Характеристики центробежного компрессора.Режим работы

Характеристиками центробежного компрессора называются зависимости его конечного давления (или. степени сжатия ε = р_к/р_н), мощности и КПД от подачи газа (массовой или объемной, приведенной к условиям всасывания) при определенных свойствах газа и заданной частоте вращения. Характеристики получают при сжатии воздуха на стенде завода-изготовителя при нескольких постоянных частотах вращения. В производственных условиях могут использоваться другие газы и другие параметры. Поэтому паспортные характеристики должны быть пересчитаны. Приближенно характеристики могут быть пересчитаны с использованием теории подобия.

Соотношение для объемных подач определяется условием кинематического подобий, в соответствии с который

(5.8)

где Q_м и n_м - объемная подача и частота вращения “модельного” (для производственных условий) компрессора, Q_н и n_н - объемная подача и частота вращения “натурного” (для стендовых условий) компрессора.

Из условия динамического подобия для изоэнтропного процесса следует, что связь между степенями сжатия для модельного и натурного компрессоров выражается соотношением -

(5.9)

Пересчет мощности можно вести по соотношению

(5.10)

Физические свойства газа характеризуются величинами R, k= с_р/с_v, µ, р.

Наиболее часто компрессоры работают на двухатомных газах. Поэтому можно принять: k_м = k_н = 1,41.

Движение газа в компрессоре происходит в области автомодельности относительно числа Re, поэтому влиянием кинематической вязкости v = µ/р можно пренебречь. Изменения газовых констант и начальной температуры не влияют на объемную подачу компрессора и мощность.

Режим работы компрессора зависит от характеристики газопровода, в который подается компримируемый газ. Уравнение характеристики газопровода можно получить в виде [18]

(5.11)

где р_тр - потребное давление в начале газопровода; р_ст - давление в технологической установке, в которую подается газ; С = RTzLp/(65D^16/3); R - газовая постоянная; Т - абсолютная температура; Lp = L + L3KB - расчетная длина газопровода; D - внутренний диаметр газопровода; М - массовый расход газа.

Точка пересечения А напорной характеристики компрессора с характеристикой газопровода (рис. 5.4) является рабочей точкой, определяющей давление нагнетания р_р и подачу М^р компрессора, потребляемую им мощность N_p (точка 5) и КПД (точка С).

Напорная характеристика центробежных компрессоров имеет значительный подъемный участок при малых подачах, а после достижения максимума переходит в ниспадающий участок. Для обеспечения устойчивой работы необходимо, чтобы рабочая точка лежала на ниспадающей части напорной характеристики. В этом случае выполняется условие устойчивой работы:

(5.12)

Предположим, что произошло кратковременное уменьшение расхода газа на ∆М₁. При этом создалась разность давлений р_к - р_тр = ∆р₁, которая приведет к увеличению подачи на ∆М₁. Если же произошло кратковременное увеличение расхода жидкости на ∆М₂, то создалась разность давлений р_к - р_тр =-∆р₂, в результате чего подача уменьшится на ∆М₂. Так что любое отклонение от режима, удовлетворяющее условию (5.12) приводит к возврату к этому режиму.

Если же статическое давление в трубопроводе высокое и характеристика трубопровода пологая, характеристики трубопровода и компрессора пересекаются в двух точках, а рабочая точка лежит на восходящей части напорной характеристики компрессора (рис. 5.5). то создаются условия неустойчивой работы:

Если в таком режиме произошло кратковременное увеличение расхода на ∆М₁, то при этом создалась разность давлений р_к - р_тр = ∆р₁, что приведет к дальнейшему увеличению подачи компрессора. Рабочая точка переместится по характеристике трубопровода в точку В и подача станет равной M_в

Рисунок 5.4 –Характеристики центробежного компрессора

Рисунок 5.5 – Неустойчивая работа центробежного компрессора

Однако, поскольку потребление газа из газопровода меньше М_в, то давление в нем станет выше p_в, что приведет к резкому прекращению подачи компрессора (рабочая точка переместится в точку С). Так как из трубопровода идет потребление газа, рабочая точка постепенно переместится по оси ординат в точку Е, где статическое давление в трубопроводе будет ниже номинального. Подача компрессора начнет возрастать, и рабочая точка будет перемещаться по напорной характеристике компрессора до точки А. Далее все будет повторяться, т.е. будут происходить автоколебания режима работы компрессора, называемые помпажем компрессора.

Если в рабочем режиме, соответствующем точке А, произошло кратковременное уменьшение расхода на ∆М₂, то при этом создается разность давлений р_к - р_тр = -∆р₂, что приведет к резкому уменьшению подачи компрессора до нуля (точка D). Далее будет снижаться статическое давление в газопроводе до значения, соответствующего точке Е. Затем начнется подача компрессора, и рабочая точка вновь будет перемещаться в точку А. В этом случае тоже будут наблюдаться автоколебания системы, т.е. будет иметь место помпаж компрессора.

Помпаж компрессора, сопровождаемый ударами и колебаниями пара-метров, нежелателен, поэтому выбирать компрессор и режим его работы надо так, чтобы не допускать режима неустойчивой работы.