Razumijevanje centrifugalnih kontrola kapaciteta kompresora zraka

Rick Stasyshan i Ian Macleod, Institut za komprimirani zrak i gas

Magazin najbolje prakse u oblasti komprimiranog zraka® (CABP) nedavno je uhvaćen s tehničkim savjetnikom Rick Stasyshan, tehničkog savjetnika Instituta za komprimirani zrak i gas (CAGI) i Ianom Macleodom iz Odjela za centrifugalne kompresore CAGI i članom tvrtke Ingersoll Rand.

CABP: Gospodo, hvala na nizu članaka o centrifugalnim kompresorima. Zašto ste odabrali kontrolu centrifugalnih kapaciteta kompresora za ovaj razgovor i možete li dati kratak uvod?

CAGI: CAGI i naši centrifugalni kupci dijele zajednički interes i cilj - maksimizirati efikasnost sustava kompresora i optimizirati potrošnju energije u sustavu. Budući da su kontrole kapaciteta na centrifugalnom kompresoru malo složenije od tipova kompresora s pozitivnim pomakom, uvijek se preporučuje konzultiranje tvornički obučenog tehničara. Članovi Centrifugalnog kompresora CAGI mogu pružiti tu pomoć.

Centrifugalni kompresori su dinamični, a svaki ima karakterističnu krivulju rastućeg tlaka kako se kapacitet smanjuje. Bez ikakvog sistema upravljanja, kompresor bi radio duž ove prirodne krivulje. Protok i pritisak centrifugalnog kompresora obično se kontroliraju kombinacijom ulaznog regulacijskog uređaja i ventila za ispuštanje (UV).

CABP: Možete li sažeti kako ti uređaji djeluju u kombinaciji da postignu željene rezultate i podijelite koje bi opcije mogle biti dostupne?

CAGI: Pa, budući da su komande centrifugalnog kompresora malo složenije, mi ćemo prošetati čitačima kroz sisteme i mogućnosti koje postoje.

Rešenja za regulaciju dovoda

Ulaz se može zaustaviti na dinamičnom kompresoru radi kontinuiranog smanjenja kapaciteta kompresora. Minimalni protok određuje se kada omjer tlaka dosegne granicu pumpe i stroj dosegne maksimalni tlak. Raspon regulacije ili prelazak određuje se dizajnom stroja. Na primjer, na preokret utječe broj stupnjeva i dizajn rotora. Na raspon regulacije utječu i vanjski faktori, kao što su uvjeti ulaznog zraka (temperatura, tlak i vlaga), te temperatura rashladne tekućine.

Uređaji za upravljanje ulazom

Slijede dvije metode za zaustavljanje ulaza:

Ulazni leptir ventil (IBV): Ulazni leptir ventil može se pokrenuti elektronički ili pneumatski, a kako se zatvara stvara pad pritiska preko ventila, učinkovito smanjujući ulazni tlak u kompresoru i smanjujući mogućnost kompresora da napravi pritisak i nakon toga teče .

Ulazne krilice na ulazu ili (IGV): ulazne vodeće lopatice mogu se pokretati i elektronički ili pneumatski i predstavljaju niz radijalnih lopatica smještenih na usisnom vodu. Ove lopatice, u otvorenom položaju, paralelne su sa protokom zraka, a potpuno zatvorene su na 90 stepeni prema protoku zraka. Kako se vodeće lopatice okreću od potpuno otvorenih do djelomično zatvorenih, oni uzrokuju da se uvučeni plin rotira u istom smjeru kao i rotor. Predvirivanje mijenja kut upada dolaznog zraka dok se približava indukcijskom dijelu propelera, učinkovito smanjujući energiju potrebnu za stvaranje pritiska i strujanja. Upotreba IGV-a može efikasno ugasiti kompresor uz dodatnu korist da bude efikasnija. Ovisno o tome gdje radite na krivulji kompresora, korisnik može vidjeti i do 9 postotnog stupnja efikasnosti u odnosu na standardno IBV zaptivanje.

Postavljena vrijednost opterećenja centrifugalnog kompresora obično je pri zadanom tlaku, tako da kada tlak sustava padne ispod određene razine, kompresor će se učitati.

Upravljački i regulacioni sistem za centrifugalne kompresore

1. Automatska dvostruka kontrola (vidi sliku 1)

Standardna regulacija postiže se pomoću ulaznog leptirnog ventila (IBV), ili ulaznih vodećih lopatica (IGV) i regulatora.

Postavljena vrijednost tlaka pražnjenja kompresora bit će postavljena na željenoj razini, a IBV ili IGV modulirat će ulaz kompresora tako da održava konstantan tlak pražnjenja preko kontrolnog (B®C) raspona.

Na minimalnoj točki leptira za gas (C), IBV ili IGV ventil prestaje se zatvarati, omogućujući da se tlak pražnjenja popne na zadanu zadanu vrijednost. U ovom trenutku kompresor će se iskrcati, IBV ili IGV će se zatvoriti, a ventil za istovar potpuno se otvara.

Kompresor ostaje u neopterećenom stanju sve dok kompresor ne nastavi s opterećenjem pri punom protoku i ciklus se ponavlja. Vrijeme utovara varira u ovoj metodi upravljanja, a ovisno o skladišnim kapacitetima sustava u odnosu na promjene potražnje, možda će biti korisno instalirati mjere (dodatno skladištenje komprimiranog zraka) radi zaštite procesa i kompresora od kratkih ciklusa.

Ako kompresor ne treba ponovno puniti u određenom vremenskom periodu, jedinica se može konfigurirati da se isključi i zaustavi. Regulator će se automatski ponovo pokrenuti i učitati kao odgovor na pritisak sustava koji pada na zadanu vrijednost opterećenja (A).

2. Kontrola konstantnog pritiska s regulacijom modulacije istovara (UV) (vidi sliku 2)

Ova metoda upravljanja koristi IBV ili IGV, modulacijski UV i kontroler.

Postavljena vrijednost tlaka pražnjenja kompresora bit će postavljena na željenu razinu, a IBV ili IGV modulirat će ulaz kompresora tako da održava konstantan tlak pražnjenja preko kontrolnog (A®B) raspona.

Na minimalnoj točki leptira za gas (B), položaj IBV / IGV se održava kao fiksan, a ventil za ispuštanje (UV) počinje modulirati otvoren.

Na taj se način održava konstantan tlak pražnjenja u cijelom radnom području kompresora (A®C).

Neke kontrole mogu osigurati i programiranje maksimalnog položaja ventila za ispuštanje (UV). To omogućuje vlasniku da minimizira neučinkovit rad tijekom razdoblja male potražnje ograničavajući rad istovara na točku između (B®C).

Sustav za regulaciju konstantnog tlaka dizajniran je za kontinuiranu kontrolu izlaznog zraka uz istovremeno održavanje neto fluktuacija tlaka na minimum. Konstantni pritisak je presudan u mnogim aplikacijama.

Uticaj vanjskih faktora na regulaciju

CABP: Spomenuli ste da bi na regulaciju u velikoj mjeri mogli utjecati vanjski faktori, kao što su protlak, temperatura usisavanja i temperatura hlađenja. Možda je budući intervju na ovu temu možda u redu, ali možete li nam dati preglednu i skraćenu verziju tih utjecaja?

CAGI: Učinak varijabli na centrifugalne performanse lako je prikazan grafički.

Tipični omjeri preokreta za centrifugalni dizajn su 30 do 40 posto dok rade u automatskom dualnom režimu. Postotak ovisi o usisnim zrakama na ulazu kao što je gore spomenuto, a obično će biti veći na hladnim temperaturama i manji u vrućim ljetnim uvjetima. U centrifugalnom dizajnu postoji pomak između aerodinamičke učinkovitosti i preokreta. Moguće je postići veće pregrade, ali rezultirati nižom aerodinamičkom efikasnošću. Ova analiza mora biti napravljena u suradnji s proizvođačem na temelju potrebnih profila protoka kako bi se odredio optimalan dizajn sustava.

Ove brojke pokazuju utjecaj varijabli poput temperature na ulazu, ulaznog tlaka i temperature vode za hlađenje.

Kako dolazi do prenapona u centrifugalnim kompresorima

CABP: Spomenuli ste fenomen naleta. Možete li detaljnije objasniti kada bi se to moglo dogoditi?

CAGI: Prenaponiranje je fenomen aerodinamičke nestabilnosti koji se može pojaviti u centrifugalnim kompresorima. Rast tlaka u centrifugalnim kompresorima nastaje tako što se velikom brzinom (kinetičkom energijom) dovodi put protoka zraka kroz rotor. Kasnija pretvorba brzine u tlak (potencijalna energija) događa se u difuzoru, a moguće i u voluti, ako je kompresor tako opremljen.

Zbog ovog ograničenja, bilo koji pojedinačni stupanj kompresije ne može povećati tlačnu glavu iznad granice od oko 2,5 omjera (ovisno o dizajnu).

Ako centrifugalni kompresor doživi porast tijekom rada kompresora, smatra se da radi u nestabilnom stanju. Proizvođači uzimaju u obzir događaje prenapona prilikom dizajniranja svojih kompresora i na taj način pojava jednog ili čak višestrukih prenapona neće smanjiti život ili oštetiti kompresor. Ako se ponavljaju prenaponi, javlja se kvalificirani tehničar. Svi proizvođači koriste kontrolu predviđanja prenapona kako bi osigurali pouzdan rad. Postoji nekoliko različitih metoda za postizanje kontrole prenapona.

Kontrola i zaštita od prenapona

CABP: Kako kontrolirate i zaštitite od ovih situacija koje nastaju tokom rada?

CAGI: Naši članovi su osmislili kontrolu i zaštitu od prenapona u svojim proizvodima. Prenapona je situacija koju je moguće izbjeći. Regulacija i zaštita od prenapona dostupni su i za automatski i dualni i za sustav stalnog pritiska. Zapravo, kao dio pokretanja sustava, tehničari ručno prenose kompresor kako bi postavili upravljački sustav.

1. Upravljanje strujom motora:

Struja motora može se povezati sa protokom kompresora. Kako se protok smanjuje, smanjuje se i struja motora. Ovo se može povezati s prenaponskom tačkom kompresora. S ovom kontrolom, kada motor dostigne postavljenu vrijednost minimalne struje, ventil za iskrcavanje počet će se otvarati kako bi se spriječilo da kompresor nestane. Ova je metoda jednostavna i jasna, međutim, ne optimizira uvijek stvarni raspon kompresora.

2. Optimizacija kontrole predviđanja prenapona:

Da bi se optimizirala kontrola predviđanja prenapona, regulator nadgleda stvarni položaj prenaponske linije u odnosu na postojeće okolne usisne uvjete i sprečava da se kompresor pokrene otvarajući ventil za pražnjenje kada protok kompresora dosegne tačku prenapona. Ova kontrola optimizira prelazak i omogućava da se kompresor pokrene u stvarnom stanju vožnje na osnovu postojećih uslova za ulaz u okoliš.

Savremeni upravljački sistemi koje koristi većina proizvođača rezultiraju nesmetanim, pouzdanim i efikasnim radom. S nekoliko upravljačkih metoda koje mogu odabrati, kupci mogu optimizirati svoje performanse centrifugalnog kompresora prema potrebama aplikacije. Razumijevanje utjecaja okolišnih uvjeta na performanse kompresora omogućava daljnje poboljšanje pouzdanosti i učinkovitosti.

CABP: Hvala vam na ovom pregledu. Možete li reći našim čitateljima kako mogu dobiti više informacija ili pomoći na ove teme?

CAGI: Članovi CAGI-ovog odsjeka centrifugalnih kompresora, uključujući Atlas Copco, Cameron, FS Elliott i Ingersoll Rand, obučili su inženjere koji pomažu i usmjeravaju korisnike kroz odabir prave veličine i mogućnosti centrifugalnog kompresora za njihov rad. Preporučuje se procjena sustava kompresora prilikom nadogradnje i / ili zamjene postojećih sustava kako bi se osiguralo da su performanse sistema maksimalne. Naši članovi mogu pomoći i u radu postojeće opreme i sistema.

Za detaljnije informacije o CAGI-u, njegovim članovima, aplikacijama za komprimirani zrak ili odgovorima na bilo koja od vaših pitanja komprimiranog zraka, molimo kontaktirajte Institut za komprimirani zrak i gas. CAGI-jevi obrazovni resursi uključuju e-učenje za SmartSite, vodiče za odabir i videozapise, kao i Priručnik za komprimirani zrak i gas.

---- http: //www.hqcompressor.com