Обнаружение безмасляных винтовых воздуходувок с регулируемой частотой

Обнаружение безмасляных винтовых воздуходувок с регулируемой частотой

Введение
Безмасляные винтовые воздуходувки с регулируемой частотой вращения (ЧРП) представляют собой современное решение для широкого спектра применений, требующих чистого сжатого воздуха или газа без примесей масла. Их ключевые преимущества – высокая энергоэффективность благодаря точному соответствию производительности текущей потребности, надежность безмасляной конструкции и низкий уровень шума. Для подтверждения заявленных характеристик и соответствия требованиям заказчика необходимы комплексные испытания. Данная статья описывает основные аспекты проведения таких испытаний.

1. Объекты испытаний
Объектом испытаний являются безмасляные винтовые воздуходувки (компрессоры), оснащенные встроенной или внешней системой регулирования частоты вращения электродвигателя (частотно-регулируемый привод - ЧРП). Основные характеристики испытуемых агрегатов включают:

• Принцип сжатия: Винтовой блок с синхронизированными роторами, работающий без смазки в камере сжатия.
• Типоразмер: Определяется номинальной объемной производительностью (м³/мин или л/с) и максимальным рабочим давлением (бар или кПа).
• Привод: Электродвигатель переменного тока (как правило, асинхронный), управляемый ЧРП.
• Система охлаждения: Воздушное или водяное охлаждение винтового блока и двигателя.
• Конструктивное исполнение: Может быть моноблочным (двигатель, винтовой блок, ЧРП в одном корпусе) или раздельным (ЧРП вынесен в отдельный шкаф).
• Система управления: Встроенный контроллер, обеспечивающий управление ЧРП, защиту и мониторинг параметров.

2. Область испытаний
Целью испытаний является всесторонняя оценка рабочих характеристик и эффективности воздуходувки при работе с регулируемой частотой вращения. Ключевые области исследования включают:

• Энергоэффективность: Определение удельного энергопотребления (кВт·ч/м³) при различных значениях производительности (от минимальной, обеспечиваемой ЧРП, до номинальной) и давления нагнетания.
• Производительность (Подача): Измерение реальной объемной производительности (FAD - Free Air Delivery) в зависимости от частоты вращения и давления нагнетания. Построение характеристических кривых.
• Диапазон регулирования: Определение минимальной и максимальной устойчивой рабочей частоты вращения, при которой воздуходувка обеспечивает стабильные параметры без срабатывания защит.
• Динамические характеристики: Оценка времени разгона/остановки, скорости реакции на изменение задания по производительности (давлению).
• Температурные режимы: Контроль температур масла (в коробке передач, если применимо), подшипников, обмоток двигателя, сжатого воздуха на выходе в различных режимах работы и при экстремальных условиях.
• Уровень шума и вибрации: Измерение акустического давления и виброускорений на корпусе при различных частотах вращения.
• Качество сжатого воздуха: Проверка соответствия сжатого воздуха требованиям по чистоте (отсутствие масла, содержание твердых частиц и влаги) на всем диапазоне регулирования.
• Надежность и защита: Проверка корректности работы систем защиты (от перегрева, перегрузки, пониженного/повышенного давления и т.д.).

3. Методы испытаний
Испытания проводятся в соответствии с признанными международными и национальными стандартами (такими как ISO 1217:2009 (Реквизиты для компрессоров объемного действия. Методы приемочных испытаний) или ГОСТ Р ИСО 5389-2012 (Турбокомпрессоры. Испытания на приемку), адаптированными для специфики безмасляных винтовых машин и регулирования ЧРП. Основные методы включают:

1. Подготовка: Установка воздуходувки на испытательный стенд, подключение к электросети требуемого напряжения и частоты, подсоединение к системе забора воздуха и нагнетательного трубопровода с регулируемой нагрузкой (дроссель, ресивер). Монтаж измерительных приборов.
2. Стабилизация: Запуск воздуходувки и работа на номинальной частоте вращения до выхода всех температурных параметров на установившийся режим.
3. Построение характеристик при постоянной скорости: Для фиксированных частот вращения (начиная с минимально устойчивой, с шагом до номинальной) выполняются измерения:
   • Производительности (методом замера времени заполнения калиброванного ресивера, соплом ISO 1217 и др.).
   • Потребляемой электрической мощности двигателя (ваттметром).
   • Давления всасывания и нагнетания.
   • Температур всасываемого воздуха, нагнетаемого воздуха, охлаждающей среды, критических точек агрегата.
   • Уровня шума и вибрации.
4. Испытание на регулирование: Плавное изменение задания на производительность (через изменение уставки давления или частоты вращения) и фиксация:
   • Времени реакции и выхода на новый установившийся режим.
   • Стабильности давления/производительности в переходных режимах.
   • Потребляемой мощности в динамике.
5. Испытания на надежность: Проведение длительных циклов работы на различных частотах вращения, включая экстремальные (минимальная, максимальная), с контролем параметров и проверкой срабатывания защит при искусственном создании аварийных ситуаций (например, перекрытие нагнетания).
6. Анализ качества воздуха: Отбор проб сжатого воздуха на выходе при различных режимах работы и их анализ на содержание масла (метод ИК-спектрометрии, гравиметрии), твердых частиц (счетчики частиц) и влаги (точка росы под давлением).
7. Обработка данных: Расчет удельного энергопотребления, построение графиков зависимости производительности, мощности, КПД от частоты вращения и давления нагнетания. Сравнение полученных результатов с паспортными данными.

4. Испытательное оборудование
Для проведения полноценных испытаний требуется специализированный испытательный стенд, включающий следующее основное оборудование:

• Система подачи воздуха: Фильтры на всасывании, трубопроводы достаточного диаметра для минимизации потерь.
• Система создания нагрузки: Калиброванный ресивер значительного объема, регулируемые дроссельные устройства (шаровые краны с электроприводом, специальные регулирующие клапаны), позволяющие плавно изменять давление нагнетания от атмосферного до максимального рабочего.
• Измерительные приборы:
  • Расходомеры: Высокоточные приборы для измерения объемного расхода на всасывании или нагнетании (термоанемометрические, вихревые, ультразвуковые или калиброванные сопла ISO 1217 с дифференциальными манометрами).
  • Манометры/Датчики давления: Точные датчики абсолютного и избыточного давления на всасывании и нагнетании (класс точности не ниже 0,2).
  • Термометры/Термопары: Датчики температуры для измерения температуры всасываемого воздуха, сжатого воздуха на выходе, температуры окружающей среды, температуры масла, подшипников, обмоток двигателя.
  • Электроизмерительные приборы: Трехфазные ваттметры или анализаторы качества электроэнергии для измерения потребляемой активной, полной мощности, силы тока, напряжения, коэффициента мощности, гармоник.
  • Анализаторы уровня шума: Шумомеры класса 1 по IEC 61672 для измерения уровня звукового давления.
  • Виброметры: Акселерометры и анализаторы вибрации для измерения виброускорений на корпусе агрегата.
• Система сбора данных (СКД): Компьютеризированная система (ПЛК или ПК со специализированным ПО и АЦП), обеспечивающая синхронный сбор показаний со всех датчиков с требуемой частотой дискретизации и последующую обработку данных.
• Система управления стендом: Для автоматизации процесса испытаний, управления дросселем, задания программ изменения частоты вращения/давления.
• Оборудование для анализа качества воздуха: Пробоотборники, ИК-спектрометры или гравиметрические установки для определения содержания масла, счетчики частиц, измерители точки росы под давлением.

Заключение
Комплексные испытания безмасляных винтовых воздуходувок с регулируемой частотой вращения являются необходимым этапом для подтверждения их ключевых преимуществ: высокой энергоэффективности в широком диапазоне производительности, надежности и соответствия требованиям по чистоте сжатого воздуха. Стандартизированные методы испытаний с применением точного измерительного оборудования позволяют объективно оценить характеристики агрегата, сравнить разные модели и обеспечить их оптимальную интеграцию в технологические процессы. Понимание объектов, областей, методов и необходимого оборудования для таких испытаний критически важно для производителей, испытательных лабораторий и конечных потребителей.