Станислав Горобченко - Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Арматура антипомпажной защиты и регулирования»

Среди основных программ повышения эффективности арматурного хозяйства предприятий выделяются:

– Программа "Специальная арматура и арматура для специализированных производств"

– Программа "Перевод линейной арматуры на арматуру с вращательным движением шпинделя"

– Программа "Арматура для критических участков и контуров регулирования"

– Программа "Повышение общей и метрологической надежности"

– Программа "Модернизация арматуры под новые условия производства"

– Программа "Унификация и стандартизация арматурного хозяйства"

– Программа "Агрегатирование арматурных узлов"

– Программа "Замена аналоговых позиционеров на цифровые и программы смартизации" и др.

Широко рассматриваются коммерческие программы с производителями отдельного оборудования и установок и программы сервисного обслуживания.

Введение и задачи модуля

Наверное, не существует такой отрасли промышленности, которая бы не использовала компрессоры. Компрессоры нашли широкое применение в металлургической, химической, газовой, нефтеперерабатывающей промышленности, производстве полимеров и пр. Широкое использование такой разновидности компрессорной техники как турбокомпрессоры повлекло за собой значительный рост автоматизации и разработки способов устранения такого опасного явления как помпаж.

Значительную роль в управлении помпажом играют клапаны антипомпажной защиты и регулирования. На их долю приходится функция отстройки от границы помпажа, способность быстро устранить возникающие ударные явления. При этом они должны успешно работать с различными алгоритмами антипомпажного регулирования и защиты и обеспечивать высокую экономичность.

Этот модуль разработан для того, чтобы глубже разобраться с особенностями помпажа и применяемых клапанов для систем антипомпажной защиты и регулирования.

1. Явление помпажа

1.1. Газодинамические характеристики компрессоров

К классу компрессоров, подверженных явлению помпажа, относятся турбокомпрессоры. К ним относятся осевые и центробежные компрессоры. Причем турбокомпрессоры с небольшими степенями повышения давления (до 22,5) и не требующие промежуточного охлаждения компримируемой среды относятся к вентиляторам и нагнетателям (нагнетатели имеют большие степени повышения давления по сравнению с вентиляторами).

Для всех видов турбокомпрессоров принято их рабочие параметры описывать в виде выходных газодинамических характеристик (далее характеристики).

Характеристики турбокомпрессоров различаются на размерные и безразмерные (в виде коэффициентов).

К размерным характеристикам относятся зависимости рабочих газодинамических параметров от объёмного расхода рабочей среды на входе в компрессор (производительность компрессора) и/или от массового расхода:

– политропный напор (политропная удельная работа):

где V H– объёмный расход на входе.

(1.1)

где Z – коэффициент сжимаемости газа (для вентиляторов и нагнетателей принимается по условиям всасывания);

R – удельная газовая постоянная;

T H– абсолютная температура газа на всасывании;

n – показатель политропы сжатия;

π – степень повышения давления в компрессоре (степень сжатия)

(1.2)

где P Hи P K– давления (абсолютные) на входе в компрессор (всасывании) и на выходе из него соответственно;

– степень повышения давления

– полный напор или внутренний напор (располагаемая удельная работа)

определяется как разность энтальпий на выходе и входе компрессора:

(1.3)

где i – разность энтальпий;

K ср– показатель адиабаты сжатия (средний по компрессору);

T k– температура газа на выходе из компрессора.

Внутренняя мощность, потребляемая компрессором на сжатие газа:

(1.4)

где m – массовый расход газа через компрессор;

– политропный коэффициент полезного действия (КПД):

(1.5)

Рассмотренные размерные характеристики для компрессоров с переменной частотой вращения ротора графически представляются в виде сетки кривых, каждая из которых соответствует конкретной частоте вращения.

В общем случае напор компрессора зависит от окружной скорости на периферии рабочего колеса (РК)

(1.6)

где D 2– диаметр РК;

n– частота вращения ротора, а также от чисел Маха (M u) и Рейнольдса (Re) на периферии РК, т.е.

(1.7)

Нагнетатели обычно работают в автомодельных областях по числам M uи Re u, поэтому в соответствии с теорией подобия их влияние исключается и появляется возможность использовать безразмерные характеристики в виде коэффициентов. При этом для компрессоров с подобной геометрией проточной части сетка кривых размерных характеристик по различным частотам вращения преобразуется в одну кривую безразмерной характеристики, не зависящую от частоты вращения.

Безразмерные характеристики представляются в виде зависимостей от безразмерного коэффициента расхода:

– коэффициент политропного напора: