Прокладка воздухораспределительных сетей

Всасывающий воздухопровод компрессора следует прокладывать вдали от поверхностей, излучающих тепло, так как повышение температуры всасываемого воздуха на каждые 3 градуса вызывает снижение весовой производительности компрессора примерно на 1 %.

От каждого фильтра к компрессору прокладывают обычно самостоятельный всасывающий воздухопровод, но иногда от одной фильтркамеры прокладывают общий воздухопровод, к которому подключают всасывающие патрубки всех компрессоров станции. Такое решение затрудняет условия проведения ремонта, а также ухудшает работу каждой компрессорной установки при одновременной работе нескольких установок.

Всасывающий воздухопровод желательно прокладывать в каналах под полом компрессорной станции. При надземной прокладке всасывающего воздухопровода в помещении компрессорной станции поверхность его должна быть изолирована от воздействия температуры окружающего воздуха, которая в помещении компрессорной станции выше наружной температуры.

К воздухопроводам компрессорной станции предъявляются следующие требования:

- устройство трубопроводов сжатого воздуха должно обеспечивать полную безопасность для обслуживающего персонала и соответствовать правилам изготовления, монтажа, содержания и обслуживания трубопроводов, находящихся под давлением;

- монтажная схема трубопроводов должна быть рациональной, наглядной и обеспечивать легкую и безошибочную эксплуатацию трубопроводов, оборудования и арматуры;

- монтаж и эксплуатация трубопроводов должны обеспечивать минимальные потери давления и утечки. Для воздухопроводов допустимое падение давления должно быть не более 0,15 МПа;

- стоимость изготовления, монтажа и эксплуатации трубопроводов, а также их протяженность должны быть минимальными;

- схемы трубопроводов и расстановка на них арматуры должны обеспечивать возможность проведения ремонтных работ, связанных с заменой арматуры, без остановки компрессорной станции; с этой целью наиболее надежной считается схема, предусматривающая индивидуальную работу каждой компрессорной установки;

- все трубопроводы, подвергающиеся нагреву и находящиеся на такой высоте, при которой человек может получить ожог, должны иметь теплоизоляцию;

- в производственных помещениях воздушных компрессорных станций прокладка газопроводов с природным или искусственным газом запрещается, так как при утечках газа и засасывания его воздушным компрессором может произойти взрыв.

Вибрации воздухопровода, вызывающие опасные напряжения и отражающиеся на надежности уплотнений, возникают по двум причинам. Одной из них являются колебания компрессора и его фундамента, которые передаются на примыкающие к цилиндрам участки газопровода или на опоры более отдаленных участков. Другой причиной служит пульсирующий характер потока газа. В большинстве случаев последняя причина является основной, причем иногда вызываемые ею вибрации газопровода так значительны, что сообщаются компрессору.

В прямых участках воздухопровода пульсация потока может возбудить лишь незначительные вибрации, поскольку возмущающими являются малые по величине силы. Значительная возмущающая сила возникает только в криволинейных участках или местах излома оси газопровода, где вследствие изменения направления потока проявляется реактивное давление, действующее на стенку трубы.

Вибрации вызывают расшатывание опор воздухопровода иногда с образованием трещин в стенах машинного зала. При этом возможны случаи смещения опор и появления дополнительных напряжений. Вибрации воздухопровода являются источником шума и причиной частого выхода из строя установленных на компрессоре манометров, термометров и других приборов.

Сильной вибрацией часто подвергаются трубы водопровода и продувки, присоединенные к вибрирующим аппаратам или имеющие общую опору с трубами газопровода.

Наибольшие напряжения возникают в штуцерах аппаратов, с которыми скреплены вибрирующие трубы. Для надежности штуцеры всех аппаратов, связанных с газопроводом, должны быть усиленны посредством нескольких радиально расположенных косынок, которые приваривают к фланцу, патрубку и корпусу аппарата.

Допускаемые максимальные амплитуды вибраций основных трубопроводов и межступенчатых аппаратов должны быть не выше 0,15–0,20 мм при частоте до 40 Гц.

Для уменьшения вибрации усиливают закрепление трубопроводов, устанавливают промежуточные опоры или подвешивают к вибрирующим участкам грузы на упругих подвесках. Но в большинстве случаев наиболее эффективным средством является устройство буферных емкостей с различным расположением непосредственно у цилиндров компрессоров.

Внутри помещений компрессорных станций и цехов воздухопроводы прокладываются как открыто – по стенам, колоннам, балкам, так и в каналах – проходных, полупроходных и непроходных.

Воздухопроводы в районе компрессорной станции, а также воздухопроводы, идущие к цехам, т. е. межцеховые воздухопроводы, могут быть как подземные, так и надземные.

Межцеховые воздухораспределительные сети монтируются преимущественно по тупиковой схеме. Внутрицеховые – по кольцевой. Предельная скорость воздуха в сети 25 м/с.

Прокладка подземных воздухопроводов разрешается по проездам и территории, не подлежащей застройке.

Разрешается совместная открытая и канальная прокладка воздухопроводов с трубопроводами других газов и жидкостей, а также в траншеях, засыпаемых грунтом, если технические условия на прокладку трубопроводов этих газов и жидкостей допускают такое совмещение. Расстояние по горизонтали и вертикали между воздухопроводами и другими трубопроводами должно быть не менее 250 мм в свету. Допускается прокладка воздухопроводов в каналах совместно с силовыми, осветительными и телефонными кабелями при условии защиты кабелей в соответствии с «Правилами устройства электротехнических установок».

При открытой прокладке расстояние между воздухопроводами и изолированными электрокабелями должно быть не менее 500 мм, а между воздухопроводами и голыми проводами – не менее 1000 мм.

Прокладка подземных воздухопроводов должна осуществляться с соблюдением приведенных ниже расстояний от:

- стен здания в зависимости от конструкций и глубины заложения их, а также характера грунта – не менее 1,5 м при хороших грунтах и не менее 3 м – при макропористых грунтах;

- трубопроводов водоснабжения, канализации и водостоков в зависимости от глубины их заложения и с таким расчетом, чтобы ремонт или строительство указанных трубопроводов и воздухопроводов не нарушали их нормальную эксплуатацию, но не менее 1 м;

- внутризаводских железнодорожных путей – не менее 3,5 м от оси пути;

- трамвайных рельсов не менее 1,5 м;

- древесных насаждений – не менее 2 м;

- телефонных, осветительных и силовых кабелей – не менее 0,5 м.

В местах пересечения подземных воздухопроводов с электрокабелями, водопроводом, канализацией, водостоками и другими подземными сооружениями вертикальное расстояние между ними должно быть не менее 0,2 м, а в местах пересечения с трамвайными рельсами – не менее 1 м. При этом электрокабели должны быть защищены в соответствии с требованиями «Правил устройства электрических установок», а воздухопроводы заключены в футляры.

Воздухопроводы, по которым транспортируется сжатый воздух низкого давления (до 2,5 МПа) и содержащий в себе влагу, должны укладываться ниже уровня промерзания грунта. Воздухопроводы осушенного воздуха могут укладываться в зоне промерзания грунта, но не менее 0,8 м от верха трубы до поверхности земли. При этом глубина укладки воздухопроводов должна выбираться такой, чтобы влияние возможных динамических нагрузок не вызывало в трубах опасных напряжений.

Надземная прокладка применяется:

- при высоком уровне грунтовых вод;

- в районах с вечной мерзлотой;

- в условиях скального грунта;

- при небольшом расстоянии между цехами.

Прокладка межцеховых воздухопроводов может быть осуществлена на эстакадах, мачтах, столбах, а также на кронштейнах по стенам зданий. Воздухопроводы, прокладываемые на кронштейнах по наружным стенам зданий, должны быть удалены от стен на расстояние, исключающее возможность попадания на них стекающих с крыш атмосферных вод и обрушивающихся наледей.

Прокладка надземных воздухопроводов совместно с электропроводами и электрокабелями запрещается.

Габариты приближения надземных воздухопроводов к надземным сооружениям должны отвечать следующим нормам:

 - к линии высоковольтной электропередачи – не менее 10 м при параллельной прокладке и не менее 2 м – при пересечении;

- к низшей точке вагонетки подвесной дороги по вертикали – не менее 1 м, причем воздухопроводы должны быть защищены от повреждений в случае падения вагонетки;

- к железнодорожным путям и шоссейным дорогам – по нормам проектирования указанных дорог.

Подземные воздухопроводы, предназначенные для транспортировки воздуха под давлением до 1 МПа, должны иметь уклон по рельефу местности не менее 0,002 по ходу и не менее 0,005 против хода воздуха. Ответвления должны прокладываться с уклоном в сторону магистрали. Воздухопроводы, транспортирующие воздух под давлением свыше 1 МПа, могут быть проложены без уклонов.

Соединение труб воздухопроводов обычно осуществляется при помощи сварки. Сварку труб разрешается производить любым способом, обеспечивающим надлежащее качество сварного шва по правилам Технадзора.

Допускается сварка трубопроводов, ответвлений и штуцеров, а также арматуры, стальных литых и кованых фасонных частей специально разработанной конструкции. Тройники, крестовины и другие фасонные части могут изготовляться сваркой из труб.

Диаметр штуцеров, ввариваемых непосредственно в трубопровод давлением свыше 4 МПа и диаметром более 50 мм, должен быть не более 0,6 наружного диаметра трубопровода.

Фланцевые соединения применяются при подключении трубопровода к аппаратуре, в местах установки арматуры и контрольно-измерительных приборов, а также на границах монтажных участков.

Соединение труб и коммуникаций сверх высокого давления (32,5 и 70 МПа) осуществляется при помощи сферических линз, устанавливаемых в конусные выточки торцов труб.

Соединения водогазопроводных труб допускается производить на резьбе с помощью муфт.

Воздухопровод должен иметь возможность свободного температурного удлинения, под влиянием которого не должны происходить выпучивание трубопровода, расстройство его фланцевых соединений и деформации соединенных с воздухопроводом машин или аппаратов. Отсюда опоры под трубопроводы должны быть подвижными.

Для определения величины пролета между опорами, а также при расчете опор и подвесок должна приниматься большая из приведенных ниже двух нагрузок: нагрузки от собственного веса трубопровода с учетом веса воды, наполняющей трубопровод, и нагрузки от собственного веса трубопровода, конденсата и изоляции.

Для труб диаметром до 100 мм вес конденсата берется равным 20 % от сечения, для труб диаметром от 101 до 500 мм – 15 % от сечения, и для труб диаметром более 500 мм – 10 % от сечения.

Определения расстояния между опорами под неизолированные трубопроводы производится по таблицам в зависимости от диаметра трубы.

Воздухопроводы, имеющие термоизоляцию, должны укладываться на опоры так, чтобы расстояние от стены до поверхности изоляции было не менее 60 мм.

После монтажа трубопроводы должны быть испытаны. Перед испытанием воздухопроводы подвергаются наружному осмотру, подземные – до засыпки траншей, надземные – до укладки на опоры. При осмотре производится проверка уклона трубопровода, глубины его заложения, состояния основания (постели) и изоляции, в соответствии с требованиями инструкций по монтажу.

После наружного осмотра участок воздухопровода с установленными на нем арматурой, компенсаторами и пр. подвергается предварительному гидравлическому испытанию на прочность.

Для воздухопроводов с рабочим давлением ниже 0,5 МПа пробное давление устанавливается 150 % от рабочего, но не менее 0,2 МПа, а для воздухопроводов с рабочим давлением выше 0,5 МПа пробное давление устанавливается 125 % от рабочего.

Смонтированный и подготовленный к сдаче участок или весь воздухопровод (подземный после засыпки его не менее как на 0,5 м грунтом, надземный – после укладки на опоры) подвергается испытанию на плотность сжатым воздухом под давлением, равным рабочему. Начало испытания устанавливается не ранее чем через 24 часа после наполнения трубопровода воздухом с тем, чтобы температура воздуха в трубопроводе сделалась равной температуре окружающей среды.

Испытание на плотность продолжается 34 часа. Величина утечки воздуха из системы в среднем за 1 час испытания должна быть не более: для воздухопроводов с рабочим давлением до 0,1 МПа – 2%, для воздухопроводов с рабочим давлением свыше 0,1 МПа – 1% от объема воздуха, находящегося в воздухопроводе в начале испытания.

После окончания монтажа и всех испытаний воздухопроводы необходимо продуть чистым воздухом. Скорость воздуха в трубопроводе должна быть 15–20 м/сек.

Продувку необходимо производить до тех пор, пока на белой бумаге (наклеенной на щит), поднесенной к концу труб, не будет замечено следов твердых частиц, выносимых струей воздуха из трубопровода.

Все трубопроводы как внутри компрессорной станции, так и вне ее должны покрываться антикоррозийным лаком или масляной краской. Лаком покрываются трубопроводы, подлежащие термоизоляции.

Термоизоляцией покрываются всасывающие воздухопроводы, если они прокладываются по стенам и колоннам внутри машинного зала, а также в тех случаях, если всасывающий воздухопровод почему-либо прокладывается в одном канале с нагнетательным воздухопроводом.

 

 

5. Пути экономии  энергоресурсов в системах
производства и распределения сжатого воздуха

 

5.1. Влияние начальных и конечных параметров воздуха на

производительность и экономичность компрессорных станций

 

Производительность компрессорной станции зависит от начальных параметров всасываемого воздуха.

Повышение давления на всасывании атмосферного воздуха является эффективным средством увеличения производительности компрессора любого типа. Это повышение можно осуществить снижением сопротивления всасывающего тракта или наддувом при помощи специально установленного вентилятора высокого давления или воздуходувки, имеющих одинаковую с компрессором производительность. В первом случае эффективность работы компрессора повышается, а во втором остается прежней, так как установленный для наддува нагнетатель потребляет электроэнергию на работу сжатия. Повышение давления всасывания путем уменьшения сопротивления всасывания осуществляется с увеличением диаметра, уменьшением длины всасывающего трубопровода и повышением поверхности воздушного фильтра.

Атмосферный воздух до поступления в компрессор нагревается от лучей солнца, от соприкосновения с нагретыми клапанными коробками, стенками цилиндра, неплотностями всасывающих клапанов, через которые часть сжатого воздуха от цилиндра при обратном движении поршня выталкивается во всасывающую трубу, от соприкосновения с горячими поверхностями паропроводов, печей и потоками теплого воздуха от электродвигателей. Нагретый всасываемый воздух расширяется, плотность его уменьшается, а это приводит к снижению производительности компрессора и увеличению расхода энергии на
сжатие.

Понижение температуры всасываемого воздуха увеличивает его плотность, и производительность компрессора возрастает прямо пропорционально изменению абсолютной температуры всасываемого воздуха.

Наличие в атмосферном воздухе (всасываемом компрессором) водяных паров в незначительной степени уменьшает производительность компрессоров. Это наблюдается в процессе сжатия с охлаждением и конденсации части водяных паров. Удельный расход электроэнергии на привод компрессора возрастает, так как часть энергии, затраченная на сжатие водяных паров, потеряла при конденсации свою работоспособность.

При транспортировке сжатого воздуха к местам потребления его температура постепенно снижается, и в воздухопроводе начинается непрерывное выпадение влаги. Выпадение влаги в воздухопроводе и перед потребителями затрудняет работу пневмомеханизмов, вызывает необходимость частых продувок, связанных с непроизводительными потерями сжатого воздуха. Для удаления влаги из воздухопроводов необходимо: соблюдать требуемый проектом уклон прокладки воздухопроводов; устанавливать водомаслоотделители в узловых низких точках магистральных воздухопроводов и на вводах в цех–потребитель; устанавливать концевые водоотделители перед потребителями сжатого воздуха.

На производительность компрессорной станции оказывают также влияние давление и температура воздуха, поступающего непосредственно к пневмоприемникам. С повышением давления воздуха у потребителя расход воздуха на утечки увеличивается. Если такие потребители сжатого воздуха, работающие по принципу расширения, для которых понижение давления от P ₁ до P ₂ дает экономию в расходе воздуха. Эту экономию можно определить по формуле [21]:

,                                       (66)

где  – экономия воздуха, м³/мин;

  P ₁ – начальное (более высокое) давление сжатого воздуха у потребителя, МПа;

  P ₂ – конечное (пониженное) давление сжатого воздуха у потребителя, МПа;

 – расход воздуха при давлении P₂, приведенный к условиям всасывания, м³/мин.

Для категорий потребителей, в рабочих органах которых воздух расширяется (пневмоинструмент, формовочные машины, вибраторы и т. д.), характерно при понижении давления увеличение расхода воздуха для осуществления заданной механической работы.

Перерасход воздуха при понижении давления составит [21]:

,                                  (67)

где P – понижение давления воздуха, МПа;

  P _н – номинальное давление воздуха, МПа;

 – расход воздуха при номинальном давлении, м³/мин.

Производительность пневматических машин и инструментов зависит от объема поступающего в цилиндры воздуха и не зависит от его температуры. Поэтому предварительный подогрев сжатого воздуха, поступающего в пневматические машины, увеличивает его объем и уменьшает расход по массе.

В пневматических машинах, использующих потенциальную энергию сжатого воздуха (кузнечные молоты, подъемники, молотки, сверлилки и др.), уменьшение расхода по массе сжатого воздуха при подогреве можно определить по формуле [21], %:

,                                      (68)

где t₁, t₂ – температура воздуха соответственно до и после подогрева, ºС.

В пневматических аппаратах, использующих кинематическую энергию сжатого воздуха (сопла для обдувки, пескоструйные и дробеструйные аппараты), уменьшение расхода сжатого воздуха по массе можно определить по формуле [21], %:

.                                       (69)

Для подогрева сжатого воздуха следует использовать вторичные энергетические ресурсы, например, тепло отходящих газов, а при их отсутствии – специальные подогреватели, если это окажется экономически выгодным.

Степень подогрева воздуха должна определяться условиями работы. Если потребители сжатого воздуха присоединяются к основной магистрали резиновыми шлангами, а рукоятки пневмоинструментов в руках рабочих, то подогрев воздуха не может быть выше 35 – 40 ºС.

При подогреве сжатого воздуха необходимо учитывать опасность возгорания и даже взрыва паров масла, попавших в подогреватель с компрессорным воздухом.

На производство сжатого воздуха, применяемого во многих отраслях народного хозяйства, требуется большое количество электроэнергии, что делает актуальными задачи уменьшения ее расхода. Повышенная запыленность всасываемого воздуха приводит к ускоренному износу элементов компрессора и, как следствие, к увеличению зазоров, что снижает производительность агрегата. Кроме того, при загрязненном фильтре уменьшается давление всасываемого воздуха, а это вызывает увеличение степени сжатия компрессора и, следовательно, расхода электроэнергии.

Важным условием эффективной работы пневмоустановки является периодическая очистка фильтров (через каждые 300–600 ч) с тем, чтобы их сопротивление не превышало 245 Па [20].

Существенный фактор, влияющий на расход электроэнергии компрессором, – степень загрязнения трубок воздухоохладителей накипью и нагаромасляными отложениями. При жесткой воде толщина слоя накипи достигает 10 мм, а иногда накипь полностью перекрывает сечение трубок воздухоохладителя.

Из анализа термодинамических потерь и их влияния на энергетическую эффективность компрессоров следует, что недоохлаждение воздуха в промежуточных охладителях турбокомпрессоров на каждые 10 ºС приводит к снижению производительности на 1 – 1,5 %, а повышение температуры выходящего из охладителя поршневого компрессора воздуха на каждые 6 – 8 ºС – к перерасходу электроэнергии на 1 %. В реальных условиях недоохлаждение воздуха в промежуточных воздухоохладителях достигает 40 – 50 ºС (при допустимых 10 – 15 ºС). Для предотвращения накипеобразования в трубках воздухоохладителей компрессоров рекомендуется магнитная обработка воды и использование комплексонов. Промежуточные воздухоохладители следует регулярно очищать от накипи. Для этой цели могут быть применены химико-пневматический и механический способы [20].

Производительная работа поршневых компрессоров во многих случаях определяется надежностью клапанов. В промышленности наибольшее распространение получили клапаны с кольцевыми пластинами (КТ). Находят применение прямоточные клапаны (ПИК) и клапаны типа СГИ (Свердловского горного института). Удельный расход энергии компрессорами с клапанами СГИ на 1,5 – 2 % ниже, чем с ПИК, и на 8 – 9 % ниже, чем с ПТ. Клапаны СГИ имеют более высокие показатели надежности по сравнению с ПИК, и конструктивно они проще.

Как известно, удельная (отнесенная к 1 м сжимаемого воздуха) работа будет наименьшей, а режим эксплуатации наивыгоднейшим, если при оптимальном охлаждении степени сжатия по ступеням равны. Такое положение имеет место, если двухступенчатый компрессор работает на конечное номинальное давление 0,8 МПа. А на практике компрессоры часто работают на конечное давление 0,6–0,7 МПа. Это обстоятельство приводит к нерациональному распределению давления по ступеням и, следовательно, к различным степеням сжатия. Отклонение степени сжатия от теоретически выгодной сопровождается увеличением удельной работы компрессора, что влечет за собой завышенный расход электроэнергии.

Наивыгоднейшая степень повышения давления в первой ступени двухступенчатого компрессора с учетом недоохлаждения воздуха в промежуточном воздухоохладителе определяется по формуле [20]:

,                                            (70)

где ε_к – общая степень сжатия компрессора;

T _х – температура сжатого воздуха при выходе из промежуточного воздухоохладителя, К;

  T ₁ – температура сжатого воздуха при входе в первую ступень, К;

    n – показатель политропы сжатия.

В настоящее время большое количество теплоты, выделяемой при сжатии воздуха, отводится с охлаждающей водой и рассеивается в атмосфере (до 50 % общего количества). Эта теплота может быть утилизирована с помощью компрессионных тепловых насосов для отопления и горячего водоснабжения. За счет использования теплоты сжатого воздуха на выходе из компрессора эксергетический КПД пневмоэнергосистемы, как показывают расчеты, реально может быть повышен на 4 – 5 % [20].

Рациональные режимы производства сжатого воздуха достигаются при соответствии производительности компрессорной станции количеству потребляемого воздуха. Для изменения количества вырабатываемого сжатого воздуха компрессорной станцией в течение смены и суток в зависимости от максимальной производительности должны быть предусмотрены устройства автоматического регулирования.

 

5.2. Регулирование производительности компрессоров и давления

нагнетаемого воздуха

 

Экономичность работы компрессорной станции в значительной мере зависит от правильного использования производительности установленных на станции компрессоров.

При переменном расходе воздуха необходимо регулировать производительность компрессора, поддерживая в сети воздухопроводов постоянное давление.

В компрессорных установках получили распространение следующие способы регулирования производительности: регулирование закрыванием всасывающего трубопровода; регулирование открыванием всасывающих клапанов; регулирование производительности изменением значения вредного пространства путем присоединения к полости цилиндра дополнительных камер; регулирование поочередной остановкой или пуском работающих компрессоров; регулирование выпуском лишнего воздуха через линию холостого хода в атмосферу; регулирование открыванием предохранительных клапанов; регулирование изменением частоты вращения привода (вала компрессора).

Регулирование производительности может осуществляться вручную и автоматически.

Регулирование перекрытием всасывающего трубопровода может быть осуществлено путем его полного или частичного перекрытия, т. е. дросселированием всасывания.

При первом способе регулирующий орган сразу и полностью перекрывает всасывающую линию, причем компрессор переходит на работу вхолостую. Характер регулирования производительности – прерывистый. При втором способе регулирующий орган перекрывает всасывающую линию частично, осуществляя плавное регулирование производительности дросселирование всасывающего газа.

Регулирование производительности при помощи предохранительных клапанов и сбросом через линию холостого хода в атмосферу крайне неэкономично, так как связано с большими непроизводительными потерями электроэнергии.

При работе компрессоров в общую сеть следует установить порядок, при котором все компрессоры работают на полную мощность, кроме одного, производительность которого регулятором производительности поддерживается
в пределах, обеспечивающих нормальное рабочее давление в сети воздухопроводов.

При установлении порядка включения и отключения компрессоров необходимо руководствоваться следующими соображениями: отключаются в первую очередь наименее экономичные машины и машины, не имеющие регуляторов давления; при значительном сокращении потребления сжатого воздуха (ночные смены, выходные дни, работа отдельных цехов и т. п.) в работе оставлять компрессорные машины, суммарная производительность полностью удовлетворяет потребность в сжатом воздухе; иметь в виду, что в отдельных случаях менее экономичный компрессор при полной нагрузке будет потреблять меньше электроэнергии, чем более экономичный компрессор большой производительности, работающий с нагрузкой 25 – 50 %; учитывать возможность снижения графика давлений при работе в ночные смены и выходные дни и тем значительно сократить непроизводительные расходы электроэнергии; компрессорная установка должна иметь график работы на пониженном давлении в ночные смены и выходные дни.

Регулирование производительности изменением частоты вращения вала компрессора – наиболее экономичный и удобный способ регулирования, применяемый в тех случаях, когда привод компрессора дает возможность изменять частоту вращения компрессора: в паровых и газовых турбинах, электродвигателях постоянного тока, электродвигателях переменного тока с регулируемой частотой вращения и др. Для пересчета параметров используются следующие уравнения:

;                                               (71)

при адиабатическом сжатии:

;                                (72)

при изотермическом сжатии:

;                                        (73)

при политропном сжатии:

,                                 (74)

где  – производительность компрессора при частоте вращения его вала ;

 – производительность компрессора при частоте вращения его вала ;

 – степень повышения давления воздуха при частоте вращения вала компрессора ;

 – степень повышения давления воздуха при частоте вращения вала компрессора ;

  ,  –показатели адиабаты и политропы.

На рис. 33 приведены характеристики центробежных компрессоров с различной частотой вращения.

Рассмотрим случай, когда при изменении давления в системе компрессор должен обеспечивать постоянную производительность. Считаем, что система состоит из резервуара и трубопровода, гидравлическими потерями в котором можно пренебречь. Тогда характеристика системы – прямая линия.

При падении давления в системе от  до  производительность компрессора (при частоте ) увеличивается от  до . При регулировании частотой вращения с  до  рабочая точка переместится в точку , в которой при новом пониженном давлении обеспечивается требуемая постоянная производительность компрессора. Аналогично, если давление в системе увеличилось от  до , производительность компрессора уменьшилась от  до . Для обеспечения постоянной первоначальной производительности необходимо повысить частоту вращения с  до , при которой режим определяется точкой .

Таким образом, путем изменения частоты вращения можно обеспечить постоянную производительность в диапазоне давлений от точки Д до точки Е. В случае, если необходимо поддержать в системе постоянное давление, например , при увеличении производительности от  до , необходимо увеличить частоту вращения с  до , т.е. обеспечить режим в точке F. Постоянное давление для данного случая можно обеспечить от режима в точке  до режима в точке H изменением частоты вращения: точка C соответствует линии помпажа, а точка H – максимальной частоте вращения компрессора. Поддержание более высокого или более низкого давления в системе соответственно изменяет диапазон производительностей компрессора.

 

5.3. Нормирование удельного расхода электроэнергии на сжатом воздухе

 

Одним из основных показателей, характеризующих экономичность производства сжатого воздуха, является удельный расход электроэнергии.

На каждой воздушной компрессорной станции должны быть установлены нормы расхода электроэнергии на выработку сжатого воздуха.

Расход электроэнергии на производство сжатого воздуха складавается из трех основных составляющих

,                                             (75)

где Э ₁ – расход электроэнергии на привод компрессора;

Э ₂ – расход электроэнергии на подачу охлаждающей воды;

Э ₃ – расход электроэнергии на собственные нужды компрессорной станции (освещение, станки, вентиляцию и др.).

Основной величиной расхода электроэнергии на выработку сжатого воздуха является расход электроэнергии на привод компрессора Э ₁.

Величина удельного расхода электроэнергии на привод компрессора зависит от следующих основных факторов: начального и конечного давлений, режима охлаждения воздуха в промежуточных воздухоохладителях, степени загрузки и состояния компрессора.

Норму удельного расхода электроэнергии на выработку сжатого воздуха отдельным компрессором и станцией в целом необходимо устанавливать для двух периодов года – зимнего и летнего.

Нормы расхода электроэнергии на производство сжатого воздуха устанавливаются по материалам испытаний компрессорных машин, данных эксплуатаций, основанных на правильных показаниях контрольно-измерительных приборов и теоретических расчетов. По этим материалам определяется исходная величина удельного расхода электроэнергии, и устанавливаются нормальные условия эксплуатации, в соответствии с которыми для получения норм вводятся необходимые к ней поправки.

На промышленных предприятиях могут организовываться системы централизованного и децентрализованного воздухоснабжения. При централизованной системе воздухоснабжения все пневмоприемники снабжаются сжатым воздухом от компрессорной станции. При значительном удалении пневмоприемников от компрессорной станции и небольших расходах сжатого воздуха может устраиваться децентрализованное воздухоснабжение по причине больших гидравлических потерь в передаточных воздухопроводах и потерь энергии, связанных с утечкой воздуха через неплотности в них. В этом случае обеспечение сжатым воздухом пневмоприемников осуществляется от компрессорных установок, устанавливаемых непосредственно у мест его потребления.

Технико-экономическая оценка работы этих двух систем показывает следующее. При централизованном воздухоснабжении удельный расход электроэнергии на выработку сжатого воздуха и передачу его удаленным от компрессорной станции пневмоприемникам составляет  кВт×ч/м³. При децентрализованном воздухоснабжении  кВт×ч/м³ за счет отсутствия протяженных воздухопроводов [25].

Решение об устройстве указанных систем принимается на основании сравнительных технико-экономических расчетов.

 

 

 5.4. Утилизация теплоты, отводимой от компрессорных установок