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

Для газоперекачивающих станций магистральных трубопроводов характерна параболическая форма характеристики, проходящая через начало координат (сопротивление в элементах системы) (рис .1.2. б).

Для случая потребления газа с постоянным давлением газа при наличии сопротивлений в системе характерна комбинированная характеристика (рис. 1.2. в).

Точка пересечения характеристики компрессора р_к = f(V) называется рабочей точкой или рабочим режимом компрессорной установки. Точка пересечения А определяет условия материального и энергетического баланса системы, как показано на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Совместные характеристики компрессора и сети (системы)

Компрессор, работающий в системе эффективен, если рабочей точке соответствует максимальный или близкий к максимальному КПД компрессора.

Работа компрессора устойчива, если при изменении производительности системы по любой причине компрессор восстанавливает первоначальный режим работы. В противном случае работа компрессора неустойчива и может возникнуть явление помпажа.

При рассмотрении вопроса устойчивой работы центробежного или осевого компрессора большое значение имеет аккумулирующая способность системы, определяемая ее емкостью. Малая аккумулирующая способность характерна для системы с малым объемом или малым изменением плотности газа.

Газ поступает в компрессор с начальным давлением рн и сжимается в нем до конечного давления рк. Величина рк может изменяться в пределах

р_н < p_к < p_макс.

Однако, вблизи точки V₀<V<V_п возможна неустойчивая работа компрессора (помпаж). Поэтому зона устойчивой работы компрессора определяется диапазоном производительностей V_п<V<V_макс при р_п<p_макс (где р_п – давление помпажа).

Напорная характеристика компрессора однозначно определяет зависимость между производительностью по всасыванию и конечным давлением в устойчивой зоне работы при постоянной частоте вращения. Она в большинстве случаев определяет границу помпажа компрессора.

Для обеспечения эффективной, в первую очередь экономии энергии привода, и надежной работы компрессора рабочая точка его должна совпадать с оптимальным режимом макс или находиться вблизи него при снижении КПД на 2-5% по сравнению с максимальным.

1.4. Явление помпажа

Условия работы компрессора в системе при широком диапазоне изменения режимов в значительной степени зависят от взаимной согласованности характеристик компрессора и системы.

Рис. 1.4. Работа компрессора в сети и определение границы помпажа

На режимах работы компрессора, близкого к оптимальному, имеет место хорошее согласование потока газа с формой элементов проточной части. При существенном отклонении режимов от оптимального из-за возникновения ударного натекания и отрывов параметры потока газа не соответствуют геометрическим характеристикам проточной части. В потоке возникают различные вторичные течения и сложные физические процессы.

Рассмотрим работу компрессора в системе в случае, когда характеристики компрессора в и системы пересекаются в одной точке, рис. 1.5.

Рис. 1.5. Работа компрессора в системе

В этих случаях точки пересечения характеристики компрессора в системе обеспечивают устойчивый режим работы компрессора. Если рабочая точка А расположена справа от точи К – максимума характеристики компрессора, то при кратковременном увеличении производительности V давление р_с системы становится больше давления р_к компрессора.

Кинетическая энергия газа, выходящего из компрессора, а, следовательно, и производительность компрессора уменьшается, т.е. восстанавливается первоначальный режим работы в точке А.

Кратковременное уменьшение производительности на V создает условия, когда р_к>р_с. В этом случае кинетическая энергия газа, выходящего из компрессора, а, следовательно, и производительность увеличиваются, т.е. восстанавливается первоначальный режим работы в точке А. Таким образом, любая режимная точка на нисходящем участке характеристики компрессора обеспечивает устойчивую работу компрессора.

Аналогичный ход рассуждений применяется для участка характеристики слева от точка К (важно, чтобы было одно пресечение характеристик компрессора и системы). Если в точке А кратковременно изменяется производительность (увеличивается или уменьшается), то аналогично предыдущему случаю приходим к выводу, что режимная точка может переместиться по характеристике системы в точки В или С. Следовательно в точках А, В и С работа компрессора в системе устойчива.

Работа компрессора устойчива на всем участке С-В характеристики компрессоров. Для рассмотренных случаев условием устойчивой работы компрессора в системе является условие

dp_c/dV>dp_k/dV

Рассмотрим работу компрессора в точке А на восходящем участке характеристики, рис. 1.6.

Рис. 1.6. Работа компрессора на восходящем участке

При уменьшении давления в системе производительность компрессора становится меньше, чем требуется в системе при новом давлении (V'_A<V"_A). Поэтому давление в системе будет продолжать уменьшаться до достижения точки В. Положение точки В зависит от характеристики компрессора. В этой точке производительность может быть положительной или отрицательной, рис. 1.6. б.

Так как расход системы V'_B больше производительности компрессора (V'_B>V_B), давление в системе должно уменьшаться. Однако, незначительное уменьшение давления в системе приводит к переходу компрессора из режима в точке В в режим в точке С. Так как производительность компрессора становится больше требуемой для системы (V_С> V'_B), давление в системе растет, пока режим работы компрессора не достигнет точки К, а в системе точки К'. При незначительном увеличении давления в системе режим работы компрессора из точки К переместится в точку Е.