Grundlæggende om centrifugal luftkompressor Del II - Forståelse af den grundlæggende ydelseskurve

Af Hank van Ormer, bidragydende redaktør

Del I forklarede den nødvendige terminologi for at forstå centrifugale operationer. Del II gennemgår typiske driftsresultatskurver, og hvordan man fortolker dem.

En centrifugal luftkompressor fungerer over en række strømninger og udløbstryk. Driftsydelseskurven er formet af de valgte interne komponenter og påvirkes af driftsbetingelser såsom indgangstryk, indløbstemperatur og kølevandstemperatur.

Processen med dynamisk kompression, anvendt i et centrifugalkompressordriftstrin, er hastighed og kinetisk energi konverteret til tryk og temperatur, når strømmen er begrænset. En anden betegnelse for denne proces er massestrøm - effektkravet til at levere den nominelle CFM for strømning ved det nominelle tryk (psig) bestemmes af luftens vægt (nogle fabrikanter bruger også udtrykket “densitet”).

Effektbehovet i denne type komprimeringsproces, når de interne designdele ikke tages i betragtning, afhænger grundlæggende af vægten af luften, der går gennem maskinen. Ignorering af delbelastninger styrer alt, hvad der vil øge eller mindske vægten af luften, der går gennem trinene til den endelige strømning, og trykket vil have en direkte indvirkning på indgangseffekten.

Figur 1a. Effekt af indblæsningstemperatur på udledningstryk

Figur 1b. Effekt af indblæsningstemperatur på strømmen

Forøgelse af indgangstemperaturen vil lette den samlede faste luftstrøm og levere mindre brugbar luft til brugeren (scfm) og reducere indgangseffektbehovet. Koldere temperaturer giver den modsatte effekt.

Reduktion af indgangstrykket (højde, negativt kompressorrumstryk, snavset / dårligt stort indgangsfilter) vil lette trykluftstrømmen (cfm), der bevæger sig gennem trinnene, hvilket også resulterer i mindre brugbar luft (scfm) ved et reduceret indgangseffektbehov. Højere indgangstryk vil have den modsatte virkning.

Forøgelse af kølevandstemperaturerne vil igen have den samme "lysende" effekt på trykluften gennem trinene og effektbehovene som de tidligere forhold.

Den faktiske nettoeffekt af nogen af disse forhold afhænger af den faktiske ydelseskurve og aerodynamiske egenskaber ved designet. Dette er også tilfældet med afladningstryk med et fast hjul, eller pumpehjul / diffusor / hastighed, kompressortrin.

Forøgelse af afladningstrykket vil normalt efterlade effekten af at hæve vægten af trykluftsstrømmen gennem trinnene, hvilket vil resultere i mindre strøm af brugbar luft (scfm) ofte ved eller i nærheden af den samme indgangseffekt. Sænkning af trykket giver ofte mulighed for mere strøm ved den samme eller lignende effektindgang. Faktisk maskinspecifik ydelse dækkes senere i dette dokument.

Forståelse af centrifugalfabrikantens driftskurver

Data skal udlignes til:

• SCFM eller Nm ³ / time ved fuld og delbelastning

• Indgangseffekt ved kW

• Tryk enten i psig eller bar (kun ved brug af psia til at konvertere fra icfm / acfm til scfm)

Figur 2. Typiske centrifugale ydelseskurver

Hvad er Turndown, Stonewall og Rise to Surge?

Når et skovlhjul er designet og et hastighed indstillet, etableres energien, som et pund luft optager i passerer gennem skovlhjulet.

En centrifugalkompressor vil levere et pund luft med en konstant energiforbrug - vinter eller sommer. Den faktiske volumen af indblæsningsluft, der skal komprimeres, vil variere i et tidsrum med indgangstilstanden for tryk og temperatur.

Rise to Surge : Da der produceres mere komprimeret luft end nødvendigt, skal centrifugalkompressoren aflæse eller levere mindre luft for at undgå overtryk. Hver centrifugalkompressor har et maksimalt tryk, den kan nå under specifikke indløbsbetingelser, som får luftstrømmen til at vende tilbage og bølge , og slukke for kompressoren for at undgå skader på grund af vibrationer.

Dette er en forenkling af overspændingsvirkningen, men hver enhed har en stigning til overspændingsgrænse eller maksimalt tryk. Afbrydelse er procentdelen under fuld belastning, som kompressoren kan køre uden at have oplevet bølge. F.eks. Betyder 15% afbrydelse, at enheden kan køre med 85% flow eller højere, som udstyret uden at ramme bølgen. Ved større turndown vil den være tæt på eller ved kraftig stigning.

Stonewall : På et tidspunkt, når udledningen falder og luftstrømmen stiger gennem stigningen ved fuld belastning, tillader de fysiske begrænsninger ikke mere luft gennem trinnene - dette punkt kaldes stonewall . Fortsat drift på eller ud over dette punkt kan forårsage så høje strømningshastigheder med større trykforskel, at skovlhjulene ikke fuldstændigt vil fylde skovleområderne, og en kavitationslignende handling vil forekomme, hvilket skaber en anden type bølge med potentielt ødelæggende vibrationer.

Figur 3 er en prøveudstilling af en generel producents ydelseskurve, og dataene kan udvikles til en forudsigelig og sandsynlig faktisk forventet driftseffektivitet.

Figur 3. Prøvepræstationskurver for fuld belastningskompressor ved 125 psig

• 2.050 cfm ved 125 psig ved 430 HP (x .7457 = 321 kW)

• Nedtælling 1.535 CFM ved 125 psig ved 345 HP (x .7457 = 257 kW)

Brug af de centrifugale driftsydelseskurver til systemoptimering

Arbejde med en OEM-leverandør og deres driftsydelseskurver effektivt hjælper med at føre til en vellykket applikation. For at brugeren skal give OEM-leverandøren de relevante data, skal brugeren være bekendt med de præsenterede oplysninger for fuldt ud at forstå og bede om betydelige yderligere data, såsom:

• Hvad er pumpehjulets / diffusorens driftskarakteristika med hensyn til overspændingspunkt, drejning, specifik effekt fuld belastning osv.

• Hvad er sættet med standardhjul / diffusor for mere turndown-kapacitet?

Kapacitetskontrol og indgangsvejledning Vinger

Driftspræstationskurverne i figur 4 viser, at der var to forskellige delbelastningsindgang kW-værdier for indløbsfuglventilen (IBV) og indgangsstyreskovlen (IGV). Som alle ting i centrifugaler er de faktiske data maskinspecifikke.

Hvorfor er alt dette meningsfuldt?

Når centrifugalkompressoren, som den er designet og anvendt, løber tør for turndown, kan den ikke fortsætte med at producere komprimeret luft, som systemet ikke kan tage, så dybest set sker der en af to ting:

• En kapacitetskontrol fra næsten alle producenter tømmer kompressoren ved at lukke indløbsventilen og åbne udblæsningsventilen, så enheden kan gå i tomgang ved en reduceret indgangseffekt uden luftstrøm.

En yderligere forfining gør det muligt for motoren at slukke; jo større induktionsmotor, jo færre starter pr. time eller pr. dag. Denne type kontrol kan være meget effektiv og er også oplagringsafhængig, fordi genindlæsning og eller genstart af enhed på 100 psig kan tage op til 1 minut eller mere. Højtryksenheder (500 til 550 psig) kan tage op til 3 minutter mere for at komme i fuld belastning.

• Den mest almindeligt anvendte kapacitetsstyring er udblæsningen. Når enheden når sin fulde afbrydelse (som justeret), åbnes udblæsningsventilen og blæser overskydende kapacitet til atmosfæren. Input kW reduceres overhovedet ikke længere uanset hvilke luftefterspørgselsreduktioner der forekommer.

Figur 4. Sammenligning af centrifugalkompressorkontrol

Typiske indgangsskovl

Figur 4 viser DOE (Department of Energy) genereret ydelseskurve for standard IBV (inlet butterfly ventil) eller IGV (inlet guide ving) indgangskontroller med en nominel 30% turndown.

IGV'erne tillader ikke mere nedlukning, men de tillader nedlukning med bedre effektivitet ved at reducere turbulenstabet i luften, der kommer ind i løbehjulene.

Den tredje kurve vist på figur 4 repræsenterer en ny centrifugaldriftteknologi med magnetiske lejemotorer. Denne kontrol er meget effektiv VSD (variabel hastighed) fra 100% til 75% med indgangseffekten direkte proportional. Ved fuld nedlukning tømmes enheden helt på 7 til 12 sekunder og kan indlæses på 12 til 15 sekunder. Effektiv betjening kræver passende opbevaring.

Hvad med tryk for udledning af kølevand?

Tabel 1 viser en enkelt enheds projiceret ydelse ved 85 ° F kølevand og 60 ° F kølevand ved forskellige udledningstryk.

Tabel 1. Enhed med 135 psig naturligt overspændingspunkt ved 85 ° F kølevæske og 60 ° F kølevæske

ME = nominel 0,95

Tabel 1 Bemærkninger: Fra 125 psig udledningstryk (85 ° F kølevand) til 100 psig udledningstryk (60 ° F kølevand) går strømmen fra 1.572 acfm til 1.707 acfm; skaftkraften går fra 334 hk til 335 hk (175 acfm mere for 1 hk); og turndown går fra 35,8% til 51,2%.

Erfaringer

Dette dokument blev oprettet for at identificere og forklare definitionerne bag centrifugale præstationsdata og dets betydning. Med disse oplysninger kan brugeren samarbejde med deres lokale OEM-leverandør og eller tekniske teknikgrupper for at vælge og anvende en enhed, så den passer til de specifikke webstedsbetingelser på en optimal måde.

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