Проверка центробежных воздушных компрессоров общего назначения

Проверка центробежных воздушных компрессоров общего назначения

Центробежные воздушные компрессоры (ЦВК) общего назначения являются ключевым оборудованием во многих отраслях промышленности, обеспечивая сжатый воздух для пневматических инструментов, систем управления, процессов продувки и других задач. Обеспечение их надежности, эффективности и соответствия заявленным характеристикам невозможно без проведения комплексных испытаний. Данная статья освещает основные аспекты проверки таких компрессоров.

1. Объекты испытаний

Объектами испытаний являются центробежные воздушные компрессоры общего назначения, рассчитанные на широкое промышленное применение. Основное внимание уделяется проверке следующих компонентов и агрегатов:

• Полностью собранный компрессорный агрегат: Включая центробежный компрессор (одноступенчатый или многоступенчатый), приводной двигатель (электрический или турбинный), систему смазки, систему охлаждения (воздушную или водяную), систему управления и контроля, встроенные фильтры (воздушный всасывающий, масляный), трубопроводы в пределах рамы, шумоглушители, раму/основание.
• Ключевые компоненты компрессора:
  • Ротор (рабочее колесо/крыльчатка, вал).
  • Подшипники (опорные и упорные).
  • Уплотнения (лабиринтные, сухие газовые, масляные пленочные).
  • Диффузор/направляющий аппарат.
  • Корпус компрессора.
• Система управления и контроля: Панель управления, контроллер, датчики (давления, температуры, вибрации, расхода), исполнительные механизмы (напр., клапана всасывания, байпаса).
• Вспомогательные системы: Система смазки (насос, охладитель, фильтр, бак), система охлаждения (радиаторы, вентиляторы, насосы охлаждающей жидкости, теплообменники).

2. Область испытаний

Проверка центробежных компрессоров охватывает широкий спектр показателей, которые можно разделить на две основные группы:

• Эксплуатационные характеристики (Производительность):

  • Производительность (Подача): Объемный расход сжатого воздуха на выходе из компрессора при стандартных условиях всасывания (давление, температура, влажность), выраженный в м³/мин или л/с. Определяется при различных рабочих точках.
  • Удельная потребляемая мощность (УПМ): Мощность, потребляемая приводом компрессора на единицу производительности (кВт/(м³/мин)), обычно при номинальных условиях. Ключевой показатель энергоэффективности.
  • Конечное давление нагнетания: Давление сжатого воздуха на выходе компрессора. Проверяется способность достигать номинального давления на всем рабочем диапазоне производительности.
  • Характеристические кривые: Графики зависимости производительности от давления нагнетания при постоянной скорости вращения, а также зависимости потребляемой мощности и КПД от производительности или давления. Определяют рабочий диапазон и зону наилучшей эффективности.
  • Устойчивость работы (Запас по помпажу): Оценка минимальной устойчивой производительности компрессора без срыва в помпаж при заданном давлении нагнетания. Определение границы помпажа и эффективности работы антипомпажных систем.
  • Регулирование производительности: Проверка работы систем регулирования (дросселирование всасывания, изменение угла установки направляющих лопаток, изменение скорости вращения) на поддержание заданного давления при переменном расходе воздуха.

• Параметры надежности и безопасности:

  • Вибрации: Измерение уровня вибрации на подшипниках ротора компрессора и приводного двигателя по всем трем осям. Оценка соответствия допустимым нормам (стандарты ISO 10816 и др.).
  • Температуры: Контроль температур подшипников (опорных, упорных), температуры нагнетаемого воздуха, температуры масла в системе смазки (на выходе из подшипников, на входе/выходе охладителя), температуры обмоток двигателя статора и ротора (косвенно или напрямую), температуры охлаждающей воды/воздуха.
  • Утечки: Проверка герметичности уплотнений вала (масляных, газовых), соединений трубопроводов и фланцев.
  • Шум: Измерение уровня звукового давления и/или звуковой мощности компрессорного агрегата в соответствии со стандартами (ISO 2151, ГОСТ и др.).
  • Работа систем защиты и аварийной остановки: Тестирование корректности срабатывания защит по превышению температуры, вибрации, давления масла, уровня масла и других критических параметров.
  • Качество сжатого воздуха (опционально для общих испытаний): Измерение содержания масла, влажности, твердых частиц (если проверка включает встроенные фильтры или требуется по спецификации).

3. Методы испытаний

Испытания проводятся с использованием следующих основных методов:

1. Заводские (Приемочные) Испытания:

   • Проводятся на специализированных испытательных стендах изготовителя.
   • Основной метод: Испытания в соответствии с международными стандартами (прежде всего ISO 5389 "Турбокомпрессоры. Испытания на эксплуатационные характеристики"). Стандарт строго регламентирует условия проведения измерений (температура, давление, влажность всасываемого воздуха), методы измерения расходов, давлений, температур, мощности, требования к точности приборов.
   • Процедура: Компрессор устанавливается на стенд, создаются контролируемые условия на всасывании. На нагнетании создается противодавление с помощью дроссельных устройств. Последовательно, изменяя сопротивление на выходе (или используя систему регулирования), достигают различных рабочих точек от минимально устойчивой (близкой к помпажу) до максимального расхода (точки "запертого" ротора). На каждой точке фиксируются все параметры: расход воздуха на выходе, давление и температура на всасывании и нагнетании, потребляемая мощность, скорости вращения, температуры, вибрации.
   • Построение характеристик: На основе полученных данных строятся характеристические кривые компрессора.

2. Типовые Испытания: Проводятся на выборочных агрегатах из серии для подтверждения сохранения характеристик и соответствия проекту. Могут быть полными (как приемочные) или ограниченными (ключевые точки).

3. Эксплуатационные (Полевые) Проверки:

   • Проводятся после установки компрессора на месте эксплуатации (пуско-наладочные работы) или периодически в процессе эксплуатации.
   • Метод: Базируется на принципах ISO 5389, но с адаптацией к реальным условиям площадки. Измерения производятся с использованием переносного калиброванного оборудования. Точность обычно ниже, чем на заводском стенде.
   • Фокус: Проверка достижения гарантированных параметров в реальных условиях, оценка энергопотребления и эффективности в рамках технологического процесса, диагностика состояния (вибрации, температуры, утечки), проверка работы системы управления и защит.

4. Испытания на устойчивость (Помпаж): Специальные испытания для точного определения границы помпажа при различных давлениях и проверки эффективности и быстродействия системы защиты от помпажа.

4. Испытательное оборудование

Для проведения всесторонних проверок ЦВК общего назначения требуется сложный комплекс контрольно-измерительного оборудования:

1. Системы измерения расхода воздуха:

   • Сопла Вентури / Измерительные диафрагмы: Высокоточные устройства, установленные на выходном трубопроводе компрессора, измеряющие перепад давления для расчета расхода (по ISO 5167).
   • Термоанемометрические (Горячепроволочные) Расходомеры: Используются для измерения расхода на всасывании или в труднодоступных местах.
   • Ультразвуковые расходомеры: Применяются для неинвазивных измерений на трубопроводах большого диаметра.
   • Калибровочные баки (ресиверы) с таймером: Используется метод заполнения бака известного объема за фиксированное время для определения среднего расхода (чаще на малых компрессорах или при полевых проверках).

2. Измерение давления:

   • Эталонные датчики давления (Пьезорезистивные, Пьезоэлектрические): Высокоточные датчики с цифровым выводом, установленные в точках измерения (всасывание, нагнетание, промежуточные ступени, масляная система).
   • Точные цифровые манометры и мановакуумметры.
   • Дифференциальные манометры: Для измерения перепада давления на расходомерах и фильтрах.

3. Измерение температуры:

   • Эталонные термопары (Тип K, T) или платиновые термометры сопротивления (Pt100): Основные датчики для точных измерений температур воздуха, масла, подшипников, воды.
   • Тепловизионные камеры: Для бесконтактного сканирования температурных полей корпусов, трубопроводов, электродвигателей.
   • Точные цифровые термометры.

4. Измерение электрических параметров и мощности:

   • Трехфазные анализаторы сети/ваттметры: Высокоточные приборы для измерения потребляемой активной, реактивной мощности, напряжения, тока, коэффициента мощности, гармоник. Подключаются к силовым цепям двигателя.

5. Измерение вибрации:

   • Пьезоэлектрические акселерометры: Устанавливаются на подшипниковых узлах компрессора и двигателя в трех ортогональных направлениях (радиальное горизонтальное, радиальное вертикальное, осевое).
   • Вибрационные анализаторы/датчики: Регистрируют виброскорость или виброускорение в широком частотном диапазоне для анализа общего уровня вибрации и спектрального состава.

6. Измерение скорости вращения:

   • Оптические тахометры / Индуктивные датчики оборотов: Для точного контроля скорости вращения ротора.

7. Измерение шума:

   • Прецизионные шумомеры (класс 1 по IEC 61672): С ветрозащитными экранами для измерения уровня звукового давления в окружающих точках.
   • Интенсивность звука / Акустическая камера (для заводских измерений звуковой мощности): Для точного определения уровня звуковой мощности по стандартным методикам.

8. Системы сбора данных (SCADA/DAQ): Специализированное программное обеспечение и аппаратные платформы (контроллеры сбора данных, промышленные ПК) для синхронной регистрации сигналов со всех датчиков, управления процессом испытаний, онлайн-мониторинга параметров и последующей обработки данных.

Заключение

Проверка центробежных воздушных компрессоров общего назначения – это сложный и многоэтапный процесс, требующий четкого определения объектов и области испытаний, применения стандартизированных методов и использования высокоточного специализированного оборудования. Только комплексный подход обеспечивает получение достоверных данных о производительности, эффективности, надежности и безопасности компрессоров, гарантируя их долгосрочную и экономичную эксплуатацию в промышленных условиях. Результаты испытаний являются основой для приемки оборудования, оценки его соответствия спецификациям, проведения диагностики и планирования технического обслуживания.