при регулировании изменением скорости вращения.

Во избежание трудностей, связанных с регулированием пластинчатых компрессоров большой производительности при значительных колебаниях в потреблении газа, устанавливают несколько машин меньшей производительности и при изменениях в потреблении газа производят регулирование отключением и включением отдельных компрессоров.

© 2017: ООО Техпром-Н, производство компрессоров ВР 8, компрессорных станций КС