Помпаж. Меры борьбы с помпажом
Режим работы компрессоров определяется количеством транспортируемого газа, проходящего через компрессорные станции (КС). Регулирование режима работы может достигаться следующими путями:
1. Включением соответствующего количества ГПА.
2. Регулированием частоты вращения компрессоров.
3. Соответствующим перепуском газа с выхода на вход КС (через 6-ые краны).
Нужное количество работающих ГПА выбирается исходя из общего количества газа, компримируемого КС, производительности каждого ГПА в зоне номинальных режимов. Для выбора наиболее выгодного с экологической точки зрения режима осуществляется регулирование путем изменения частоты вращения каждого компрессора. В современных компрессорах предусмотрено также предельное регулирование режима работы путем перепуска соответствующего количества газа с выхода ГПА на вход через специальные регулирующие клапаны, называемых антипомпажными, выполняющими одновременно роль антипомпажный защиты компрессора, когда рабочая точка находится близко от границы помпажа. С энергетической точки зрения с учетом формы газодинамических характеристик оказывается выгодно работать с небольшим перепуском газа через параллельно работающие ГПА, чем включение в технологическую схему дополнительно работающего ГПА, чтобы вывести работающие компрессоры из помпажной зоны. Для определения экономических режимов компрессоров важную роль играет определение местоположения рабочей точки на газодинамической характеристике компрессорам и определение ее расстояния от границы помпажа. Система САУиР должна включать в себя возможность определять это расстояние в любой момент времени.
Вдали от границы помпажа при большой подаче компрессор издает резкий свистящий звук. Частоты звуковых колебаний в одноступенчатом компрессоре совпадает с частотой прохождения рабочих лопастей около неподвижных направляющих лопастей. По мере уменьшения подачи (при неизменном числе оборотов) вплоть до границы помпажа звук почти не изменяется. В некоторых случаях он становиться глуше, что вызывается ростом пульсаций в потоке вследствие отрывного обтекания профилей. Подача, при которой внезапно появляются резкие периодические хлопки, сопровождающиеся обычно выбросом воздуха из компрессора в всасывающий патрубок, определяет границу помпажа. При дальнейшем уменьшении подачи (например, дросселированием) сперва увеличивается частота хлопка, а затем появляются сплошной гул и вибрации. Резкое колебание подачи вызывает существенно увеличение динамической нагрузки на лопасти и диски машины, что при больших окружных скоростях приводит к поломкам, являющимся причиной тяжелой аварии. Поэтому работа компрессора в области помпажа недопустима даже кратковременно.
Детальные экперементальные исследования, выполненные А. И. Прядиловым ЦКТИ, позволили установить, что в области помпажа могут иметься одна, две или три зоны, различающиеся характером обтекания лопастных аппаратов в зависимости от того какие лопасти и в какой части обтекаются с отрывом потока и шумовым эффектом. Граница и зоны помпажа легко обнаруживаются по разрывам характеристик.
Границу помпажа находят опытным путем. О приближении к ней судят по возросшим пульсациям давлений; до помпажа не доходят во избежание аварий.
Меры борьбы с помпажомразделяются на две группы. К первой группе относятся мероприятия, применяемые при проектировании компрессоров и направленные на увеличение области безотрывного обтекания профилей при увеличении при увеличении углов атаки (уменьшения подачи), так как в ней обычно dε/dG<0, поэтому характеристика компрессора устойчива.
Основными путями увеличения области безотрывного обтекания профилей являются следующие: уменьшение окружных скоростей; применение профилей с большой относительной толщиной и большим радиусом округления входной кромки; специальный выбор формы средней линии профилей; уменьшение относительного шага. В центробежных компрессорах для увеличения области устойчивой работы необходимо принимать большие значения отношения 
и большое число рабочих лопастей: безлопастные диффузоры обеспечивают больший диапазон возможных режимов работы, чем лопастные диффузоры. В некоторых конструкциях возможен поворот направляющих лопастей, что также увеличивает область безотрывного обтекания профилей.
Ко второй группе относятся мероприятия, применяемые в работающих установках с целью избежания помпажа при малой подаче. Наибольшее распространение получили антипомпажные устройства.
Принципиальная схема антипомпажного устройства представлена на рис.5.6.
Рис.5.6. Принципиальная схема антипомпажного устройства
К напорному (или всасывающему) трубопроводу компрессора подключен регулятор количества Р, который через сервомотор С воздействует на антипомпажный клапан А. К. Регулятор количества вступает в действие только при уменьшении подачи до минимально допустимой GMIN. Изменяя открытие антипомпажного клапана, сбрасывающего газ в атмосферу (или во всасывающую линию, если потеря газа нежелательна), регулятор обеспечивает постоянную подачу компрессора GMIN при любом расходе газа через сеть Gс<Gmin. Газ выбрасывается через антипомпажный клапан.
В некоторых компрессорах энергия выбрасываемого воздуха используется в специальных воздушных турбинах. К таким компрессорам относиться, в частности, компрессор типа «Изотерм».
Если компрессор работает с переменным числом оборотов, как, например, доменная воздуходувка, то каждому числу оборотов соответствует своя допустимая минимальная подача. В таких случаях, кроме регулятора количества, используют регулятор давления.
Общие сведения о приводах
Привод – это устройство для приведение в действие машин и механизмов. Состоит из источника энергии (двигателя), передаточного механизма и аппаратуры управления.
Источником механической энергии, передаваемой компрессору, может быть электродвигатель или тепловой двигатель (двигатель внутреннего сгорания или газотурбинная установка).
Передаточный механизм – обеспечивает передачу компрессору от двигателя необходимой мощности, обеспечивая также синхронизацию частот вращения валов двигателя и редуктора.
В случае, когда частота вращения вала компрессора меньше частоты вращения вала двигателя, применяют понижающую передачу – редуктор; когда частота вала компрессора больше частоты вращения вала двигателя, устанавливают повышенную передачу – мультипликатор. При равенстве частот вращения вала компрессора и двигателя используют простейший передаточный механизм – соединительную муфту.
Аппаратура управления служит для запуска, остановки и регулирования частоты вращения вала двигателя.
В зависимости от применяемых двигателей привод компрессоров подразделяется на:
· электропривод – источником энергии является электродвигатель постоянного или переменного (синхронный или асинхронный) тока;
· привод от двигателя внутреннего сгорания – источником энергии является поршневой двигатель, работающий на газе или на тяжелых сортах топлива;
· газотурбинный привод – источником энергии является газовая турбина.
Характеристика различных видов приводов показана в табл.6.1.
Таблица 6.1 Характеристика типов приводов
| Тип привода | Мощность, кВт | Частота вращения, с-1 | Пределы применения частоты вращения, % | К.П.Д. ,% | Пусковой момент двигателя, % от полной нагрузки |
| Асинхронный электродвигатель | До 10000 | До 50 (синхронная) | Нет | До 94 | 60-100 |
| Синхронный двигатель | До 10000 | До 50 | То же. | До 97 | 40-100 |
| Газовая турбина | До 25000 | 50-366 | 100-55 | 27-30 (с регенерацией) | Как для одновальной, так и для двухвальной газовой турбины требуется мощный пусковой двигатель |
| Газомоторный двигатель | До 5520 | До 5,5 | 100-60 | До 40 | Не требуется, запуск сжатым воздухом |
В некоторых используют групповой привод, обеспечивающий передачу энергии нескольким механизмам, и индивидуальный привод, в котором каждая рабочая машина имеет собственный двигатель.
В зависимости от источника энергии приводы подразделены на автономный (двигатели внутреннего сгорания, газотурбинные установки), не связанные с централизованной системой энергосбережения, и неавтономный (электродвигатели), зависящий от системы энергосбережения.
Привод компрессора предназначен для осуществления процессов работы компрессорного агрегата как при установившемся, так и при неустановившемся (переходном) режиме. В таких случаях задача привода состоит в обеспечении высоких технико-экономических показателей компрессора при всех этих процессах.
К неустановившимся режимам работы относятся запуск, остановка и изменение нагрузки в процессе работы.
В процессе пуска привод должен обеспечивать преодоление инерции элементов компрессора движению. При рабочем режиме привод обеспечивает передачу механической работы преобразуемой компрессором в энергию компримируемого агента, и преодоление сил трения движущихся элементов компрессора двигателя и передаточного механизма.
В процессе останова привод должен обеспечивать плавное гашение момента инерции движения элементов компрессора, передачи и двигателя.