Razumijevanje kontrola kapaciteta centrifugalnog zračnog kompresora

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

Časopis najbolje prakse za komprimirani zrak® (CABP) nedavno je uhvaćen s Rickom Stasyshanom, tehničkim savjetnikom Instituta za komprimirani zrak i plin (CAGI) i Ianom Macleodom iz Odjela za centrifugalne kompresore CAGI i tvrtkom članicom 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 učinkovitost sustava kompresora i optimizirati potrošnju energije sustava. Budući da je kontrola kapaciteta centrifugalnog kompresora malo složenija od kompresora s pozitivnim pomakom, uvijek se preporučuje savjetovanje sa tvornički obučenim tehničarom. 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 upravljačkog sustava, 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 su opcije možda dostupne?

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

Rješenja za regulaciju ulaza

Ulaz se može zaustaviti na dinamičnom kompresoru radi kontinuiranog smanjenja kapaciteta kompresora. Minimalni protok određuje se kada omjer tlaka dosegne granicu crpke 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 čimbenici, 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 tlaka preko ventila, čime se učinkovito smanjuje ulazni tlak u kompresoru i gasi sposobnost kompresora da stvara 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 dovodu. Ove lopatice su u široko otvorenom položaju paralelne s protokom zraka, a potpuno zatvorene su na 90 stupnjeva do strujanja 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. Pretvrtina mijenja kut upada dolaznog zraka dok se približava indukcijskom dijelu propelera, učinkovito smanjujući energiju potrebnu za stvaranje tlaka i protoka. Upotreba IGV-a može učinkovito ugasiti kompresor uz dodatnu korist od učinkovitosti. Ovisno o tome gdje radite na krivulji kompresora, korisnik može vidjeti i do 9 postotnog stupnja učinkovitosti u odnosu na standardno IBV prigušivanje.

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

Sustav upravljanja i regulacije centrifugalnih kompresora

1. Automatska dvostruka kontrola (vidi sliku 1)

Standardna regulacija postiže se pomoću ulaznog leptirnog ventila (IBV) ili ulaznih vodilica (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 u području kontrole (B®C).

Na minimalnoj točki leptira za gas (C), IBV ili IGV ventil prestaje se zatvarati, omogućujući da se tlak pražnjenja povisi na zadanu vrijednost istovara. 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 ponovi. 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) kako bi se postupak i kompresor zaštitio od kratkih ciklusa.

Ako kompresor ne treba ponovno puniti u određenom vremenskom razdoblju, jedinica može biti konfigurirana za isključivanje i zaustavljanje. Regulator će se automatski ponovno pokrenuti i učitati kao odgovor na pritisak sustava koji pada na postavljenu točku (A).

2. Kontrola konstantnog tlaka s modulirajućom regulacijom istovara (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.

U minimalnoj točki leptira za gas (B), položaj IBV / IGV održava se fiksno, a ventil za iskrcaj (UV) počinje modulirati otvoren.

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

Neke kontrole mogu također osigurati 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 kontinuirano upravljanje izlazom zraka uz zadržavanje neto fluktuacija tlaka na minimumu. Konstantni tlak je presudan u mnogim primjenama.

Utjecaj vanjskih čimbenika 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 razgovor o ovoj temi 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 načinu rada. Postotak ovisi o uvjetima ulaznog zraka kao što je gore spomenuto, a obično će biti veći pri 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 učinkovitošću. Ova analiza mora biti napravljena u suradnji s proizvođačem na temelju potrebnih profila protoka kako bi se odredio optimalan dizajn sustava.

Ove brojke pokazuju učinak varijabli poput ulazne temperature, 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 stvara se prijenosom velike brzine (kinetičke energije) na protok 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. U slučaju ponovljenih prenapona, treba pozvati kvalificiranog tehničara. 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 štitite od ovih situacija koje nastaju tijekom 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 za automatsko dvostruko i za sustav konstantnog tlaka. Zapravo, kao dio pokretanja sustava, tehničari ručno prenose kompresor kako bi postavili upravljački sustav.

1. Upravljanje strujom motora:

Struja motora može se povezati s protokom kompresora. Kako se protok smanjuje, smanjuje se i struja motora. To se može povezati s prenaponskom točkom kompresora. S ovom kontrolom, kada motor dostigne postavljenu vrijednost minimalne struje, ventil za iskrcavanje počet će se otvarati kako bi se spriječilo da kompresor previse. 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 uvjete usisavanja okoline i sprječava da se kompresor pokrene otvarajući ventil za pražnjenje kada protok kompresora dosegne točku prenapona. Ova kontrola optimizira prelazak i omogućuje kompresor da radi u stvarnom stanju vožnje na temelju postojećih uslova za ulaz na okoliš.

Moderni upravljački sustavi koje koristi većina proizvođača rezultiraju nesmetanim, pouzdanim i učinkovitim 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 na ovom pregledu. Možete li reći našim čitateljima kako mogu dobiti više informacija ili pomoći u vezi s tim temama?

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. Procjena sustava kompresora preporučuje se prilikom nadogradnje i / ili zamjene postojećih sustava kako bi se osiguralo maksimalan rad performansi sustava. Naši članovi mogu također pomoći u radu na postojećoj opremi i sustavima.

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

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