Спосіб регулювання турбокомпресора

1. Спосіб керування турбокомпресором, який полягає в тому, що до цього турбокомпресора (1) приєднують трубопровід (5) стисненого повітря із вмонтованим в ньому зворотним клапаном (6), який відрізняється тим, що, коли один або декілька параметрів процесу перевищують заздалегідь визначену величину, частоту обертання турбокомпресора (1) негайно знижують до заздалегідь визначеної мінімальної частоти обертання і зворотний клапан (6) закривають, а після зниження частоти обертання, коли одну або декілька умов повернення до початкового режиму виконано, частоту обертання турбокомпресора (1) знову підвищують і відкривають зворотний клапан (6). 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в умовах стабільної роботи турбокомпресором (1) керують, регулюючи частоту обертання. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що в умовах стабільної роботи застосовують один або декілька з наступних заходів керування: керують регульованими вхідними лопатками, якими оснащено турбокомпресор (1), керують регульованими дифузійними лопатками, якими оснащено турбокомпресор (1), дроселюють всмоктувальний трубопровід (3) турбокомпресора (1). 2 (19) 1 3 Винахід стосується способу регулювання турбокомпресора Відомо, що турбокомпресор має ротор з лопатками, встановленими поворотному корпусі з аксіальним входом і, в залежності від типу турбокомпресора, аксіальним або радіальним виходом. Коли ротор приведений в дію, повітря або інший газ аксіальне всмоктується у компресор крізь вхід і стисненим виходить крізь вихід. Газ стискається завдяки співвідношенню відцентрових сил і перетворення кінетичної енергії у тиск. Для забезпечення роботи у нормальній робочий зоні відомі різні техніки регулювання його роботи, наприклад, застосують регульовані вхідні лопатки, положення яких може бути вибране в залежності від функції бажаного газового потоку, для можливості змінити швидкість газового потоку на вході турбокомпресора. Також відоме забезпечення турбокомпресора регульованими дифузійними лопатками, положення яких може регулюватися в залежності від функція бажаної швидкості газового потоку, аналогічно описаному вище стосовно вхідних лопаток. Існують інші відомі способи регулювання, наприклад, регулювання швидкості обертання компресора, регулювання дроселюванням вхідного отвору компресора для повітря або комбінуванням двох або більше вище згаданих технік регулювання. При застосуванні всіх цих відомих технік потрібно подавати компресором певну мінімальну швидкість потоку для забезпечення певного тиску на виході, причому ця мінімальна швидкість є різною для кожного способу. При забезпеченні безперервних величин швидкості потоку, які є нижче зазначеної мінімальної швидкості потоку, стає не можливою стабільна робота компресора, яка буде порушена явищем, яке називають "стрибок", внаслідок чого уся компресорна система стає нестабільною з інтенсивними змінами умов на вході і виході турбокомпресора, що також впливає на коефіцієнт стиснення і продуктивність Якщо це буде продовжуватися безперервно, то ця нестабільність потоку призведе до утворення значних механічних сил, які можуть пошкодити машину при роботі у цій зоні. Якщо тиск або коефіцієнт стиснення достатньо низькі, утворені механічні сили будуть невеликими і вони можуть постійно поглинатися машиною при безперервній роботі. Якщо це представити на графіку для різних величин тиску, то отримуємо ряд мінімальних потоків, які розміщені на загальній кривій, яку називають "кривою помпажів". Якщо мінімальну швидкість потоку показати як функцію тиску, і тиск відкладати на вертикальній, догори направленій осі, а мінімальну швидкість потоку - на горизонтальній осі, яка направлена направо, то нестабільна зона регулювання буде знаходитися ліворуч кривої стрибків. На практиці, звичайно використовують так звану "криву контролювання стрибків", яку отримують зміщенням вище згаданого графіка праворуч, так що отримують зону безпеки. Якщо цю зону 97384 4 встановити рівною нулю, то крива контролювання стрибків і крива стрибків будуть співпадати. Якщо швидкість потоку, яка потрібна для технологічного процесу є менше при певній величині тиску, ніж мінімальна швидкість потоку, яка представлена кривою контролювання стрибків, то потрібно буде застосувати спосіб, який, по-перше, захищає компресор від дії стрибка і, по-друге, який робить можливим подати таку низьку швидкість потоку у технологічний процес. Щоб забезпечити подачу потоку з такими низькими швидкостями в нестабільній зоні регулювання або зоні стрибків, вже відомі декілька наступних способів. Перший відомий спосіб полягає в тому, що застосовують випускний клапан типу відкриття/закриття, який робить можливим відвести певну кількість стисненого газу на виході з компресора в атмосферу, як тільки швидкість потоку у компресор падає до мінімальної величини, яка визначена кривою контролювання стрибків. Регулюючі частини, такі як вхідні лопатка і подібні, внаслідок цього більше не змінюють. Одночасно, зворотний клапан, який знаходиться в лінії стисненого повітря турбокомпресора, буде закрито, таким чином компресор стає ізольованим від технологічного процесу і, як наслідок, ніякий потік не подається у технологічний процес. В результаті цього крізь компресор буде текти потік з швидкістю, яка є більшою, ніж вище зазначена мінімальна величина, таким чином уникаючи стрибка. Далі, знову закривають випускний клапан і знову відкривають зворотний клапан, після чого турбокомпресор буде знову подавати потік у технологічний процес. В результаті чергування відкриття і закриття випускного клапану в середньому у технологічний процес бути подаватися потік потрібної швидкості. Основним недоліком цього способу є те, що весь повітряний або газовий потік виходить крізь випускний клапан, в результаті чого мають місце великі втрати енергії. Інший відомий спосіб полягає у застосуванні випускного клапану з плавним регулюванням, через що, коли досягається крива контролювання стрибка, випускний клапан тільки частково відкривають, внаслідок чого положення випускного клапану безперервно регулюють так, що може бути забезпечена відповідна швидкість потоку. В цьому способі також певну кількість потоку відводять крізь випускний клапан і тому втрачають, створюючи певні втрати енергії. Третій відомий спосіб є розвитком першого способу і в цьому випадку, не враховуючи відкриття випускного клапану і закриття зворотного клапану, геометричне-регульовані частини турбокомпресора, такі як вхідні лопатки, дифузійні лопатки і подібні, ставлять у таке положення, що швидкість потоку компресора є малою і ніякий потік не буде подаватися у технологічний процес шляхом закриття зворотного клапана. Але, в цьому способі компресор утримує хід при проектній швидкості обертання, в результаті чого втрати, які переважно мають місце у системі 5 97384 6 приводу, є великими і досягають 15-20 процентів клапані, то він буде безперервно знаходитися в номінальної потужності. режимі стрибка. Щоб було можливо знову подати потік з відпоАле, в цьому випадку механічне навантаження відною швидкістю у технологічний процес, геометбуде низьким, так що це не спричиняє будь-яких ричне-регульовані частини турбокомпресору позначних проблем Якщо потрібно, то завжди є можвертають назад у напрямку їх початкового ливість провести виміри, щоб уникнути підвищенположення, а випускний клапан закривають, після ня температури чого знову відкривають зворотний клапан. Згідно переважної ознаки винаходу, комбінуШляхом чергування цих циклів у технологічний ють раптове зниження швидкості обертання з відпроцес може бути поданий потік з середньою баводом і / або випуском в атмосферу певної кількожаною швидкістю. сті стисненого газу для попередження будь-якого Швидкість відведення потоку є значно меншою зворотного потоку при цьому способі, ніжу першому способі, в реПеревагою цього є те, що коефіцієнт стиснензультаті чого мають місце менші втрати. Загальні ня компресором є дуже низьким, в результаті чого втрати залишаються незначними, так як компрепотужність, що споживається компресором, падає сор підтримує хід при проектній швидкості оберрівномірно і зберігається додаткова енергія. тання. Іншою перевагою такого способу є те, що газ, Метою винаходу є перебороти один або декіякий відводять і/або випускають знаходиться під лька з вище описаних і інших недоліків. значно меншим тиском ніж тиск технологічного Винахід стосується способу регулювання турпроцесу в результаті чого мають місце більш низьбокомпресора, в якому лінія стисненого повітря кі втрати енергії з'єднана з цим турбокомпресором зворотним клаКрім того, кількість відведеного і/або випущепаном, розміщеним на ній, внаслідок чого, коли ного повітря або газу може бути більш обмежеодин або декілька параметрів технологічного проною, ніж у відомих способах, тому супроводжувані цесу перевищують наперед визначену величину, втрати є обмеженими і має місце мала швидкість то швидкість обертання турбокомпресора буде потоку, що випускають, і низький коефіцієнт стисзменшена раптово до наперед визначеної мініманення. льної швидкості обертання і зазначений зворотний Крім того, такий спосіб за винаходом також клапан буде закрито, і тому після зазначеного може бути застосований до багатоступінчатого зменшення швидкості обертання, якщо одна або компресора, утвореного з декількох ступенів стисдекілька умов зменшення виконані, швидкість обенення. ртання турбокомпресора буде знову підвищена, а В цьому випадку можна мати наступні варіанзворотний клапан буде відкрито. ти: Перевагою цього способу є те, що компресор 1) декілька ступенів стиснення приводяться обертається, але з мінімальною швидкістю, він одним мотором, або споживає тільки дуже обмежену потужність. За2) декілька ступенів стиснення приводяться вдяки такій низькій швидкості обертання втрати у декількома моторами (кількість моторів є менше приводі є значно нижчими, ніж у випадку роботи у або дорівнює кількості ступенів стиснення) Номіномінальному режимі, і потужність, яка потрібна в нальну, а також зменшену швидкість обертання цих умовах є тільки частиною номінальної потужцих моторів в цьому випадку немає необхідності ності. мати однаковою, а раптове зменшення швидкості Іншою перевагою такого способу за винахообертання різних моторів може відбуватися однодом є те, що турбокомпресор завжди готовий, у часно чи ні. випадку раптового зростання зниження швидкості У двох випадках, зазначених вище, один або потоку, швидко переключитися назад до першої декілька випускних клапанів може бути встановлеумови роботи шляхом підвищення знову швидкості но між різними ступенями компресора і/або після обертання. кінцевого ступеню компресора. Цей спосіб також дозволяє регулювання турДля кращого пояснення ознак винаходу далі бокомпресора без необхідності відведення певної описаний, як приклад, наступний переважний спокількості потоку газу або стисненого повітря низьсіб за винаходом, який не обмежує винахід, з покої швидкості в атмосферу. силаннями на супроводжувальні креслення, де: За допомогою вище зазначеного способу за на фіг.1 схематично показаний компресор, винаходом є можливість компресору повернутися який працює, використовуючи спосіб за винахоу стрибок під час перехідного явища, яке відбувадом; ється, коли швидкість обертання турбокомпресора на фіг.2 показаний принцип роботи способу за зменшується дуже раптово, а зворотний клапан є винаходом на графіку. ущільнений. На фіг.1 показаний турбокомпресор 1, з боком Як відомо, випадок такого "стрибкової події" 2 всмоктування, до якого приєднана лінія 3 всмокпризводить до додаткового механічного навантатування, і боком 4 нагнітання, до якого приєднана ження. лінія 5 стисненого повітря, і на якій розміщений Тому, машина повинна бути спроектована так, зворотний клапан 6, який запобігає виникнення що вона може протистояти такому тимчасовому потоку в напрямку турбокомпресора 1. навантаженню без будь-яких пошкоджень. В цьому випадку цей зворотний клапан 6 має Коли компресор обертається при зменшеній звичайну конструкцію з пружиною, яка притискає швидкості обертання і при закритому зворотному ущільнюючий елемент до сідла клапана, але за винаходом не виключено застосування зворотного 7 97384 8 клапана іншої конструкції, наприклад, у вигляді рі 11, і для отримання найкращих результатів мокерованого клапана або подібного. жуть бути визначені наприклад, експериментальНа лінії 5, між турбокомпресором 1 і зворотним но. клапаном 6 до неї також приєднана випускна лінія Згідно переважної ознаки способу за винахо7 з випускним клапаном 8. дом, при комбінуванні раптового зменшення швиВ цьому випадку випускний клапан 8 виконадкості обертання і ущільнення зворотного клапана ний у вигляді керованого клапана з можливістю 6, випускний клапан 8 відкривають і турбокомпререгулювання положення, але останнє не є необсор 1 відокремлюють від технологічного процесу. хідним згідно винаходу. Так як турбокомпресор 1 обертається при дуКомпресор 1 приводиться в дію мотором 9, же низькій швидкості обертання, коли випускний який в цьому випадку є електричним мотором з клапан 8 відкривають, то коефіцієнт стиснення регульованою швидкістю і з модулем керування компресора 1 є низьким і компресор 1 споживає 10, але який також може бути у вигляді мотора тільки обмежену потужність для стиснення. будь-якого іншого типу, наприклад, тепловим двиЗавдяки низькій швидкості обертання, втрати, гуном. які мають місце наприклад у підшипниках мотору 9 Крім того, турбокомпресорі в цьому випадку і компресора 1 і у можливій трансмісії між мотором має контролер 11, наприклад, у вигляді ПКА (про9 і компресором 1, є значно меншими, ніж при нограмований командоапарат) або подібного примінальній роботі. строю, який щонайменше з'єднаний з вище зазнаУмови, при яких нормальна робота поновлюченим модулем 10 керування, але який в цьому ється, іншими словами при яких швидкість обервипадку також з'єднаний з випускним клапаном 8. тання компресора збільшується знову, випускний Компресор також має перший зчитувач 12 тисклапан 8 ущільнюється а зворотний клапан знову ку, який знаходиться на лінії 5 стисненого повітря, стає відкритим внаслідок зростання тиску з боку між компресором 1 і зворотним клапаном 6, і друкомпресора, де знаходиться зворотний клапан 6, гий зчитувач 13 тиску, який також знаходиться на також програмують у контролері 11. лінії 5 стисненого повітря після зворотного клапаПрикладом такої умови зворотного переклюна 6, так, що цей другий зчитувач 13 виміряє тиск, чення може бути, наприклад, коли величина тиску який є переважно у мережі стисненого повітря або у технологічному процесі або у мережі стисненого в технологічному процесі, який живиться через цю повітря, виміряна другим зчитувачем 13 тиску, лінію 5 стисненого повітря. падає нижче певної величини. Наприкінці, турбокомпресор 1 в цьому приклаЗгідно додаткової ознаки винаходу, випускний ді також включає зчитувач 14 швидкості потоку, клапан 8 може бути регульованим між декількома який в цьому випадку знаходиться на лінії 3 всмокрізними положеннями, або випускний клапан 8 тування. може навіть мати можливість регулювання безпеКожний із зчитувачів 12-14 зв'язаний з контрорервно змінним способом, так що, коли виміряна лером 11. швидкість потоку падає до вище зазначеної мініСпосіб за винаходом є дуже простим і полягає мальної величини, випускний клапан 8 першим в наступному. відкривають при керуванні, використовуючи плавПри стабільних умовах роботи, іншими словане регулювання. ми за межами зони стрибка тобто у нормальній Якщо у цьому випадку відбуваються умова зуробочій зоні, яка показана затіненою зоною А на пинки, наприклад, коли досягнуто наперед визнаграфіку фіг.2, турбокомпресор 1 переважно регучене відкриття випускного клапана 8, вище описані люють шляхом керування швидкістю мотора 9 і операції способу за винаходом можуть початися, а таким чином швидкістю обертання компресора. саме різке падіння швидкості обертання, відкриття На вертикальній осі графіка на фіг.2 показаний випускного клапана 8 і закриття зворотного клапакоефіцієнт стиснення С турбокомпресора 1, а на на 6. горизонтальній осі показана швидкість Q стисненоЗа винаходом, не виключається, що вище заго потоку. значений спосіб комбінують з застосуванням регуЗа винаходом, як тільки один або декілька пальованих вхідних лопаток, регульованих дифузійраметрів технологічного процесу перевищують них лопаток, дроселювання ліній всмоктування наперед визначеної границі, швидкість обертання або інших засобів регулювання, які роблять можтурбокомпресора 1 буде раптово знижено до наливим регулювання швидкості потоку, що подаперед визначеної мінімальної швидкості обертанється компресором. ня і зворотний клапан 6 буде закрито. У вище описаному прикладі, роботу забезпеВ цьому прикладі, коли швидкість потоку, вичують випускним клапаном 8, але присутність таміряна зчитувачем 14 падає до або нижче наперед кого випускного клапана не є абсолютно необхідвизначеної мінімальної величини швидкості потоною і він може бути не застосований або бути у ку, яка відповідає кривій керування стрибком за комбінації і /або замінений зворотною лінією для винаходом, швидкість обертання турбокомпресора відводу певної кількості стисненого газу. 1 буде зменшено дуже стрімко до наперед визнаВинахід може бути застосований до всіх типів ченої мінімальної швидкості обертання, як показатурбокомпресорів, тобто до аксіальних, а також до но на графіку (фіг.2) робочою точкою В за межами радіальних турбокомпресорів. нормальної робочої зони А. Згідно додаткової ознаки винаходу, вище заВище зазначена мінімальна величина швидкозначений компресор 1 може мати декілька ступесті потоку і мінімальна швидкість обертання монів стиснення, і відповідно, ці ступені компресора є жуть бути запам'ятовувані, наприклад, у контролеабо: 9 97384 10 а) такими, що приводяться одним мотором, Якщо потрібно, в кожному з вище згаданих виабо падках а) і б) може бути встановлено один або б) такими, що приводяться декількома мотодекілька випускних клапанів між різними ступенярами, які мають або не мають такі самі номінальні ми стиснення і/або після кінцевого ступеню стисі зменшені величини швидкості обертання. нення. В останньому випадку, коли є декілька мотоНаведений опис винаходу не означає обмерів, швидкість обертання різних вище згаданих ження способу, який наведений як приклад і покамоторів може бути чи не бути одночасно зменшезаний кресленнями; навпаки, такий спосіб за винано. ходом може бути виконаний різними шляхами, залишаючись у межах винаходу. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601