离心空压机的调节方式——压缩空气系统节能方案
离心压缩机具有运行平稳、流量大、设计效率较高等优点,但也存在着流量调节较为复杂、容易发生喘振的缺点。
离心压缩机常用的三种流量调节方式为:
1、调节转速。通过调节转速,使得离心压缩机的特性曲线呈现平行线移动,不同转速之下具有不同的流量-压力特性,如下:
从图中可见,随着转速下降,对应的流量和压力都呈现下降,且曲线相互平行,此为“相似原理”。采用转速下降进行调节,可以实现以下几个特点:
(1)不引入阻力损耗。通过转速的降低,叶轮做功呈现自然下降,流量和输出压力呈现下降趋势,不需要引入阻力环节,就能对流量进行调节。由于没有阻力环节,不会因为阻力而损失能量。
(2)压缩过程中的损耗有所降低。通过转速的降低,叶轮与空气的相对运动速度减缓,摩擦等损耗有下降趋势,体现在压缩过程中的产热量下降,损耗降低能够节省压缩时的功耗。
调节转速是离心压缩机的一种有效的调节方式,由于不引起阻力损耗、降低压缩损耗的作用,是最省功的调节方式,在蒸汽透平压缩机中使用广泛,具有很多的应用实践,因此,节能系统应优先选用调节转速的方式。但是,对于电机拖动的离心压缩机,其转速是基本固定的,很难采用简单的方式进行调速,通常的变频调速又容易引起压缩机发生喘振,因此,应选择先进的、成熟的技术进行相应的转速调节,本方案将进行重点叙述。
2、调节阀门。调节阀门是离心压缩机的一种简单的调节方式,通过对阀门的调节,开度减小,在阀门两侧形成压力差,将系统的有效输出压力减少,气体流动受限,从而使得流量减少,系统运行在所需的平衡点上。
阀门分为进气阀门和排气阀门,分别具有不同的作用:
(1)进气阀的阻碍作用,降低了实际的进气压力,形成了一定的真空度,进入的气体变得相对稀薄,使得流量下降。同时,进气阀也会提高进气温度。
(2)排气阀的阻碍作用,提高了实际输出压力,使得压缩机向压力增大、流量减小的工作点移动,限制了流量。
综上,阀门的作用概括起来就是,通过引入流动阻力,使得流量降低,从而满足工艺的要求,会造成能量的损失。
阀门的能量损失如下:
气体流过阀门之后,由于阀门不是全开,存在阻力,压力由P1下降到P2,形成了压力差△P,损失的功率为:
W=△PF=(P1-P2)F
由于压力差造成的能量损失,整体性能会降低,压缩机的效率、排气量会同步下降。
3、调节导叶。导叶调节是离心压缩机的一种调节方式,是通过诱导气体沿着具有倾角的导流叶片流动,使气体预旋,从而降低气体与旋转叶轮之间的相对速度,做功减少,压缩程度减轻,流量减少。导叶调节的效果和能量损失介于速度调节和蝶阀调节之间。
综上所述,本方案的核心方法是,采用更优越的“调节转速”代替“调节阀门”,从调节方法上进行改进,避免阀门的能量损耗,同时降低气体温度,实现节能。而且,降低温度的同时也会有助于减低压缩功耗,因此,节能效果出现叠加,总体节能效果较好。