Увеличение мощности компрессора воздушного



Методы повышения эффективности работы компрессорных станций

В статье рассмотрены методы энергосбережения при эксплуатации центробежных компрессоров и нагнетателей на существующих станциях подготовки сжатого воздуха. Компания «ТокcСофт», г.Москва

На большинстве промышленных предприятий в условиях текущего экономического состояния и повышения тарифов на электроэнергию сокращение непроизводительных энергетических затрат играет существенную роль. Поскольку доля компрессорных и нагнетательных станций в балансе энергопотребления составляет 25–30 %, а снижение КПД эксплуатируемых центробежных машин за счет износа увеличивает себестоимость сжатого воздуха, снижение затрат при его производстве дает ощутимый экономический эффект.
Обеспечение сжатым воздухом на многих предприятиях производится c помощью центробежных машин типов К-250, К-500 и их модификаций производства завода Дальэнергомаш и Невского завода. Широко используются также и центробежные нагнетатели, когда необходимы большие объемы воздуха при малых значениях давления (например, на станциях аэрации). Это надежные машины, с хорошим запасом прочности и безопасности, простые в обслуживании. При умелом обслуживании и модернизации они могут проработать еще не одно десятилетие.

Составляющие энергосбережения
Снижение энергетических затрат на существующей компрессорной или нагнетательной станции возможно за счет следующих составляющих: — использование устройств плавного пуска для запуска агрегатов; — расширение рабочей зоны компрессора за счет снятия ограничения на закрытие дроссельной заслонки в рабочем режиме; — уменьшение нагрузки на компрессор в режиме холостого хода за счет перевода его в глубокое дросселирование; — увеличение суммарного КПД станции за счет внедрения группового регулирования давления и производительности; — прочие составляющие, как: снижение потребления охлаждающей воды, выявление резервов за счет анализа протекания процесса, уменьшение потерь от простоев за счет развитых средств диагностики и т.п.

Плавный пуск
Запуск агрегата с использованием системы плавного пуска позволяет значительно снизить пусковые токи двигателей, в сетях с ограниченной мощностью КЗ резко уменьшить провалы напряжения сети при пуске двигателя, существенно снизить электродинамические усилия на обмотки двигателя и ударные механические воздействия на механизмы. Это увеличивает моторесурс агрегата и снижает энергопотребление в момент пуска.

Расширение диапазона регулирования
Область регулирования компрессора на малых расходах ограничивается границей зоны помпажа. При заданном давлении нагнетания нельзя уменьшать расход воздуха через компрессор менее, чем критическое значение, при котором возникает помпаж. Однако положение границы зоны помпажа может существенно меняться в зависимости от состояния атмосферного воздуха (давления, температуры, влажности) и технического состояния компрессора (степень сжатия).
Чтобы обезопасить машину от попадания в помпаж, особенно при быстро меняющихся колебаниях потребления сжатого воздуха, завод-изготовитель и эксплуатирующий персонал устанавливают ограничение, при котором возникновение помпажа на компрессоре невозможно ни при каких условиях. Согласно инструкции завода-изготовителя, дроссельная заслонка компрессора в рабочем режиме не может быть закрыта более чем на 22 градуса, а на некоторых предприятиях угол ее закрытия ограничивают 30 и более градусами. Если потребление сжатого воздуха снижается за границу регулирования производительности, избыток воздуха стравливается в атмосферу через помпажный клапан. Сброс лишнего воздуха в атмосферу – это непроизводительные затраты электроэнергии.
Расширив диапазон регулирования производительности компрессора, можно исключить сброс воздуха в атмосферу при малых расходах и уменьшить энергетические потери.
Зная текущее положение зоны помпажа и рабочей точки компрессора, можно регулировать производительность компрессора таким образом, чтобы при движении рабочей точки в зону малых расходов максимально приблизить рабочую точку к границе зоны помпажа, не открывая помпажный клапан. Запас по производительности относительно границы зоны помпажа определяет новую нижнюю границу регулирования и выбирается в зависимости от скорости движения рабочей точки в сторону уменьшения расхода. Критический угол закрытия дроссельной заслонки при таком регулировании может быть значительно менее, чем 22 градуса. Экономия электроэнергии при расширении зоны регулирования может составлять до 10 % на один агрегат.

Глубокое дросселирование
Режимом глубокого дросселирования называется такое состояние турбокомпрессора, при котором задвижка нагнетания закрыта, помпажный клапан полностью открыт, дроссельная заслонка закрыта. Всасывание воздуха производится через зазоры дроссельной заслонки. В этом состоянии, когда количество воздуха, перекачиваемого компрессором, минимально, а помпаж еще не наступает, нагрузка на компрессор существенно снижается по сравнению со штатным режимом холостого хода, рекомендуемым заводом-изготовителем.
Глубокое дросселирование также существенно облегчает пуск компрессора. Режим пуска является наиболее тяжелым для компрессора с точки зрения нагрузок на элементы его конструкции. Несмотря на малую продолжительность (около 30 с), пуск оказывает существенное влияние на ресурс агрегата. Связано это прежде всего с высокими пусковыми моментами, которые в два раза превышают номинальные, с прохождением компрессора через зону резонансных механических колебаний и дополнительными нагрузками конструкций при прогреве агрегата. Снижение нагрузки на рабочие колеса компрессора, благодаря глубокому дросселированию, облегчает режим пуска и уменьшает потери ресурса на каждый цикл пуск-останов с 50 до 15 часов.
Внедрение глубокого дросселирования позволяет осуществлять ежедневные пуски и остановы компрессора без потерь ресурса, а экономия для режима холостого хода может составлять от 5 до 60 % на один компрессор.

Групповое регулирование
Существуют два метода группового регулирования производительности компрессоров, работающих на один коллектор.
Первый метод заключается в ступенчатом регулировании производительности, когда один компрессор находится в состоянии регулирования, а остальные либо полностью нагружены, либо полностью разгружены и отключены от магистрали.
При втором методе все компрессоры находятся в состоянии регулирования. Второй метод предпочтителен с точки зрения возможностей экономии энергии. Исследованиями доказано, что в этом случае суммарный КПД группы компрессоров выше, а значит, затраты электроэнергии при том же количестве производимого сжатого воздуха ниже, что позволяет достичь экономии от 3 до 6 % на один компрессор.

Прочие составляющие
Снижение нагрузки на компрессор при расширении его рабочей зоны приводит к снижению расхода охлаждающей воды через воздухоохладители, а в режиме глубокого дросселирования воздухоохладители не требуют охлаждения вообще. Это, в свою очередь, приводит к снижению затрат электроэнергии на привод циркуляционных насосов.
Развитая система управления снижает влияние человеческого фактора на точность управления, ведет архив технологических параметров. Технологический персонал имеет в своем распоряжении инструменты для всестороннего анализа накопленных данных и, исследуя графики изменения параметров в течение длительного времени, имеет возможность делать выводы о техническом состоянии компрессоров и проводить своевременные мероприятия по восстановлению их технических характеристик. Экономия электроэнергии от прочих составляющих оценивается на уровне 1 %.

Возможности экономии на производстве
На примере предприятий непрерывного и дискретного цикла возможности экономии за счет модернизации работы компрессорной станции можно представить ниже­описанными способами.
Для предприятий с непрерывным циклом характерны циклические колебания потребления сжатого воздуха в течение суток. Можно выделить несколько пиковых участков максимальной нагрузки на компрессорную станцию, в эти часы для производства необходимого объема сжатого воздуха требуются ресурсы большинства компрессоров, находящихся в работе. Экономия энергии в эти периоды возможна за счет расширения рабочей зоны компрессоров, за счет группового управления и за счет прочих составляющих. Зато в оставшиеся периоды времени нагрузка на компрессорную станцию снижается настолько, что компрессоры становятся невостребованными и могут быть выведены в глубокое дросселирование. Экономия энергии в этом случае возможна за счет режима глубокого дросселирования и за счет прочих составляющих.
Предприятие с дискретным циклом, например машиностроительное, работает, как правило, в две смены с двумя выходными днями в течение недели. Сжатый воздух используется для привода пневмоинструмента и различных исполнительных механизмов в окрасочном, прессовом, штамповочном, кузнечном и других производствах. Потребление сжатого воздуха в течение смены не претерпевает резких изменений и пребывает примерно на одном уровне. В нерабочее время сжатый воздух не потребляется, компрессоры могут быть остановлены. Основная экономия может быть получена в нерабочее время (ночные часы, а также выходные и праздничные дни). При существующем положении дел компрессоры в это время не выключаются, а переводятся в режим холостого хода, поскольку производитель компрессора допускает максимум еженедельные пуски и остановки компрессора. Пуск и остановка компрессора в режиме глубокого дросселирования существенно разгружают компрессор по сравнению со штатным режимом. Затраты ресурса на цикл пуск-остановка в глубоком дросселировании снижаются настолько, что становится возможным осуществлять ежедневные пуски и остановки компрессора.

Мероприятия по достижению экономии
Повышение энергоэффективности требует комплексного подхода и ряда организационно-технических мероприятий, которые подразделяются на две группы: модернизацию механических узлов и внедрение современных средств автоматизации с заменой и установкой дополнительного КИП.
Например, чтобы при внедрении глубокого дросселирования добиться минимума энергопотребления при полностью закрытой дроссельной заслонке, необходимо произвести некоторую модернизацию механических узлов компрессора: минимизировать зазоры дроссельной заслонки, усилить всасывающий патрубок, провести ревизию помпажного клапана. Необходимо также провести общее техническое обследование состояния компрессора на предмет выявления возможных источников потерь энергии за счет изношенности механических деталей. В качестве примера можно привести трубные пучки воздухоохладителей или уплотнения, изношенность которых существенно снижает технические характеристки компрессора, а потери энергии могут существенно превысить эффект, достигнутый от глубокого дросселирования.
Со стороны средств автоматизации: — для обеспечения глубокого дросселирования необходимы алгоритм ввода компрессора в режим и вывода из него; — для обеспечения расширения рабочей точки требуется измерять параметры атмосферного воздуха, периодически вычислять положение границы зоны помпажа, скорость и направление движения рабочей точки компрессора, регулировать производительность компрессора для поддержания заданного давления (или расхода) в пределах расширенной рабочей зоны путем изменения положения дроссельной заслонки, а в случае выхода рабочей точки за нижнюю границу рабочей зоны регулирование производить за счет изменения положения помпажного клапана; — для группового управления производительности необходимо измерять расход воздуха в коллекторе, на который работает группа компрессоров, и реализовать действие алгоритма группового управления. Алгоритм, исходя из измеренного текущего потребления сжатого воздуха, рассчитывает уставки производительности для каждого компрессора в группе, стремясь добиться максимального группового КПД.
При всем при этом требуется надежная помпажная защита, срабатывающая, например, при появлении характерных колебаний нагрузки на двигатель главного привода, а также быстродействующие электроприводы дроссельной заслонки и помпажного клапана. Именно это гарантирует, что внедрение системы управления не уменьшит безопасности и безаварийности работы агрегатов.

Источник

Выбираем компрессор для пневмоинструмента

Пневматический компрессор: назначение и виды.

Прошли те времена, когда пользование пневматическим инструментом было прерогативой заводов и крупных мастерских при автобазах. Сегодня пневмоинструмент доступен любому желающему и многие уже успели оценить по достоинству его положительные стороны. Пневмоинструмент не боится влаги и пыли, неприхотлив, надежен и имеет заметно большую удельную мощность, чем его электрические собратья. Кроме того, пневматический инструмент не боится запредельных нагрузок – если электродрель при заклинивании сверла запросто может сгореть, пневмодрель просто остановится и запустится сразу, как пропадет нагрузка. Неудивительно, что поклонников у пневматического инструмента с каждым годом все больше. Но есть у пневмоинструмента и минус: розетку можно найти на каждом углу, а вот сжатый воздух в квартиры, гаражи и частные дома пока не раздают. Необходимо приобретать компрессор.

Наиболее эффективным видом компрессоров является винтовой, в которых воздух нагнетается винтами. Но, к сожалению, нужное для работы пневмоинструмента давление создается только при работе большими винтами, приводимыми в действие мощными трехфазными двигателями. Поэтому винтовые компрессоры используются на крупных промышленных предприятиях, а частным лицам и небольшим мастерским остается довольствоваться поршневыми.

В этих компрессорах сжатие воздуха производится, как следует из названия, поршнями, приводимыми в движение с помощью кривошипно-шатунного механизма. Эффективность таких компрессоров много ниже, за счет того, что большая часть энергии расходуется на преодоление трения между поршнем и цилиндром. Соответственно, износ этих деталей также возрастает и срок службы поршневых компрессоров много ниже, чем у винтовых. В масляных компрессорах для снижения трения используется масло, такие компрессора служат в несколько раз дольше безмасляных, но имеют одну особенность, которая часто оборачивается большим недостатком: в сжатом воздухе на выходе масляных компрессоров в довольно большом количестве присутствует масло.

Маслоотделители частично справляются с этой проблемой, но не до конца, и, если вам нужен чистый воздух, масляный компрессор вам не подойдет. Это актуально не только для медицинских учреждений. При тонкой работе краскопультом (например, когда краскопульт используется для аэрографии), при продувке деталей от пыли, при использовании плазменного резака – наличие масла в сжатом воздухе недопустимо. А вот при работе прочего пневмоинструмента – дрелей, гайковертов, граверов и т.п. – наличие масла в воздухе даже полезно: оно обеспечивает смазку вращающихся частей инструмента.

Еще один минус масляных компрессоров – они требуют контроля за уровнем и состоянием масла. Масло нужно подливать (любое масло тут не сойдет, требуется именно недешевое компрессорное), а при его загрязнении – и менять.

По типу привода компрессоры делятся на коаксиальные и ременные. В коаксиальных коленвал компрессора жестко соединен с валом двигателя. Простота этой конструкции обеспечивает её дешевизну, чего не скажешь о надежности: такой вариант чреват частыми пиковыми нагрузками на двигатель, что плохо сказывается на его долговечности. В ременных компрессорах двигатель, с помощью ременной передачи раскручивает маховик, на оси которого и закреплен коленвал. Такая конструкция обеспечивает более мягкую работу двигателя, продляя срок его службы.

Кому нужен компрессор?

Всем, кому нужен в работе тот или иной пневмоинструмент:

— работникам мастерских по ремонту бытовой техники

— работникам лакокрасочных цехов

— строителям и монтажникам

— малярам и оформителям

Да и если у вас есть гараж и вы сами проводите кое-какие работы с автомобилем, то либо компрессор и пневмоинструмент у вас уже есть, либо вы еще просто не знаете, насколько их наличие облегчит вам работу.

Характеристики компрессоров.

Независимо от того, ременный или коаксиальный, масляный или безмасляный компрессор вы приобретаете, у всех у них есть некоторые общие характеристики, на которые необходимо обратить пристальное внимание перед покупкой:

Мощность. Чем выше мощность мотора, тем выше производительность, и, соответственно тем больше потребителей можно подключать к компрессору и тем они разнообразнее. Как подобрать мощность? Лучше подбирать её не напрямую, а по требуемой производительности и максимальному давлению. Эти же параметры подбираются исходя из того, какие инструменты и в каком количестве будут одновременно использоваться с компрессором.

Пневмоинструмент и необходимые ему параметры компрессора.

Производительность компрессора – это объем воздуха, выдаваемый им в минуту. Для определения производительности компрессора просуммируйте требуемую производительность всех одновременно работающих инструментов. При подборе компрессора надо иметь в виду, что в паспорте обычно указывается объем всасываемого воздуха в идеальных (20 градусов Цельсия) условиях. На выходе компрессора, из-за потерь воздуха в компрессоре и из-за отличающихся условий эксплуатации производительность может быть на 20-30% ниже заявленной. Поэтому производительность выбранного компрессора должна быть на 30% выше необходимой для работы имеющихся инструментов.

Давление. Рабочее давление компрессора также подбирается исходя из требований используемого инструмента. Неважно, сколько инструментов будет использоваться одновременно – выбирайте максимальное требуемое давление. Это и будет рабочее давление компрессора. Для некоторых инструментов (например, краскопультов, продувочных пистолетов, для накачки шин) избыточное давление противопоказано. Если предполагается использование такого инструмента, будет желательно наличие регулировки давления. Наличие манометра будет нелишним в любом случае – он позволит убедиться, что компрессор действительно работает и создает требуемое давление.

Объем ресивера. Ресивером называется металлический резервуар, служащий для хранения некоторого запаса сжатого воздуха. Чем больше объем ресивера, тем реже будет включаться компрессор, т.е. увеличение объема ресивера снижает нагрузку на компрессор и двигатель. Обратной стороной большого ресивера является то, что компрессору нужно некоторое время для создания в нем рабочего давления. Если мощность компрессора невысока, да еще и идет отбор давления каким-либо работающим инструментом, давление в большом ресивере (следовательно, и на выходе компрессора) может набираться очень долго. Поэтому увеличение объема ресивера должно сопровождаться соответственным увеличением производительности и мощности. Исключение составляет тот случай, когда от компрессора периодически требуется непродолжительная, но высокая производительность: например, при использовании ударного гайковерта. Он требует производительность от 300 л/м, но если подключить его к компрессору производительностью в 200 л/м с большим (50л) ресивером, этого будет достаточно, чтобы гайковерт запустился и некоторое время проработал.

Наличие на компрессоре защиты от перегрева также крайне желательно. Никакой поршневой компрессор не может работать непрерывно в течение долгого времени. Наличие ресивера соответствующего объема дает компрессору возможность периодического «отдыха» для охлаждения, но если отбор воздуха близок к производительности компрессора, то перерывы между включениями становятся слишком короткими и компрессор не успевает остыть. Если же отбор воздуха превышает производительность компрессора, двигатель вообще не будет выключаться. Это может привести к перегреву компрессора и выходу его из строя. Именно поэтому компрессор всегда должен иметь запас по производительности.

Вес компрессора бывает довольно значительным – до 100 килограмм! Если компрессор предполагается установить стационарно и подключить к магистрали (например, в гараже) то вес не так важен. А вот если компрессор предполагается использовать в разных местах, и необходима его мобильность, стоит сделать выбор в сторону более легкой модели. Или, хотя бы, оснащенной колесами.

Компрессоры – одни из самых шумных видов электрического оборудования. Даже если ваш компрессор будет использоваться на производстве, помните о том, что продолжительное воздействие на человека шума уровнем выше 80 дБ – вредно. Если же компрессор предполагается использовать возле жилья, тем более следует озаботиться подбором модели с меньшим уровнем шума.

Варианты выбора.

Если вам нужен дешевый простой компрессор для периодической непродолжительной работы краскопультом и продувочным пистолетом, выбирайте из недорогих безмасляных компрессоров с коаксиальным приводом. Такие предлагаются в диапазоне от 7000 до 9000 рублей

Если вам нужен компрессор для работ с использованием гайковертов, дрелей, заклепочных и гвоздезабивных пистолетов, обратите внимание на недорогие масляные компрессоры средней мощности с хорошим объемом ресивера. Такая модель обойдется вам в 7000-12000 рублей.

Если вы занимаетесь оформительскими работами и предполагаете использовать пескоструйный пистолет, вам нужен компрессор, с соответствующей производительностью и рабочим давлением. Такой компрессор будет стоить от 8000 рублей.

Если вы – владелец автомастерской и предполагаете одновременное использование 2-3 гайковертов, вам потребуется масляный компрессор с большой производительностью и немаленьким объемом ресивера. Но и стоить он будет немало – от 28000 рублей.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Повышение — производительность — компрессор

Повышение производительности компрессоров может быть достигнуто путем использования резонансного эффекта на линии всасывания без изменения длины трубы и частоты вращения вала. Метод состоит в том, что к одной или двум точкам всасывающего трубопровода присоединяют резонаторы переменного объема, представляющие собой обычные цилиндрические емкости. [2]

Повышение производительности компрессоров за счет увеличения диаметра цилиндра и поршня ограничено конструкцией цилиндра и увеличением поршневых усилий компрессора. [3]

Для повышения производительности компрессора всасываемый в цилиндр воздух должен быть холодным. [4]

Для повышения производительности компрессора важно, чтобы пространство, характеризуемое отрезком S0, определяющее собой величину участка расширения Sb было как можно меньше. Отсюда ясно, почему это пространство называется вредным. [5]

Применение вышеуказанных путей повышения производительности компрессоров связано с рядом ограничений по каждому из них. [6]

Наиболее простым способом повышения производительности компрессоров является увеличение числа их оборотов, что при ременной передаче достигается увеличением диаметра шкива электродвигателя. Так например, компрессор типа I первоначально был рассчитан на 100 об / мин. Однако в процессе эксплуатации этих компрессоров было установлено, что число оборотов может быть увеличено до 150 в минуту без нарушения условий безопасной работы. [7]

Охлаждение засасываемого воздуха приводит к уменьшению затраченной работы и повышению производительности компрессора , однако для охлаждения засасываемого воздуха необходимы специальные холодильные установки, которые, как правило, нецелесообразно устанавливать для этих целей. [8]

Многие организации, занимающиеся испытаниями и наладкой компрессорных установок, основное внимание обращают на повышение производительности компрессора , оставляя в стороне вопросы транспортировки и рационального потребления сжатого воздуха. Поэтому очень часто работа по наладке компрессора оказывается бесцельной вследствие значительных потерь в потреблении и транспортировке сжатого воздуха. [9]

В процессе работы машинист компрессорной станции обязан тщательно изучать оборудование компрессорной станции, вопросы регулировки и повышения производительности компрессора , вопросы автоматики в системе водоснабжения, автоматики защиты, блокировки и сигнализации. [10]

Система охлаждения компрессоров способствует уменьшению работы, затрачиваемой на сжатие воздуха, снижает температуру всасываемого воздуха, ведет к повышению производительности компрессоров . Кроме того, на клапанах и поршневых кольцах не образуется нагар, поскольку при низкой температуре замедляются процессы окисления и разложения масла. Система охлаждения обеспечивает условия для нормальной смазки цилиндров и безопасной работы компрессоров, так как температура сжимаемого воздуха поддерживается значительно ниже температуры воспламенения масла. [11]

Сравнительные испытания поршневых уплотнений различных типов, проведенные на компрессорах 4АГ и ЗАГ, показали, что внедрение колец Г — образного сечения приводит к повышению производительности компрессоров на 5 — 8 % ( по сравнению с чугунными кольцами), причем максимальный прирост производительности наблюдается на цилиндрах с повышенным износом. [13]

Для повышения производительности компрессоров до проектной величины втулки первой и второй ступеней заменили на новые, с плюсовым допуском. [14]

Конденсатор как объект регулирования давления конденсации обладает большой степенью самовыравнивания. При повышении производительности компрессора давление конденсации и температура увеличиваются. Это приводит, с одной стороны, к снижению производительности компрессора из-за увеличения степени сжатия, с другой — к увеличению количества тепла, отводимого водой или воздухом, за счет возрастания средней разности между температурами конденсации и окружающей среды. В результате с повышением производительности компрессора давление конденсации возрастет незначительно. [15]

Источник