Все турбокомпрессарные машины являются быстроходными. Частота вращения рабочего колеса их лежит в пределах от 3000 до 20 ООО об/мин. Поэтому для турбокомпрессоров применяются, как правило, быстроходные электродвигатели с номинальной частотой вращения 3(Ю0 об/мИн. В тех случаях, когда требуется ббльшая частота вращения колеса, между двигателями и компрессором устанавливается повышающий редуктор.

Регулнрованне пронзводнтельностн турбокомпрессоров в настоящее время осуществляется в основном дросселированием на стороне нагнетания, КПД турбомеханязма при этом снижается пропорционально регулированию производительности. В последние годы для компрессоров разработана система регулирования путем Поворота лопаток направляющего аппарата; КПД при регулировании направляющим аппаратом будет заметно выше, ч&м прн дросселировании. Однако применение

PfOdfuUH J500

р/, 10 Па.

3100

гаоа Агвоа

A2700 2В0О 2500

Рис. 19.13. Характеристика компрессора типа К-3260-41-1 при различных частотах вращении.

направляющего аппарата существенно усложняет конструкцию турбокомпрессора н снижает его надежность. Поэтому указанный метод не получил широкого распространения в мировой практике. Наиболее совершенным способом регулирования производительности турбокомпрессоров является изменение частоты вращения их двигателей.

Характеристики турбокомпрессоров К-3250 прн различной частоте врашення показаны иа рнс. 19.13.

Особенность работы турбокомпрессоров состоит также в том, что каждой частоте вращения соответствует определенная критическая подача машины, ниже которой работа становится неустойчивой. Причиной возникновения неустойчивой работы турбокомпрессоров является повторяющийся срыв потока с рабочих и направляющих лопаток, что приводит к сильным пульсациям давления, открыванию н закрыванию обратного клапана и возникновению аварийных колебаний в сне-теме. Такой режим называется помпажным. Работа турбокомпрессоров в режимах левее границы (штриховая линия на рнс. 19.13) помпажа недопустима. Следует отметить, что с уменьшением частоты вращения область ломпажных режимов сокращается, вследствие чего при регулировании путем изменения

частоты вращения работа турбокомпрессора с пониженной подачей становится возможной.

Технологическая необходимость регулирования подачн турбокомпрессорных машнн связана с нх назначением. Так, режим работы нагнетателей магистральных газопроводов определяется графиком потребления газа на конце газопровода. Задачей регулирования подачи компрессоров является в данном случае обеспечение транспортировки требуемого количества газа прн минимальных энергетических затратах. Прн сокращении потребления газа необходимо снижение подачи во из-

cosip 0,8

- J,0

- 2,0

- 1,0

L О

0,10 0,20 0,30 S

Рас. 19.14. Экспериментальные характеристики привода турбонагнетателя.

Г) g - КПД каскада; cos Ф,

cos - коэффи-

циенты мощности каскада н двигателя; Q, Q,

Q г- реактивные мощности каскада, двигателя

и трансформатора; Р, Рд, Р - активные

мощности каскада, двигатели аа стороне статора и рекуперации.

бежанне излишнего повышения давления в трубопроводах. Поскольку турбокомпрессоры на магистральных газопроводах объединяются в станцнн, Состоящие из нескольких последовательно н параллельно работающих компрессоров, то в настоящее время регулирование подачн ведется ступенчато изменением числа работающих машин. Для плавного регулирования этот метод дополняется доос-селнрованнем на стороне нагнетания. Исследования показали, что применение электропривода, обеспечивающего плавное экономическое регулнрованне скорости, дает увеличение КПД установки на 25 % по сравнению с регулированием посредством дросселирования и на 12 % по сравнению с регулированием при помощи направляющего аппарата.

В СССР проводились промышленные эксперименты по применению регулируемого электропрнвода для мощных турбонагнетателей магистральных газопроводов. Турбонагнетатель типа 280-11-1 был оборудован регулируемым электроприводом переменного

тока мощностью 4500 кВт по схеме асинхронного аЬнтильного каскада. Опытная эксплуа-тацвя этих приводов показала их хорошие регулировочные качества, экономичность и возможность работы параллельно и последовательно соединенных турбокомпрессоров. Экспериментальные характистнки этой системы привода показаны на рис. 19.14.

Турбокомпрессоры, нагнетатели и воздуходувки, как правило, являются машинами с режимом длительной нагрузки, аследствие чего их электроприводы должны быть рассчитаны на длительную работу с большим числом часов работы в год (до 8400 ч). Они являются быстроходными механизмами с частотой аращения рабочего колеса от 3000 до 20 000 об/миИ, что определяет целесообразность применения для их приводов иысоио-скоростных двигателей.

Все турбокомпрессоры, за исключением турбовоздуходувок, работают на сеть с сопротивлением, что определяет существенную зависимость момента сопротивления иа валу от частоты аращения.

Наиболее совершенным способом регулирования производительности турбокомпрессоров является изменение частоты вращения.

Пуск турбокомпрессоров производится обычно при разгруисенной машине путем со-еданения полости нагнетании с атмосферой или с полостью всасывания, вследствие чего максимальный момент при пуске не превышает 0,4 номнвального.

19.6. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ТУРБОМЕХАНИЗМОВ

Разнообразие условий применения Турбо-механизмов, их конструкций, режимов эксплуатации определяет возможность и экономическую целесообразность использования различных систем электропривода. Развитие техники самого электропривода обусловливает смену одних систем регулируемого электропривода даугвми, что также приводит к разнообразию возможных технических решений.

Для прввода иасосов, вентиляторов и компрессоров до настоящего времени применялись нерегулируемые электроприводы. Несмотря иа очевидаые теиденши к более широкому использованию регулируемых электроприводов турбомеханизмов, особенно для мощностей свыше 500 кВт, нерегулируемый привод будет оставаться основным видом электропривода в тех случаях, когда режим работы турбомеханизма по технологическим условиям постоянен или мощность турбомеханизмов вшелика и регулирование их производатель-иости без болыиих потерь 9Н<гии может быть осуществлено ноздействием иа турбомеханизм или иа его гидаавлйческую сеть.

Наиболее распростравенньш видом привода вследствие своей простоты и наименьших капитальных вложений является короткозам-кнутый асинхронный двигатель. Этот вид

привода применяется для турбомеханизмов от самых малых мощностей до нескольких тысяч киловатт. При мощностях свыше 300 кВт наряду с короткозамкиутым двигателем все шире применяют синхронные двигатели. В тех случаях, когда по условиям пуска необходимо ограничение ускорений или пусковых токов, используют асинхронные двигатели с фазным ротором.

Регулируемый электропривод используют в следующих случаях: когда по условиям работы производительность турбомеханизма необходимо часто изменять в широких пределах (например, иасосы систем водоснабжения, энергетические и газовые турбокомпрессоры); когда механизм длительно работает с проншоднтельностью, сушественно меньшей номинальной (например, шахтные вентиляторы); для турбомеханизмов, иужа-ющихси в автоматическом регулировании производительности с повышенными требованиями к качеству регулирования (например, холодальные турбокомпрессоры, некоторые циркуляционные и питательные иасосы); для электропривода испытательных и зксперн-меттальиых установок (например, аэродинамические трубы).

Простейшие системы регулируемого электропривода обеспечивают ступенчатое регу-лироаание частош вращеиия. -Для турбомеханизмов малой мощности применяются многоскоростные вснихронные дангателн; для даигателей большой мощностя получили применение схемы с питанием асинхронного или синхронного даигателей от источников различной частоты. Известный интерес для привода крупных вентиляторов представляет схеиа синхронно-асинхронного привода, обес-печнвакхцая даухступенчатое регулирование частоты вращения.

Системы ступенчатого регулирования частоты вращения привода, а следовательно, и подачи не обеспечивают задач автоматического регулирования турбомеханизмов и применяются, как правило, в сочетаинн с ги>фо-или аэродинамическими средствами реги-рования. Использование таких систем иОсит ограниченный характер.

Регулируемый электропривод с плавЬ1м изменением частоты вращения в широком jina-пазоне наилучшим образом удовлетворяет условиям автоматического и экономического регулирования производительности турбомеханизмов.

Следует отметить, что системы прив(эдов с даигателем постоянного тока (первая группа) несмотря иа отличные регулировочные качества, в большинстве случаю ие рациональны для турбомеханизмов. Приводы гос-тояниого тока содержат дорогой преоазо-аатель иа полную мощность, что ояредаляет в целом высокую стоимость электропря)в а. Кроме того, ;гатель постоянного тока нуждается в юзалнфицироваиной sKciitoya-тацин, а его прятнение в тяжелых услёвиях окружающей среды связано с серьезными конструктивными затруднениями.

Ко второй группе регулируемых электроприводов относятся частотно-управляемые

19.5]

Классификация систем электропривода турбомеханизмов

, двигатели переменного тока. Основные недостатки таких систем - сложность и высокая стоимость преобразователя частоты на полную мопшость механизма. Привод с двигателями переменного тока с частотным управлением по стоимости значительно дороже приводов постоянного тока, однако он обладает преимуществами, определяемыми конструктивными достоинствами короткозамкнутого асинхронного двигателя.

Рашюнальньй области использования частотно-управляемых приводов: для приводов турбомеханизмов, расположенных во взрывоопасных цехах; в тех случаях, когда по конструктивным особенностям турбомеханизма илн по условиям окружающей среды приводной двигатель должен быть принят асинхронным короткозамкнутым и в то же время требуется регулирование его частоты вращотя (например, дпя погружных элек-

мощвости, наиболее предпочтительными для регулироваиия частоты вращения турбомеханизмов.

Ванильные каскады различаются по виду преобразователей, включаемых в роторную цепь приводного асинхронного двигателя. Различают каскады электромашинные, вен-тильно-машинные и вентильные.

Наибольший интерес среди каскадных приводов представляют вентильные и вен-тильно-машинные каскады, которые в настоящее время получают промышленное применение для привода турбомеханизмов мощностью от десятков киловатт до нескольких тысяч киловатт. Эти же каскадные приводы, а также машины двойного питании н в будущем должны остаться наиболее рациональной системой регулируемого электропривода дли турбомеханизмов большой и средней мощности.

Рис. 19.15. Фуикпиоиальная схема АВК с двукратио-иитегрируюшей системой регудироваивя. ЗИ - задатчик иитевсивиости; PC, РТ - регуляторы скорости и тока; СИФУ - свстема ампул ьсво-фазового управлеиия; И, В .- инвертор и выпрямитель: Р - реактор; ДТ датчик тока; БО - блок ограинчеиви.

чроиасосов); для безредукторного электропривода быстроходных турбомеханизмов с час-. тогой вращения свыше 3000 об/мин; для электроприводов мощностью свыше 20 МВт, для которых машины постоянного тока или асинхронные электродвигатели с фазным ротором построены быть не могут.

Приводы с частотным управлением разделяются по анду преобразователей частоты, которые могут быть либо электромашниные, либо статические.

Третьей группой применяемых для турбомашин систем приводов являются асинхронные каскады. Достоинство этих приводов применительно к турбомашннам определяется тем, ЧТО стоимость и другие технико-экономические показатели каскадов зависят от глубины регулирования, поскольку преобразованию в этих схемах подвергается не полная энергии, потреблиемая приводом, а лишь часть ее, Пропорциональная диапазону регулирования. Пбскольку турбомеханизмы в большинстве своем нузкдаются в неглубоком регулировании, то.каскадные схемы асинхронного привода оказываются в большинстве случаев, в особенности для приводов средней и большой

На рис. 19.15 врЕ едеиа схема асинхронного вентильного каскада с двукратно-иитег-рирующей системой регулирования частоты вращения двигателя и подчиненным регулированием тока.

На рис. 19.16 приведена фуикциоивльвая схема машины двойного питания с системой регулирования частоты врашення и реактивной мощности.

Коллекторные двигатели переменного тока и электромапгаивые каскады, относительно широко ранее применявшиеся за рубежом для привода турбояюханвзмов, в настоящее время примеияютси реже, уступая место вентильным каскадам.

Для турбомеханишов возможно прнтне-ние и таких систем регулируемого асинхронного привода, в которых энергия скольжении теряется бесполезно, а КПД привода существенно снижается при уменьшении скорости. К таким системам относятся приводы с нерегулируемым двигателем и индукторной муфтой скольжения, асинхронные приводы с реостатным нли дроссельным регулированием, двухдвигательный синхронный привод с поворотным статором.