02/2017-012: Энергоэффективные самодействующие клапаны для поршневых компрессоров, работающих в составе ВРУ и других объектов

Контактная информация:
Официальный представитель компании 
«COZZANI» в Украине
Супрун Андрей Витальевич
Tel.:  +38(044)-221-01-49
Mob.: +38(098)-071-45-01

 

Во многих отраслях промышленности оппозитные поршневые компрессоры находят широкое применение при получении сжатого воздуха. В то же время сжатый газ ― это самый дорогой источник энергии. Менее 25% затраченной электроэнергии на получение сжатого воздуха переходит в его потенциальную энергию. Поэтому вопрос уменьшения удельных затрат на компримирование при производстве сжатого воздуха является актуальным.

Самодействующие клапаны  наиболее ответственные узлы поршневых компрессоров, в значительной степени определяющие их экономичность и надежность. Чаще всего основной причиной увеличения удельных затрат компрессора является низкоэффективная работа прямоточных самодействующих клапанов из-за быстрого износа пластин и неплотности. Более надежными, эффективными и долговечными следует признать дисковые клапаны. Но в ряде случаев перевод компрессора на дисковый клапан проблематичен из-за большой площади проходного сечения в щели прямоточного клапана. 

Основные недостатки прямоточных клапанов – недолговечность и низкая эффективность. Если клапан работает в среде чистого смазывающего масла, а размеры частиц примесей в  газе менее 0,1 мм, то ревизию прямоточного клапана необходимо проводить через каждые 2000 ч. Клапаны при этом очищают от нагара и промывают  специальным раствором. После повторного использования этого клапана происходит снижение его плотности на 10%. За период работы клапана 2000 ч потеря производительности компрессора составляет 25%, что является нормальным показателем работы прямоточного клапана типа ПИК-А. При дальнейшей эксплуатации клапана рост удельных затрат компрессора достигает 17-20%, возрастает температура масла и нагнетаемого газа. Дальнейшая его эксплуатация приводит к быстрому износу механизма движения компрессора. 

При работе клапана в среде загрязненного смазывающего масла и особенно при частицах примесей в газе более 0,1 мм, производительность компрессора может снижаться до 25% уже  после его работы в течение 450-800 ч.

На рис. 1 показан прямоточный всасывающий клапан второй ступени компрессора 6ВМ16-140/200, который отработал около 850 ч. Попадание пыли и грязи в компрессор исключено, так как перед компрессорной установкой  размещены два фильтра. Инородные включения на клапане представляют собой нагар, что является следствием использования некачественного или вовремя не замененного смазывающего масла. Для компрессоров этого типа наиболее уязвимой является вторая ступень, так как именно для этой ступени неправильно подобраны жесткость и высота подъема пластины клапана.

Рис. 1. Самодействующий клапан типа ПИК-А после работы около 850 ч.

Для исключения указанных недостатков компанией «COZZANI» были созданы самодействующие дисковые клапаны нового поколения, площадь проходного сечения в щели которых не менее площади прямоточных клапанов (рис. 2). 

Рис. 2. Самодействующий дисковый клапан компании COZZANI.

При этом наработка на отказ этих клапанов составляет более 8000 ч при работе в среде всех технических газов, в том числе и загрязненных, размер частиц которых более 0,1 мм. Благодаря применению материалов высочайшего класса и наличию современного станочного парка с программным управлением CNC удалость значительно увеличить плотность клапана. Потеря производительности компрессора после работы клапана в течение 8000 ч составляет не более 5%. При этом появляется возможность регулировать производительность компрессора запатентованным приводом плавного регулирования FluxToFlow или методом отжима пластин всасывающих клапанов (ступенчатое регулирование) (рис. 3.). Поставляемый с клапанами комплект ЗИП (пружины и пластины) позволяет в несколько раз увеличить срок службы клапана.

Рис. 3. Привод отжима пластин всасывающих клапанов

Пластина клапана выполнена из полимерного материала, плотность которого менее 1400 кг/м3. Это значительно уменьшает массу пластины, тем самым увеличивая срок службы седла и ограничителя клапана. По требованию заказчика возможно применение пластины клапана из материала EXTREME, прочностные характеристики которого значительно превышают материал PEEK. Применение пластины EXTREME значительно увеличивает долговечность самодействующего клапана, работающего в тяжелых условиях в среде загрязненных газов. Корпус клапана изготовлен из нержавеющей стали лучших европейских производителей. Еще одной особенностью клапанов такого типа является применение демпферной пластины, что значительно уменьшает напряжения в пластине клапана во время ее удара о седло и ограничитель. 

Рис. 4. графически демонстрирует преимущество от применения дисковых клапанов нового поколения.

 
Рис. 4. Зависимость производительности компрессора 6ВМ16-140/200 от времени его эксплуатации при разных типах клапанов:
1 – прямоточные (1-2 ступень) и кольцевые (3-6 ступень) клапаны;
2 – дисковые клапаны нового поколения COZZANI (1-6 ступень);
● – остановка компрессора для проведения ревизии или замены прямоточных клапанов

 

При работе прямоточных клапанов среднее значение производительности компрессора равно Vср=120 м3/мин (номинальная производительность компрессора Vн=140 м3/мин). Среднее значение потери производительности равно ΔV= Vн–Vср=20 м3/мин (14%). При этом увеличение удельных затрат компрессора в случае работы в оптимальных условиях (в среде чистого смазывающего масла и газа), составляет 10,5%.

При использовании дисковых клапанов нового поколения среднее увеличение удельных затрат компрессора на протяжении 8000 ч.  составляет 2-3%. Следовательно, применение клапанов нового поколения вместо прямоточных и кольцевых позволяет экономить как минимум 8% на удельных затратах компрессора. Мощность, потребляемая компрессором 6ВМ16-140/200, равна 1850 кВт, поэтому экономия электроэнергии составляет 1850×8%=148кВт. За период эксплуатации компрессора на протяжении 8000 ч (11 мес.) экономия электроэнергии: 148кВт×8000ч=1184000 кВтч. Согласно постановлению НКРЭКУ № 51 от 23.01.2017 стоимость 1кВтч=1,77 грн. (I класс напряжения). С учетом этого за 11 мес. экономия составит 1184000×1,77=2,1 млн. грн. При дальнейшем росте тарифов экономия от применения клапанов нового поколения будет только возрастать.

Как показывает расчет, даже небольшое увеличение удельных затрат компрессора (до 10%) приводит к значительным годовым убыткам предприятий. Применение же дисковых клапанов нового поколения позволяет обеспечить:

  • уменьшение удельных затрат электроэнергии;
  • уменьшение простоев компрессора;
  • увеличение производительности компрессора;
  • увеличение срока службы всей компрессорной установки;
  • возможность регулирования производительности компрессора.

Разработку клапанов компания осуществляет для любого, как нового, так и уже эксплуатируемого компрессорного оборудования, независимо от завода-изготовителя. Накопленный опыт работы в этой области (более 70 лет) позволяет разрабатывать и поставлять для компрессоров высококачественную продукцию, соответствующую европейским стандартам качества.