Регулирование изменением частоты вращения ротора

Для ТК изменение числа оборотов ротора обуславливает появление новых характеристических кривых в осях P _нк -Q _вк.

Как уже указывалось l _к~ n ², а Q _вк~ n.

В поле устойчивой работы ТК изменением n можно получить любое значение производительности (см. рис. 8.1).

При удачном сочетании характеристик сети и компрессора изменение числа оборотов ротора ТКУ перемещает рабочую точку практически по полю максимальных значений КПД турбокомпрессора. В этом случае развиваемое давление, а также затрачиваемая мощность будут точно соответствовать необходимому уровню (то есть ровно столько, сколько необходимо для преодоления сопротивления сети).

Поэтому этот способ регулирования ТК является самым экономичным. Он находит широкое применение в тех случаях, когда вопросы экономичности имеют первостепенное значение. Но нужен привод с экономичным регулированием частоты вращения.

Хорошо соответствуют этому требованию паро- и газотурбинный привод и электродвигатели постоянного тока.

Рис. 8.1. Семейство характеристик ТК при изменении числа оборотов ротора n ₁< n ₂< n ₃< n ₄< n ₅< n ₆

В случае использования электродвигателей переменного тока (синхронные и асинхронные) применяют следующие способы регулирования.

8.3.2. Регулирование ТК дросселированием на всасывании

Схема регулирования выглядит следующим образом (см. рис. 8.2).

На входе в ТК устанавливается поворотная дроссельная заслонка.

Рис. 8.2. Конструктивная схема центробежного компрессора:

1 – всасывающий трубопровод; 2 – дроссельная заслонка на всасывании; 3 – рабочее колесо ЦБК; 4 – диффузор; 5 – поворотный направляющий канал.

При повороте дроссельной заслонки на угол j от ее начального (открытого) положения j₀ происходит дросселирование потока на входе в рабочее колесо. При этом снижается давление (P _вк< P _а), а температура практически не изменяется (T _вк =T _а).

Таким образом, при неизменной объемной производительности Q _вк и n =const в соответствии со свойствами ТК при дросселировании на входе остаются неизменными напор l _к и степень повышения давления e_к.

Поскольку , а , то при изменении положения заслонки на всасывании меняется соответственно и давление .

Этот способ регулирования приводит к изменению характеристики компрессора и является довольно экономичным. Расход электроэнергии при регулировании дросселированием на всасывании всего на 10-15 % выше, чем при регулировании частотой вращения ротора.

Порядок построения характеристик ТК при дросселировании потока на всасывании и при неизменной частоте вращения (n =const).

Пусть нам дана характеристика ЦБК в осях , полученная при полностью открытой заслонке на всасывании (см. рис. 8.3), т.е. при j=j₀.

Для практического использования удобнее всего строить характеристику ТК по степени открытия дроссельной заслонки (т.е. для различных значений угла j). Для этого необходимо иметь газодинамическую характеристику дросселя в виде зависимости для каждого положения заслонки: j₀, j₁, j₂ и т.д. (значения углов: j₀<j₁<j₂ и т.д.).

Рис. 8.3. Построение характеристики ТК при изменении положения дроссельной заслонки на всасывании.

Эта характеристика определяется экспериментально и записывается в виде

, (8.2)

где А – опытный коэффициент. Он зависит от конструктивных особенностей заслонки и от ее положения j.

Основная задача пересчета: каждой точке исходной характеристики (при j=j₀) найти соответствующую точку новой характеристики (при j=j₁), где режимы подобны.

Пересчет точный, так как режимы будут подобны абсолютно.

Возьмем на исходной характеристике произвольную точку М. На этом режиме работу компрессора будут характеризовать следующие параметры: , и будут справедливы следующие соотношения:

, . (8.3)

Задросселируем вход, т.е. повернем заслонку в положение j₁. В этом случае , а .

Кроме того, изменится массовый расход газа через ТК: , так как .

Уравнение состояния газа для новых параметров:

. (8.4)

Найдем теперь такое новое значение (точка ) при котором сохраняется объемная производительность а, следовательно, подобны треугольники скоростей, неизменны значения КПД и показатели политропы.

Согласно свойствам ТК в этом случае соблюдаются условия: и или же

, (8.5)

а так как , то, разделив почленно уравнение (8.4) на уравнение (8.3), получим:

, откуда . (8.6)

Это необходимые и достаточные условия подобия режимов.

Найдем такую точку , где эти условия соблюдаются. Для этого соединим точки в и М с началом координат.

На пересечении линии ов с характеристикой дросселя j ₁ получим точку в ₁. Проведем через эту точку вертикаль. На ее пересечении с прямой ОМ получаем точку , а на оси абсцисс – значение .

Докажем, что точка и есть искомая точка.

Из подобия полученных треугольников можно записать:

и , (8.7)

т.е. необходимые условия соблюдаются и режимы в точках М и подобны.

Таким образом, точки подобных режимов для любых положений дросселя находятся на прямой ОМ ( и т.д.). Задаваясь рядом точек на начальной характеристике, можно построить кривые новых характеристик.

Соединив максимумы построенных характеристик ТК (Р _max) получим новую границу устойчивой работы ТК при дросселировании на всасывании.

Видно, что этот способ регулирования дает более широкую зону устойчивой работы нагнетателя, чем при регулировании частотой вращения. Это особенно важно для получения малых расходов. Удачным бывает сочетание этих способов регулирования.

---

Дата добавления: 2015-08-18