Регулирование производительности компрессора

В этой статье описаны способы регулирования производительности компрессора.

Производительность поршневых компрессоров регулируют несколькими способами. Один способ, упомянутый ранее, заключается в изменении частоты вращения вала посредством изменения скорости вращения вала привода.

Рис. 1 – Схема байпасирования цилиндров компрессора:
1 – компрессор; 2 – байпасная линия; 3 – электромагнитный вентиль; 4 – обратный клапан.

Рис. 2 – Разгрузочное устройство цилиндра, включаемое под действием давления в конденсаторе: 1 – электромагнитный вентиль (включен); 2 – электрический провод; 3 – силовой элемент разгрузочного устройства; 4 – трубка со стороны нагнетания компрессора;
5 – головка цилиндра; 6 – клапанная плита; 7 – цилиндр; 8 – пластина всасывающего клапана.

     Приводной электродвигатель часто имеет две скорости вращения, в результате чего компрессор может работать с полной или 50%-ной производительностью. Если требуется большее количество ступеней производительности, то необходимо применить двигатель с двумя обмотками, что позволяет работать на четырех скоростях. Регулирование производительности многоцилиндрового компрессора обеспечивается часто разгрузкой одного или большего количества цилиндров, т. е. выключения их из работы. Один из способов заключается в байпасирования пара из полости нагнетания одного или большего количества цилиндров обратно во всасывающий трубопровод (рис. 1). Когда давление всасывания понижается до заданного значения, электромагнитный вентиль на байпасном трубопроводе, включаемый от реле давления, открывается, и пар, нагнетаемый из одного или большего количества цилиндров, байпасируется обратно во всасывающий трубопровод, где смешивается со всасываемым паром. Нагнетаемый из разгруженного цилиндра пар продолжает байпасироваться во всасывающий трубопровод до тех пор, пока давление всасывания не повысится до уставки выключения реле. Электромагнитный вентиль обесточится, байпасный трубопровод перекрывается, и компрессор начинает работать с полной производительностью. Другой способ разгрузки цилиндров компрессора заключается в выключении всасывающих клапанов разгружаемых цилиндров, чтобы они были открыты при ходе сжатия. Когда всасывающие клапаны открыты, пар, поступающий в цилиндр при ходе всасывания, возвращается во всасывающий трубопровод при ходе сжатия (рис. 2).

Рис. 3 – Разгруженный пуск компрессора с помощью ручного или электромагнитного вентиля
(обратный клапан предотвращает рециркуляцию пара высокого давления из конденсатора):
1 – испаритель; 2 – ТРВ; 3 – обратный клапан; 4 – конденсатор; 5 – регулирующий байпасный вентиль.

Рис. 4 – Регулирование производительности с помощью байпасного вентиля с плавной характеристикой
(горячий пар подается ко входу в испаритель): 1 – испаритель; 2 – электромагнитный вентиль; 3 – байпасный вентиль горячего пара с плавной характеристикой; 4 – конденсатор; 5 – ТРВ; 6 – компрессор.

     Разгрузочное устройство работает следующим образом. При понижении давления всасывания до давления включения реле давления оно включает электромагнитный вентиль и пар высокого давления подается из конденсатора к разгрузочному поршню, который выключает всасывающие клапаны и удерживает их в открытом состоянии. В момент повышения давления всасывания до давления выключения реле давления электромагнитный вентиль обесточивается и разгрузочный поршень возвращается в исходное положение. Разгрузочные устройства всех типов используют не только для регулирования производительности, но и для разгрузки цилиндров при пуске компрессора, что уменьшает пусковой момент.

При любом из описанных способов регулирования производительности потребляемая компрессором мощность уменьшается с понижением производительности, хотя это уменьшение не совсем пропорционально.

Рис. 5 – Регулирование производительности с помощью байпасного вентиля с плавной характеристикой (горячий пар подается к выходу из испарителя): 1 – испаритель; 2 – электромагнитный вентиль; 3 – байпасный вентиль горячего пара с плавной характеристикой;
4 – конденсатор; 5 – ТРВ; 6 – компрессор.

Рис. 6 – Регулирование производительности с помощью байпасного вентиля с плавной характеристикой и дополнительного ТРВ
(температура пара на входе в компрессор снижается): 1 – испаритель; 2 – электромагнитный вентиль; 3 – байпасный вентиль горячего пара с плавной характеристикой; 4 – конденсатор; 5 – компрессор; 6 – ТРВ.

Рис. 7 – Использование двух компрессоров, смонтированных параллельно, для регулирования, производительности
(при уменьшении нагрузки один компрессор выключается). Для создания дополнительных ступеней регулирования один из компрессоров оборудуют разгрузочным устройством.

     Еще один способ регулирования производительности компрессора заключается в дросселировании всасываемого пара. Однако его редко применяют в поршневых компрессорах, так как при этом не уменьшается потребляемая мощность.

Другой способ регулирования заключается в искусственной нагрузке компрессора при понижении нагрузки системы. Для этой цели применяют байпасный вентиль горячего пара, который открывается и байпасирует горячий пар высокого давления на сторону низкого давления, когда давление на стороне всасывания становится ниже минимального (рис. 3). Автоматический регулирующий вентиль используют в качестве байпасного вентиля горячего пара, но в настоящее время выпускают вентили, специально сконструированные для этой цели.

Способ байпасирования горячего пара имеет недостатки. Во-первых, обычно отсутствует разгрузка компрессора или она очень мала, в результате чего уменьшение потребляемой мощности минимально. Во-вторых, если система байпасирования горячего пара недостаточно хорошо сконструирована, то происходят избыточный нагрев всасываемого пара и перегрев компрессора. В связи с этим схему, которая показана на рис. 3, обычно применяют только для разгруженного пуска компрессора. Другие схемы, которые создают некоторые возможности уменьшить перегрев горячего пара до его подачи в компрессор, показаны на рис. 4, 5, 6. Способ перепуска горячего пара через байпасную линию часто является единственным для регулирования производительности малых компрессоров (до 7,5 кВт), а также для дополнения других, более эффективных способов регулирования производительности, когда необходимо обеспечить регулирование производительности вплоть до нулевой нагрузки или для разгруженного пуска. В последнем случае байпасный ручной или автоматический электромагнитный вентиль (рис. 3) полностью открывают при пуске компрессора. Когда байпасный вентиль полностью открыт, давления между сторонами нагнетания и всасывания компрессора уравниваются и работа сжатия требуется только для преодоления трения, потерь давления в компрессоре и байпасной линии. Между конденсатором и байпасной линией монтируют обратный клапан для предотвращения рециркуляции пара высокого давления из конденсатора.

Еще один способ регулирования производительности компрессора заключается в параллельной работе двух или большего количества компрессоров (рис. 7). Он дает хорошие результаты. Включение компрессоров осуществляется от индивидуальных реле низкого давления. Реле настроены на давления включения и выключения таким образом, чтобы последовательно выключать и включать компрессоры при повышении давления всасывания. Эти компрессоры часто оборудованы разгрузочными устройствами для дополнительного ступенчатого регулирования.