В – схема снижения давления в элементе Q-trim

Наиболее сложные с точки зрения помпажа процессы обслуживаются осесимметричными клапанами, способными работать при наибольших перепадах давлений, наибольшей вибрации и пр., рис. 11.

Рис. 11. Осесимметричный антипомпажный клапан компании Mokveld Valves

Концепция клапана с осесимметричным течением потока предполагает также наличие осевого расположения затвора в проточной части клапана. Регулирование происходит за счет перемещения поршня вдоль продольно расположенной оси клапана при помощи зубчатых реек, за счет чего открываются отверстия сепаратора.

По опыту эксплуатации клапанов в отечественных ГПА системы противопомпажного регулирования устойчиво работают с клапанами обоих типов. Конструкции клапанов часто конкурируют на рынке. Однако, преимущества шарового крана более чем очевидны. Благодаря конструктивным особенностям шарового крана он может быть в 1,5 и более раз меньшим по сравнению с клапаном осевого типа при одинаковых условиях работы. Шаровой кран также обеспечивает получение максимально приближенного к линейному характера линий графиков зависимости расхода от угла поворота шарового затвора, рис. 12. Это предотвращает резкий подход компрессора к границе помпажа.

Рис.12. График зависимости расхода газа в противопомпажном клапане от угла поворота шарового затвора (данные СМНПО им Фрунзе, Сумы)

Плавность изменения скорости с минимальными перепадами является одним из важных параметров эффективности противопомпажных клапанов, поскольку позволяет снизить шум и вибрации в клапане, а это немаловажно для повышения вибронадежности агрегата в целом. По-прежнему, этот параметр в пределах средних перепадов давлений лучше обеспечивает шаровой кран.

Для обеспечения гарантий безопасности работы противопомпажных клапанов с учетом короткого времени реагирования на тревожные команды специально разрабатывался инструментарий, см. рис.13.

Рис. 13. Инструментарий противопомпажного шарового клапана Q-ball Метсо

Наличие бустера, соленоидов, дополнительных контроллеров позволило решить задачу повышения быстродействия противопомпажного шарового клапана и регулятора в целом.

Как уже видно, значительными ограничениями представленных выше типов клапанов являлись значительная длина и время на открытие клапана при высоких нагрузках. При этом клапан должен был точно регулировать. Решение было найдено в применении специальных мощных поворотных заслонок, способных обеспечить скорость открытия в два раза больше по сравнению с шаровыми кранами, рис.14.

Рис. 14. Поворотная заслонка серии BW Mapag компании Метсо, рекомендуемая для противопомпажных клапанов

Выигрыш от установки таких клапанов в современные системы противопомпажа с высокими требованиями к непрерывности, возможности работы в условиях переменной производительности, при малолюдных технологиях и высокой автоматизации также заключается в том, что удалось подойти наиболее близко к границе помпажа - до 5% по объемному расходу.

Поворотные заслонки становятся востребованными, поскольку они не имеют аналогов по быстроте достижения максимальной пропускной способности с высокой точностью и минимальными потерями на гидравлические сопротивления. Уже существуют опробованные решения на Ду более 400-900мм. Однако в настоящее время только специальные поворотные заслонки способны удовлетворять требованиям выдерживания больших перепадов давлений, характерных для условий перекачки газа.

Отметим, что усилия конструкторов нужно будет направлять именно на разработку новых типов поворотных заслонок, как в большей степени соответствующих требованиям надсистемы клапанов - собственно компрессорам. В соответствии с проведенным анализом – за ними будущее. Если к тому же клапан входит в подсистему, обеспечивающую рост КПД и систему безопасности ESD, как характерно для клапанов противопомпажного регулирования, то критичность такого клапана по отношению к клапанам других систем будет несравнимо выше. Ведь она связана с собственной «жизнью» компрессора.

Применение поворотных заслонок также способствует повышению производительности компрессора. Ранее ограничением являлась невозможность работы на режимах, отличающихся от проектных, из-за вероятности перехода в помпажный режим. Надежный противопомпажный клапан создает возможности для повышения длительности эксплуатации за счет роста надежности. Достигается повышение уровня безопасности SIL и поддержание его длительное время при помощи диагностики.

Как можно видеть, функции простого механического открытия совместно с системой сигнализации создали предпосылки для организации системы противопомпажного регулирования. Вхождение в систему «компрессор» подсистем регулирования из обвязки компрессора привело к тому, что кроме функций защиты в противопомпажном клапане появились и функции регулирования. Как мы знаем, ранее эти функции были разделены.

Таким образом, именно потребность в сильном клапане и специализированном программном обеспечении, позволяющих выполнять одновременно множество функций по противопомпажному регулированию в жестко заданном интервале времени, а также позволяющих достигать высокие показатели КПД и гарантированно защищать компрессор, определила направления развития систем противопомпажного регулирования.