Характеристика сети трубопроводов. Работа центробежных компрессоров на сеть трубопроводов

Каждый компрессор (группа компрессоров) включены в сеть. Сетью называется совокупность устройств трубопровода (технологических аппаратов, резервуаров, различных проточных сосудов), соединенных отрезками трубопроводов с установленными регулирующими органами, запорной и трубопроводной арматурой.

Характеристика сети трубопроводов выражается графической зависимостью полного напора Н_с(Δр)_с от расхода сети Q_с. При перекачке жидкости полный напор складывается из геодезической высоты h_г, напора h_τ, необходимого для преодоления гидравлического сопротивления, и напора h_к, характеризующего избыточное давление в концевом сечении сети:

(5.1)

(5.2)

где: z₁ и z₂ разность геометрических отметок соответственно начальной и конечной точек сети трубопроводов.

Сумма – статический напор, который может быть положительным, отрицательным и равным нулю. Уравнение (5.1) можно записать так:

где: А – коэффициент сопротивления сети, определяемый ее размерами и конструкцией. Следовательно, гидравлическая характеристика будет представлена кривой параболического вида, отсекающей на оси напора отрезок h_ст, Q=0

Характеристику сети в случае перемещения газа можно получить с помощью уравнения:

(5.3)

где: р₁ и р₂ – давления в начале и в конце сети;

- коэффициент сопротивления сети;

ρ_ст, Т_ст, Q_ст, - соответственно плотность, температура и пропускная способность газопровода в стандартных условиях;

z – средний коэффициент сжимаемости перекачиваемого газа.

Если в уравнении (5.3) произведение членов, определяемое конструкцией трубопроводов и характеристикой рабочего тела, обозначим символом А, получим:

(5.4)

или

(5.5)

Давление р₂ обычно задано. Характеристика сети газопровода представлена на рис.5.1.

Рис. 5.1. Характеристика газопровода

Смысл гидравлической характеристики сети трубопроводов заключается в следующем: если через трубопроводную систему требуется перекачать рабочее тело, в начале трубопроводной системы необходимо создать напор Н или давление р₁ при этом одна часть напора (давления) будет израсходована на преодоление гидравлической высоты нагнетания (h_ст), а другая – на преодоление гидравлических потерь при движении рабочего тела по трубопроводной системе.

В трубопроводных системах источником энергии, необходимой для перемещения транспортируемого газа, служит компрессор.

Для определения расчетного режима работы системы необходимо рассмотреть условия совместной работы сети и компрессора, которые сводятся к анализу материального и экономического баланса. Условия материального баланса выражают закон сохранения массы или неразрывности потока, а энергетического – закон сохранения энергии, получаемой и затрачиваемой компрессором.

Материальный баланс системы выражает равенство массовой подачи компрессора и пропускной способности сети.

Условия энергетического баланса выражает равенство механической энергии, получаемой газом в компрессоре, и энергии, необходимой для его перемещения по сети.

На рис.5.2. дан пример определения рабочего режима компрессора, имеющего характеристику рN_под; η=f(Q_к) и работающего на сеть трубопроводов с приближенной характеристикой Δр_c=f(Q)_c. При построении графика получаем точку А пересечения характеристик, называемую рабочей для данного компрессора. Этой точке соответствует условие равновесия, при котором подача компрессора равна расходу через сеть трубопроводов, а давление, развиваемое компрессором, - потере давления в сети при этой пропускной способности.

Рис.5.2. Характеристика компрессора и сети: А – рабочая точка

Получив рабочую точку, можно определить динамический напор, подачу, давление или необходимую степень сжатия. По кривой N_под=f(Q) находят мощность компрессора при этом режиме, а по кривой η=f(Q) – коэффициент полезного действия.

Ни один из режимов работы компрессора не может быт обеспечен, если данные параметров расположены на кривой правее рабочей точки А. Действительно, в этом случае при любом режиме давление, развиваемое компрессором, меньше любого потребного давления, необходимого для преодоления сопротивления сети, т.е. при всех режимах не выполняется условие (Δр₂)_к=(Δр₁)_С.

Область режимов, когда данные параметров находятся на кривой слева от максимальной ординаты Δh₂=f(Q), называется зоной неустойчивых режимов (зона помпажа).

Помпаж – вредное явление в лопаточных машинах, состоящее в том, что непрерывный поток подаваемого газа нарушается и становится нерегулярным или пульсирующим. Работа при этом недопустима, даже кратковременно, и поэтому крупные машины снабжают антипомпажными устройствами.

Область режимов (от рабочей точки до границы зоны неустойчивых режимов) называют устойчивой, или рабочей, зоной. Здесь при изменении характеристики сети (увеличение или уменьшение сопротивления, подключение или отключение потребителей) точка А (рис.5.3.) автоматически перемещается о кривой Δр_c= f(Q), характеризуя изменение режима компрессора (точки Аʹ, A").

Рис.5.3. Характеристика компрессора и сети:

А – зона неустойчивых режимов (помпажа); Б – зона рабочих режимов; В – зона нерабочих режимов.

Процесс изменения режима работы компрессора при изменении характеристики сети называется саморегулированием. Рабочие точки (А, Аʹ, A") должны быть рассоложены в зоне наивысшего КПД или в зоне с достаточно высоким значением этого коэффициента (рабочей зоне работы компрессора на данную сеть трубопроводов). Различают следующие зоны: неустойчивых и рабочих режимов и нерабочую зону.

Если компрессор имеет характеристику с явно выраженным максимумом Δр_c=f(Q), режим его работы может быть неустойчивым.