СТУПЕНЧАТОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОЗДУШНОГО КОМПРЕССОРА

STEP CONTROL OF THE AIR COMPRESSOR

Pavel Drobinin

Student, Lysva branch of the FGAOU VO Perm National Research Polytechnic University, Russia, Lysva

Mikhail Zhalko

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Lysva branch of the FGAOU VO Perm National Research Polytechnic University, Russia, Lysva

Аннотация. В данной статье проведён качественный анализ автоматической системы регулирования производительности воздушного компрессора

Abstract. In this article, a qualitative analysis of the automatic system for regulating the performance of an air compressor was carried out.

Ключевые слова: воздушный компрессор; производительность; автоматическая система регулирования; автоматизация.

Keywords: air compressor; performance; automatic control system; automation.

Компрессорная установка предназначена для сжатия, повышения давления и перемещения воздуха. Компрессорная установка состоит из: привода; компрессора; газовой коммуникации; системы охлаждения; системы смазки; системы регулирования производительности; системы автоматизации.[1]

Атмосферный воздух через воздухозаборную трубу, всасывающий фильтр, в котором происходит очистка воздуха от механических примесей, поступает в первую ступень компрессора, где происходит его сжатие.

После первой ступени воздух охлаждается в промежуточном холодильнике и поступает в цилиндр второй ступени, а затем в концевой холодильник. После концевого холодильника сжатый и охлаждённый воздух поступает в воздухообменник, а затем по воздухопроводу к потребителю.

Компрессорная установка выполнена в бесподвальном помещении. Промежуточный холодильник расположен над цилиндрами компрессора. Компрессор снабжён буферными ёмкостями для гашения пульсаций давления воздуха. Буферные ёмкости на всасывающей линии первой ступени и нагнетательной линии второй ступени расположены в приямках непосредственно под цилиндрами компрессора. Буферные ёмкости нагнетания первой ступени и всасывания второй ступени встроены непосредственно в промежуточный холодильник [2]

Ступенчатое регулирование заключается в изменении производительности компрессора заданными равными долями, называемыми ступенями.

В случае отсутствия автоматического регулирования при изменении производительности компрессора на одну ступень в коллекторе компрессорной станции установится давление, которое, если пренебречь незначительным влиянием изменения температуры нагнетаемого воздуха, определяется выражением:

,                                                                                                        (1)

где р₀ и р – давление в общем коллекторе соответственно до и после изменения производительности компрессора на одну ступень;

    - суммарная производительность одновременного работающих компрессоров до изменения производительности компрессора на одну ступень;

    - изменение производительности компрессора на одну ступень.

Из этого выражения следует:

1) чем больше суммарная производительность одновременного работающих компрессоров и чем больше число ступеней регулирования производительности компрессора, тем меньше величина отклонения давления в коллекторе при изменении производительности компрессора на одну ступень;

2) изменение давления в коллекторе не зависит от того, каким образом достигнуто снижения производительности компрессора.

При сравнительно небольших изменениях суммарной производительности компрессорной станции наблюдается допустимые с точки зрения механической прочности повышения номинального давления в общем коллекторе. В результате этого компрессорная станция может работать с постоянной производительностью, т.е. без регулирования, если по условиям эксплуатации режим работы потребителей мало изменяется.

Свойство саморегулирования (самовыравнивания) объекта регулирования очень часто используется на практике. Однако эксплуатация компрессорной станции без автоматического регулирования давления приводит к значительному перерасходу электроэнергии и нарушению условий работы потребителей сжатого воздуха.

Из формулы (1) следует, что качество работы систем ступенчатого регулирования можно повысить, уменьшив величину снижения производительности компрессора , вызываемого срабатыванием одной ступени регулирования. Это можно осуществить только в результате увеличения числа ступеней регулирования компрессора. Однако поскольку такой путь связан со значительным усложнением конструкции компрессора и системы регулирования, на практике наибольшее число ступеней регулирования не превышает четырёх.

Рассмотрим, как происходит изменение давления в коллекторе при изменении производительности компрессора. Снижение производительности компрессорной станции на величину  приводит к значительному падению давления в коллекторе  за промежуток времени t, который зависит от суммарной ёмкости нагнетательного трубопровода и подключённых к нему ёмкостей

Рисунок 1. Характеристика ступенчатого регулирования

Уменьшения  можно достигнуть только за счёт прекращения процесса падения давления путём увеличения производительности компрессора. Кривая 1-2 характеризует процесс падения давления на величину  при снижении производительности компрессора на одну ступень. Если в точке 3 произойдёт включение этой же ступени регулирования, то давление в коллекторе начнёт повышаться. При достижении в точке 4 прежнего значения р_н вновь произойдёт выключение эрой же ступени. Таким образом, процесс включения и выключения одной и той же ступени будет периодическим.

Разность  давлений, при которых происходит включение и выключение одной и той же ступени регулирования, называется «нечувствительностью регулятора». Время t₀ между двумя включениями одной и той же ступени регулирования называется «периодом цикла регулирования» и является функцией суммарной ёмкости V коллектора и нечувствительности  регулятора. Чем больше нечувствительность регулятора, тем меньше должна быть ёмкость коллектора при неизменном t₀. Чем больше t₀ и меньше , тем более плавное регулирование будет достигнуто. Эта связь выражается уравнением

 ,                                                                                               (2)

где V_рес – объём всех нагнетательных воздухопроводов и воздухосборников, м³;

q – число ступеней регулирования;

G – номинальная производительность компрессора, м³/час;

Z_макс – частота циклов регулирования, которую принимаем равной 60 q/ч;

Р_нач – давление всасываемого компрессором воздуха, кГ/см²;

- нечувствительность регулятора кГ/см²;

Т_рес и Т_нач – абсолютная температура соответственно нагнетаемого и всасываемого воздуха, °К.

Из уравнения (2) видно, что единственной переменной величиной с точки зрения регулирования может быть . Следовательно, чтобы в каждом отдельном случае можно было устанавливать наиболее целесообразный период цикла регулирования, необходимо предусматривать возможность изменения зоны нечувствительности регулятора давления.

При включении и выключении одной ступени регулирования давления в коллекторе периодически изменяется в пределах нечувствительности регулятора и не зависит от отношения изменения производительности компрессора при включении одной ступени регулирования к суммарной производительности компрессорной станции. Это означает, что система регулирования компрессора, обладая нечувствительностью, может в заданных пределах поддерживать давление в коллекторе компрессорной станции независимо от числа одновременно работающих на ней компрессоров.