IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Винтовой компрессор (ВК) выгодно отличается от поршневы и центробежных аналогов наличием целого ряда выгодных качественных параметров. В отличие от поршневых они обладают значительной надежностью, имеют стабильные энергетические и объемные свойства на протяжении длительной эксплуатации наряду с сохранением большого моторесурса, они быстроходны, а из-за отсутствия клапанов и поршневых колец позволяет иметь незначительные величины газодинамических потерь давления при всасывании и нагнетании газов, что позволяет работу с использованием двухфазных сред и практически исключить возможность гидравлического удара. При их проектировании не требуется закладка массивных фундаментов.

Имеются значительные преимущества и в сравнении с центробежными, заключающиеся в отсутствии помпажных зон и функциональной зависимости частоты вращения роторов от степени повышения давления; они могут применять любые хладагенты при несущественном изменении конструкции. При работе имеется возможность с помощью золотника экономично регулировать производительность от 100 до 10 %, частота вращения рабочих органов не изменяет внутреннюю геометрическую степень сжатия.

Поэтому ВК имеет широкое применение, особенно в холодильной технике и химической промышленности.

Выделяющаяся теплота в результате работы ВК нагревает компрессор и его рабочую зону, что отрицательно влияет на термодинамические свойства процесса сжатия газа, а, следовательно, на возможность получения стабильного управляемого режима работы установки. Нами для управления работой ВК поставлена задача получения стабильных термодинамических характеристик процесса при эксплуатации компрессора, для чего использовалась схема внедрения способов улучшений процессов (рисунок 1).

Чтобы применить указанную схему, необходимо первоначально выяснить наличие тех факторов, которые улучшают рабочий процесс. Для этого изучена на основе корреляционных диаграмм (рисунок 2) степень влияния известных различных характеристик процесса сжатия газа на качество конечных результатов, а затем проводился анализ с помощью диаграммы Ишикавы.

Рисунок 1 – Схема осуществления улучшений процессов

Рисунок 2 - Диаграмма корреляции влияния внешних параметров

на работу ВК

При анализе возможных путей стабилизации эксплуатационных параметров компрессора установлено, что главным фактором улучшения работы ВК является стабилизация рабочей температуры.

Проведенный бенчмаркинг показал, что охлаждение установки можно провести двумя наиболее приемлемыми способами: либо за счет энергии проходящих в компрессоре эндотермических реакций [1], либо за счет использования охлаждающих сред рубашек для корпуса компрессора.

Но при втором способе наиболее выгодным и перспективным является способ использования в качестве сред рубашек тепловых аккумулирующих материалов (ТАМ) [2 – 10], так как их применение позволяет как охлаждать ВК, так и стабилизировать температуру его рабочей зоны. А это приводит к возможности выбрать нужный температурный режим процесса сжатия и проводить этот термостатированный процесс в условиях наибольшей производительности с соблюдением качества и стабильности прогнозируемых характеристик газа. Таким образом, использование теплоаккумулирующих материалов позволяет проводить наиболее эффективное статистическое управление процессом эксплуатации компрессора. В этом случае стабильный температурный режим соблюдается за счет фазовых переходов плавления или кристаллизации ТАМ, имеющих большую величину теплового эффекта.

Так как для винтовых компрессоров рабочим температурным диапазоном является интервал от температур окружающей среды до 120 ⁰С, то наиболее эффективными тепловыми аккумуляторами служат различные солевые [2 – 5, 9] и металлические [6 – 8, 10] системы. Из солевых систем наиболее перспективными ТАМ являются системы на основе кристаллогидратов, а из металлических – сплавы на основе таких легкоплавких металлов как галлий, индий, олово, свинец.

Значительным достоинством солевых теплоаккумуляторов является их относительно небольшая стоимость, однако они уступают металлическим по теплопроводности. Поэтому ТАМ на основе металлов способны более четко стабилизировать рабочую температуру, что позволяет получать наилучшие характеристики энтропийной диаграммы процессов сжатия газа [для компрессоров объемного действия режим изотермичности процесса (T=const) является образцовым].

Но использование охлаждающих рубашек с использованием ТАМ требует конструкторских изменений, поэтому нами предложена руководству предприятия ЗАО «ХХХХ» следующая схема внедрения полученных результатов улучшения процесса сжатия газа в винтовом компрессоре на заводе:

- на первом этапе из-за появившейся необходимости в изменениях заказчик представляет запрос на возможность этих действий с обоснованием;

- на втором этапе поступивший запрос должен быть оценен с позиций сложности этой работы и эффективности результатов;

- после обсуждения принимается решение о возможности внесения такого изменения с точки зрения целесообразности – изменение принимается или нет, или его включают в определенную очередность для исполнения;

- четвертый этап закрепляет ответственного исполнителя за каждым объектом;

- после этого будет выполняться изменение;

- на шестом этапе нужно осуществить аудит проведенных изменений по выполнению каждого пункта;

- седьмой этап заключается в установлении базовой линии измененного элемента для тестирования, после чего проводится тестирование с целью обеспечения качества;

- восьмой этап является заключительным: создается новая редакция измененного документа для системы менеджмента качества с учетом предложений по улучшению процесса сжатия газа по схеме, показанной на рисунке 4.

Рисунок 4 – Блок-схема процесса создания документа

по улучшению работы ВК

Затем осуществляется аудит всего комплекса конфигурации.

И по завершению выполнения всех этапов будет распространена новая внедренная технология.

Указанный способ охлаждения можно применить и к другим объемным компрессорам, например, спиральным.

Список используемых источников

1. Алешин В.И., Шурай П.Е., Деревянко М.В. Способ охлаждения сжимаемого газа в винтовом компрессоре. - Патент на изобретение RUS 2158381 15.02.1999.

2. Данилин В.Н. Данилин В.Н., Долесов А.Г., Шурай П.Е., Петренко Р.А., Шапошников Б.В. теплоаккумулирующий материал / Данилин В.Н., Долесов А.Г., Шурай П.Е., Петренко Р.А., Шапошников Б.В. – Патент на изобретение RUS 808517 03.05.1978.

3. Данилин В.Н. Теплоаккумулирующий материал / Данилин В.Н., Долесов А.Г., Петренко Р.А., Шурай П.Е. – Патент на изобретение RUS 834088 30.05.1979.

4. Данилин В.Н. Теплоаккумулирующий материал / Данилин В.Н., Долесов А.Г., Петренко Р.А., Шурай П.Е., Непомящих И.В. – Патент на изобретение RUS 867918 25.10.1979.

5. Данилин В.Н. Теплоаккумулирующий состав / Данилин В.Н., Долесов А.Г., Петренко Р.А., Шурай П.Е. – Патент на изобретение RUS 883134 13.03.1980.

6. Данилин В.Н. Способ получения непереохлаждающихся при эвтектическом превращении сплавов галлия / Данилин В.Н., Чесноков А.В., Башук Р.П., Шурай П.Е., Долесов А.Г., Срывалин И.Т. – Патент на изобретение RUS 425957 16.11.1972.

7. Данилин В.Н. Способ получения непереохлаждающихся при эвтектическом превращении сплавов галлия / Данилин В.Н., Чесноков А.В., Башук Р.П., Шурай П.Е., Долесов А.Г., Срывалин И.Т., Яровой А.Ф. – Патент на изобретение RUS 441317 16.11.1972.

8. Долесов А.Г. Термографическое исследование диаграмм состояния систем галий-цинк-кадмий / Долесов А.Г., Шурай П.Е., Срывалин И.Т., Данилин В.Н. – Журнал физической химии, 1976. - Т. 50. - № 9. - С. 5-8.

9. Ефимов О.Д. Фазопереходные холодоаккумуляторы на основе систем сульфатов калия, натрия / Ефимов О.Д., Шурай П.Е., Марцинковский А.В., Данилин В.Н. – Депонированная рукопись № 2425-В2001 20.11.2001.

10. Марцинковский А.В. Физико-химические и технические проблемы аккумулирования тепла / Марцинковский А.В., Данилин В.Н., Доценко С.П., Шурай П.Е., Шабалина С.Г., Долесов А.Г., Боровская Л.В., Гнеушев М.Ю., Дегтярев А.И. – Физико-химический анализ свойств многокомпонентных систем, 2003. - № 1. – С.25 – 30.

Код для цитирования: Скопировать