Forståelse af centrifugal luftkompressorkapacitetskontrol

Af Rick Stasyshan og Ian Macleod, komprimeret luft- og gasinstitut

Komprimeret luft Best Practices® (CABP) Magazine blev for nylig fanget op med Rick Stasyshan, komprimeret luft- og gasinstituts (CAGI) tekniske konsulent og Ian Macleod fra CAGI centrifugalkompressorsektion og medlemsfirma Ingersoll Rand.

CABP: Herrer, tak for serien med artikler om centrifugalkompressorer. Hvorfor har du valgt centrifugalkompressorkapacitetskontroller til dette interview, og kan du give en kort introduktion?

CAGI: CAGI og vores centrifugalkunder deler alle en fælles interesse og mål - at maksimere kompressorsystemets effektivitet og optimere systemets energiforbrug. Da kapacitetskontrollerne på en centrifugalkompressor er lidt mere komplekse end positive forskydningstyper af kompressorer, anbefales det altid at konsultere en fabriksuddannet tekniker. Medlemmerne af CAGI's centrifugalkompressorafdeling kan yde denne hjælp.

Centrifugalkompressorer er dynamiske, og hver har en karakteristisk kurve for stigende tryk, når kapaciteten falder. Uden noget styresystem ville kompressoren fungere langs denne naturlige kurve. En centrifugalkompressors strømning og tryk styres typisk af en kombination af en indgangsstyreenhed og en aflastningsventil (UV).

CABP: Kan du sammenfatte, hvordan disse enheder fungerer i kombination for at opnå de ønskede resultater og dele, hvilke muligheder der muligvis er tilgængelige?

CAGI: Nå, da en kontrol med en centrifugalkompressor er en smule mere kompliceret, går vi gennem læserne gennem de tilgængelige systemer.

Løsninger til indgangsregulering

Indløbet kan smøres på en dynamisk kompressor for kontinuerligt at reducere kompressorens kapacitet. Minimumsstrømmen bestemmes, når trykforholdet når pumpegrænsen, og maskinen når det maksimale tryk. Reguleringsområdet eller nedturen bestemmes af maskinens design. For eksempel påvirkes afbrydelse af antallet af trin og pumpehjulets design. Reguleringsområdet påvirkes også af eksterne faktorer, såsom indløbsluftforhold (temperatur, tryk og fugtighed) og kølevæsketemperatur.

Enheder til indgangskontrol

Følgende er to metoder til at throttle indløbet:

Indløb sommerfuglventil (IBV): Indløb sommerfuglventilen kan drives elektronisk eller pneumatisk, og når den lukkes, skaber det et trykfald over ventilen, hvilket effektivt reducerer indgangstrykket i kompressoren og smitter kompressorens evne til at skabe tryk og derefter flyde .

Indgangsføringsskovle eller (IGV'er): Indgangsstyreskovlene kan også drives elektronisk eller pneumatisk og er en række radiale klinger arrangeret i indtaget. Disse skovle i den åbne position er parallelle med luftstrømmen og ved helt lukket er 90 grader til luftstrømmen. Når styreskovlene drejes fra fuldt åbent til delvist lukket, får de den indtrukne gas til at rotere i samme retning som pumpehjulet. Forhvirvlingen ændrer forekomsten af den indkommende luft, når den nærmer sig induceringssektionen af pumpehjulet, hvilket effektivt reducerer den krævede energi til at producere tryk og strømning. Brug af IGV'er kan effektivt betjene kompressoren med den ekstra fordel at være mere effektiv. Afhængig af hvor du arbejder på kompressorkurven, kan en bruger muligvis se op til en 9% effektivitetsforøgelse i forhold til standard IBV-throttling.

Sætpunktet for en centrifugalkompressor er typisk ved et givet tryk, så når systemtrykket falder til under et givet niveau, vil kompressoren indlæse.

Kontrol- og reguleringssystem til centrifugalkompressorer

1. Auto-Dual Control (Se figur 1)

Standardreguleringen opnås ved hjælp af en indløbsfuglventil (IBV) eller indgangsstyreskovle (IGV'er) og regulator.

Sætpunkt for kompressorudladningstryk indstilles til det ønskede niveau, og IBV eller IGV'er modulerer kompressorindløbet for at opretholde konstant afladningstryk over kontrolområdet (B®C).

Ved det minimale gashåndtag (C) stopper IBV- eller IGV-ventilen med at lukke, hvilket lader udløbstrykket stige til aflastningsindstillingspunktet. I dette øjeblik vil kompressoren aflæse, IBV eller IGV lukkes, og en aflastningsventil åbnes helt.

Kompressoren forbliver i ubelastet tilstand, indtil kompressoren genoptager belastningen ved fuld strømning og cyklussen gentages. Genindlæsningstid varierer i denne kontrolmetode, og afhængigt af systemets lagerkapacitet i forhold til efterspørgselssvingene, kan det være tilrådeligt at installere foranstaltninger (yderligere trykluftlagring) for at beskytte processen og kompressoren mod kort cykling.

Hvis kompressoren ikke behøver at genindlæse inden for en fast tidsperiode, kan enheden muligvis konfigureres til at slukke og stoppe. Regulatoren genstarter og indlæses automatisk som svar på systemtrykket, der falder til belastningsindstillingspunktet (A).

2. Konstant trykstyring med regulering af reguleringsaflastning (UV) (se figur 2)

Denne kontrolmetode bruger IBV eller IGV, en modulerende UV og en controller.

Sætpunkt for kompressorudladningstryk indstilles til det ønskede niveau, og IBV eller IGV modulerer kompressorindløbet for at opretholde konstant afladningstryk over kontrolområdet (A®B).

Ved det minimale gashåndtag (B) opretholdes IBV / IGV's position som fast, og aflastningsventilen (UV) begynder at modulere åben.

På denne måde opretholdes et konstant udløbstryk over kompressorens (A®C) fulde driftsområde.

Nogle betjeningselementer kan også sørge for, at der kan programmeres en maksimal aflastningsventil (UV) -position. Dette gør det muligt for ejeren at minimere ineffektiv drift i perioder med lav efterspørgsel ved at begrænse losseoperationen til et punkt mellem (B®C).

Kontrolsystemet med konstant tryk er designet til kontinuerligt at kontrollere luftudgangen, mens nettotrykudsvingene holdes på et minimum. Konstant pres er kritisk i mange anvendelser.

Virkningen af eksterne faktorer på reguleringen

CABP: Du nævnte, at regulering i høj grad kunne påvirkes af eksterne faktorer, såsom modtryk, sugetemperatur og køletemperatur. Måske kan en fremtidig samtale om dette emne være i orden, men kan du give os en sneak preview og kondenseret version af disse virkninger?

CAGI: Virkningen af variabler på centrifugalydelsen vises let grafisk.

Typiske afbrydelsesforhold for et centrifugalt design er 30 til 40 procent, mens de arbejder i automatisk dual mode. Procentdelen afhænger af indløbsluftforholdene som nævnt ovenfor og vil typisk være større ved kolde temperaturer og mindre under varme sommerforhold. Ved centrifugaldesign er der en afvejning mellem den aerodynamiske effektivitet og nedtrapning. Større afbrydelser kan opnås, men resulterer i lavere aerodynamisk effektivitet. Denne analyse skal udføres i samarbejde med producenten på baggrund af de krævede flowprofiler for at bestemme optimal systemdesign.

Disse tal viser effekten af variabler som indløbstemperatur, indgangstryk og kølevandstemperatur.

Hvordan oversvømning forekommer i centrifugalkompressorer

CABP: Du nævnte fænomenet bølge. Kan du uddybe, hvornår dette potentielt kan ske?

CAGI: Overspenning er fænomenet aerodynamisk ustabilitet, der kan forekomme i centrifugalkompressorer. Trykstigningen i centrifugalkompressorer skabes ved at overføre høj hastighed (kinetisk energi) til luftstrømmen gennem pumpehjulet. Den senere konvertering af hastighed til tryk (potentiel energi) finder sted i diffusoren og muligvis i volutten, hvis kompressoren er sådan udstyret.

På grund af denne begrænsning kan ethvert enkelt kompressionstrin ikke øge trykhovedet over en grænse på ca. 2,5 forhold (afhængigt af design).

Hvis centrifugalkompressoren oplever kraftig strøm under kompressordrift, anses den for at køre i en ustabil tilstand. Producenter tager højde for overspændingsbegivenheder, når de designer deres kompressorer, og forekomsten af en enkelt eller endda flere overspændinger reducerer ikke levetiden eller skader kompressoren. En kvalificeret tekniker skal kaldes, hvis gentagne bølger forekommer. Producenter bruger alle overspændingskontrol for at sikre pålidelig drift. Der er flere forskellige metoder til at udføre overspændingskontrol.

Overspændingskontrol og beskyttelse

CABP: Hvordan kontrollerer og beskytter du mod disse situationer, der opstår under drift?

CAGI: Vores medlemmer har designet overspændingsstyring og beskyttelse i deres produkter. Overspenning er en situation, der kan undgås. Overspændingskontrol og -beskyttelse er tilgængelige for både auto-dual og konstant trykstyringssystemer. Som en del af systemets opstart strømmer teknikere manuelt op kompressoren for at indstille kontrolsystemet.

1. Motorstrømstyring:

Motorstrømmen kan korreleres med kompressorstrøm. Når strømmen falder, vil motorstrømmen også falde. Dette kan korreleres med kompressorens overspændingspunkt. Når denne regulering når motoren når den minimale strømindstillede værdi, begynder aflastningsventilen at åbne for at forhindre kompressoren i at stige. Denne metode er enkel og ligetil, men den optimerer ikke altid kompressorens faktiske nedtrapningsområde.

2. Optimering af oversvømmelsesstyring:

For at optimere overspændingsforventningskontrollen overvåger controlleren den aktuelle position af overspændingslinien med hensyn til de eksisterende omgivelsesindgangsbetingelser og forhindrer kompressoren i at strømme ved at åbne aflastningsventilen, når kompressorstrømmen når overspændingspunktet. Denne kontrol optimerer drejningen og giver kompressoren mulighed for at køre ved den aktuelle nedlukning baseret på eksisterende omgivelsesindgangsbetingelser.

Moderne kontrolsystemer, der anvendes af de fleste producenter, resulterer i problemfri, pålidelig og effektiv betjening. Med flere kontrolmetoder at vælge imellem kan kunder optimere deres centrifugalkompressorydelse, så de passer til applikationsbehovet. At forstå påvirkningen af miljøforholdene på kompressorens ydeevne muliggør yderligere forbedring af pålidelighed og effektivitet.

CABP: Tak for denne oversigt. Kan du fortælle vores læsere, hvordan de kan få mere information eller hjælp til disse emner?

CAGI: CAGIs medlemmer til centrifugalkompressor, herunder Atlas Copco, Cameron, FS Elliott og Ingersoll Rand, har uddannet ingeniører til at hjælpe og guide brugerne ved at vælge den rigtige størrelse og muligheder for centrifugalkompressoren til deres drift. En kompressorsystemvurdering anbefales, når du opgraderer og / eller udskifter eksisterende systemer for at sikre, at systemets ydelse maksimeres. Vores medlemmer kan også hjælpe med driften af eksisterende udstyr og systemer.

For mere detaljeret information om CAGI, dets medlemmer, trykluftanvendelser eller svar på ethvert af dine spørgsmål om trykluft, bedes du kontakte Tryklufts- og gasinstituttet. CAGIs uddannelsesressourcer inkluderer kurser på e-læring på SmartSite, udvælgelsesguider og videoer samt komprimeret luft og gashåndbog.

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