Станция компрессорная

Настоящая полезная модель относится к области компрессоростроения, а именно к производству компрессоров высокого давления специального назначения для применения на кораблях военно-морского флота.
Спецификой применения компрессорного оборудования на кораблях военно-морского флота и, в частности, на подводных лодках является:
требования повышенной надежности компрессорного оборудования;
использование для питания электрооборудования постоянного тока напряжением 175-320 В (от аккумуляторных батарей);
применение воздуха давлением до 40 МПа.
Известен электрокомпрессор ЭК10, который является V-образной двухрядной четырехступенчатой двойного действия поршневой машиной закрытого типа, предназначенной для сжатия воздуха до 40 МПа производительностью по нагнетанию 10 л/мин. Компрессорный агрегат состоит из компрессора и электродвигателя, соединенных на общей фундаментной раме. Пуск электродвигателя осуществляется с помощью пускового устройства, размещенного на электродвигателе или выполненного самостоятельно в виде станции управления. Для управления работой компрессора, предупреждения его неисправностей и нарушения режима охлаждения или смазки предусмотрена система автоматического управления защиты, которая при возникновении неисправности отключает приводной электродвигатель от питающей сети. Система автоматического отключения электрокомпрессора от электросети состоит из термореле, реле давления, ящика с промежуточным реле, контактора и двухполюсного нажимного переключателя. Указанная система подключена к пусковому устройству электродвигателя (Тигарев П.А. Справочник по судовым компрессорам. - Л: Судостроение, 1981, с. 260-262).
Недостатками известного компрессора являются:
низкий уровень автоматизации, а также недостаточная защита от угрозы аварийных ситуаций, так как в качестве системы управления компрессором применяется пускатель двигателя, в котором предусмотрено отключение цепей питания при срабатывании аварийных уставок реле давления и температуры;
низкая надежность, так как при падении напряжения аккумуляторных батарей с 320 до 175 В происходит значительное снижение частоты вращения электропривода, что приводит к снижению производительности, ухудшению охлаждения и смазки компрессора.
Известна компрессорная установка, содержащая размещенный в звукоизолирующем боксе многоцилиндровый компрессор с клапанами всасывания и нагнетания, воздушная магистраль всасывания которого связана с атмосферой, а магистраль нагнетания - с потребителем, приводимым во вращение электроприводом (патент РФ №2139449, МПК F04C 29/06, F04B 39/00, публикация 1999 г.).
Недостатком известной компрессорной установки является низкая надежность, связанная с ограниченным охлаждением узлов трения и механизмов компрессора и электродвигателя. Кроме того, в струйном эжекторе на воздушной магистрали всасывания воздуха перед клапаном первой ступени могут возникать потери давления, снижающие надежность работы и производительность компрессорной установки.
Известна автоматизированная компрессорная станция, включающая поршневой многоступенчатый компрессор высокого давления с приводом и систему автоматизированного управления. В качестве привода компрессора используется электрический двигатель (патент РФ №135015, МПК F04B 41/00, публикация 2013 г.).
Недостатком известной автоматизированной компрессорной станции является отсутствие возможности работы от сети постоянного тока, что препятствует возможности применения станции на подводных лодках.
Известен компрессорный агрегат, включающий поршневой компрессор, силовой привод и блок управления, при этом силовой привод выполнен в виде электродвигателя, либо электродвигателя с преобразователем частоты (патент РФ №151469, МПК F04B 39/00, публикация 2015 г.).
Недостатками известного компрессорного агрегата являются:
компрессор выполнен двухступенчатым, что не обеспечивает возможность применения его для получения воздуха высокого давления до 40 МПа;
отсутствует возможность работы от сети постоянного тока с напряжением 175-320 В.
Известна компрессорная станция для получения сжатого осушенного и очищенного от паров масла и механических частиц воздуха, включающая компрессор с электроприводом, при этом для запуска электропривода компрессора используется частотный преобразователь, обеспечивающий частотно-регулируемый плавный пуск (патент РФ №83298, МПК F04B 41/00, публикация 2009 г.).
Недостатком известной компрессорной станции является применение для питания переменного тока, частотный преобразователь используется только для плавного запуска и не обеспечивает работу от сети постоянного тока с напряжением 175-320 В, что не позволяет использовать их в подводных лодках.
Целью настоящей полезной модели является повышение надежности работы компрессорных станций воздуха высокого давления, устанавливаемых на кораблях военно-морского флота.
Сущность настоящей полезной модели состоит в следующем.
Компрессорная станция воздуха высокого давления содержит размещенные на единой раме поршневой четырехступенчатый компрессор, блок управления, электропривод, выполненный в виде асинхронного электродвигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором, и подключенный к электродвигателю инвертор с преобразователем частоты, при этом инвертор выполнен с возможностью обеспечения преобразования подаваемого на его вход постоянного тока с любым напряжением в диапазоне от 175 до 320 В в трехфазный переменный ток напряжением от 135 до 155 В с последующей подачей на обмотки электродвигателя, который выполнен с возможностью работы на переменном токе напряжением от 135 до 155 В.
Схема компрессорной станции воздуха высокого давления представлена на фиг. 1, общий вид станции компрессорной представлен на фиг. 2.
Станция компрессорная (см. фиг. 1 и фиг. 2) включает поршневой четырехступенчатый компрессор высокого давления 1 с системами охлаждения и смазки (условно не показаны), блок управления 2, систему осушки и очистки сжатого воздуха 3, асинхронный электродвигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором 4, инвертор 5 с преобразователем частоты 6. Блок управления 2 размещен на раме и электрически связан с системой осушки и очистки сжатого воздуха 3, асинхронным электродвигателем переменного тока с короткозамкнутым ротором 4, инвертором 5 с преобразователем частоты 6. Все оборудование размещено на единой раме 7.
Компрессорная станция воздуха высокого давления работает следующим образом.
Подается электропитание постоянного тока 175-320 В в блок управления 2, инвертор 5, систему осушки и очистки сжатого воздуха 3. В инверторе 5 происходит преобразование тока из постоянного в переменный трехфазный ток, затем в преобразователе частоты 6 частота тока снижается с 175-320 В до значения 135-155 В. Диапазон величины напряжения 135-155 В выбран с учетом нестабильности входного напряжения и с учетом потерь в инверторе и преобразователе частоты, и при этом имеет максимально возможное значение для обеспечения компактных габаритных размеров привода и сечения кабелей, так как снижение напряжения переменного тока требует увеличения сечения кабелей, обмоток электродвигателя и габаритных размеров. Далее трехфазный ток напряжением 135-155 В поступает в асинхронный электродвигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором 4, который специально рассчитан на работу от сети переменного тока напряжением 135-155 В. Электродвигатель 4 вращается и раскручивает подключенный к нему коленчатый вал компрессора 1 до требуемой частоты вращения, что обеспечивает сжатие воздуха.
Воздух из помещения поступает в компрессор 1, где последовательно сжимается в первой, второй, третьей, четвертой ступенях, затем сжатый воздух давлением 40 МПа очищается в системе осушки и очистки сжатого воздуха 3, и подается в систему воздуха высокого давления потребителям. Блок управления 2 обеспечивает контроль за параметрами работы компрессора 1, системы осушки и очистки сжатого воздуха 3, асинхронного электродвигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором 4, инвертора 5 с преобразователем частоты 6.
В результате использования предложенного технического решения повышается надежность работы компрессорных станций, предназначенных для получения сжатого воздуха высокого давления, за счет обеспечения стабильной работы при падающем напряжении постоянного тока в диапазоне от 175 до 320 В.