Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Арматура антипомпажной защиты и регулирования»
Шрифт:
Рис. 1.1. Характеристика центробежного компрессора
Характеристики компрессорных машин обычно получают опытным путем, изменяя режим работы с помощью дроссельного клапана, установленного перед компрессором или после него. Для каждого режима Vi производится измерение параметров рi =(pk– pn)i т.е. Hi и Ni вычисляют i при n =const, строят графические зависимости этих параметров от V и получают характеристики
Наибольший интерес для анализа работы компрессора представляют зависимость рк = f(V), H = f(V). Последнюю обычно называют напорной характеристикой.
При необходимости характеристики можно приблизительно пересчитать на другие начальные условия всасывания, а также для газа с другими физическими свойствами.
Энергия, сообщаемая газу в компрессоре, расходуется на обеспечение требуемых условий работы системы, т.е. на преодоление статического противодавления рст и сопротивления р в системе.
Режим работы компрессора существенно зависит от характеристики системы, в которой он должен работать. Уравнение характеристики сети в общей форме имеет вид
где V – объемный расход в сети
рст – постоянное статическое давление в сети
а – коэффициент, зависящий от размеров и конструкции сети.
При изменении коэффициента а, например, при изменении сечения трубопровода, давления или температуры, характеристика сети смещается. Так, при увеличении коэффициента а, например, при прикрытии заслонки, установленной в трубопроводе, характеристика сети становится круче.
Требуемое при эксплуатации изменение режимов работы может быть достигнуто или изменением характеристики сети или изменением характеристики машины.
При малых расходах, учитывая, что скорость потока в трубопроводах ограничивается, вторым членом уравнения пренебрегают и таким образом, количество потребляемого газа практически не зависит от давления в системе.
Характеристика сети
Режим работы машины зависит от ее газодинамической характеристики и характеристики сети. Сетью будем называть совокупность всех устройств, через которые проходит газ от машины до потребителя, а характеристикой сети – зависимость между расходом газа через сеть и давлением, которое необходимо обеспечить в начале сети для реализации этого расхода. Точка пересечения характеристики сети с характеристикой машины определяет установившийся режим работы и называется рабочей точкой.
Возможные характеристики систем представлены на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Характеристики давления в сети трубопроводов (в системе)
а) сеть с постоянным противодавлением
б) сеть с динамическим противодавлением
в) – сеть со статическим и динамическим противодавлением
Сеть с постоянным противодавлением имеет характеристику параллельно оси абсцисс. Ими обладают, например, компрессорные
Для газоперекачивающих станций магистральных трубопроводов характерна параболическая форма характеристики, проходящая через начало координат (сопротивление в элементах системы) (рис .1.2. б).
Для случая потребления газа с постоянным давлением газа при наличии сопротивлений в системе характерна комбинированная характеристика (рис. 1.2. в).
Точка пересечения характеристики компрессора рк = f(V) называется рабочей точкой или рабочим режимом компрессорной установки. Точка пересечения А определяет условия материального и энергетического баланса системы, как показано на рис. 1.3.
Рис. 1.3. Совместные характеристики компрессора и сети (системы)
Компрессор, работающий в системе эффективен, если рабочей точке соответствует максимальный или близкий к максимальному КПД компрессора.
Работа компрессора устойчива, если при изменении производительности системы по любой причине компрессор восстанавливает первоначальный режим работы. В противном случае работа компрессора неустойчива и может возникнуть явление помпажа.
При рассмотрении вопроса устойчивой работы центробежного или осевого компрессора большое значение имеет аккумулирующая способность системы, определяемая ее емкостью. Малая аккумулирующая способность характерна для системы с малым объемом или малым изменением плотности газа.
Газ поступает в компрессор с начальным давлением рн и сжимается в нем до конечного давления рк. Величина рк может изменяться в пределах
рн < pк < pмакс.
Однако, вблизи точки V0<V<Vп возможна неустойчивая работа компрессора (помпаж). Поэтому зона устойчивой работы компрессора определяется диапазоном производительностей Vп<V<Vмакс при рп<pмакс (где рп – давление помпажа).
Напорная характеристика компрессора однозначно определяет зависимость между производительностью по всасыванию и конечным давлением в устойчивой зоне работы при постоянной частоте вращения. Она в большинстве случаев определяет границу помпажа компрессора.
Для обеспечения эффективной, в первую очередь экономии энергии привода, и надежной работы компрессора рабочая точка его должна совпадать с оптимальным режимом макс или находиться вблизи него при снижении КПД на 2-5% по сравнению с максимальным.
1.4. Явление помпажа
Условия работы компрессора в системе при широком диапазоне изменения режимов в значительной степени зависят от взаимной согласованности характеристик компрессора и системы.