Понимание контроля производительности центробежного воздушного компрессора

Рик Стасышан и Ян Маклеод, Институт сжатого воздуха и газа

Журнал Compressed Air Best Practices® (CABP) недавно встретился с Риком Стасышаном, техническим консультантом Института сжатого воздуха и газа (CAGI), и Ианом Маклеодом из секции центробежных компрессоров CAGI и компанией-участником Ingersoll Rand.

CABP: Господа, спасибо за серию статей о центробежных компрессорах. Почему вы выбрали контроль производительности центробежного компрессора для этого интервью и можете ли вы дать краткое введение?

CAGI: CAGI и наши центробежные клиенты имеют общие интересы и цель - максимизировать эффективность компрессорной системы и оптимизировать энергопотребление системы. Поскольку управление производительностью центробежного компрессора немного сложнее, чем компрессоры с принудительным рабочим объемом, всегда рекомендуется обратиться к специалисту, прошедшему обучение на заводе. Члены Секции центробежных компрессоров CAGI могут оказать такую помощь.

Центробежные компрессоры являются динамическими, и каждый из них имеет характерную кривую повышения давления при снижении производительности. Без какой-либо системы управления компрессор будет работать по этой естественной кривой. Расход и давление центробежного компрессора обычно контролируются комбинацией устройства управления впускным отверстием и разгрузочного клапана (УФ).

CABP: Можете ли вы обобщить, как эти устройства работают в комбинации, чтобы достичь желаемых результатов и поделиться, какие варианты могут быть доступны?

CAGI: Ну, поскольку управление центробежным компрессором немного сложнее, мы проведем читателей по системам и доступным опциям.

Решения для регулирования впуска

Впускной патрубок может регулироваться динамическим компрессором для постоянного снижения производительности компрессора. Минимальный расход определяется, когда коэффициент давления достигает предела насоса, а машина достигает максимального давления. Диапазон регулирования, или предустановка, определяется конструкцией машины. Например, время поворота зависит от количества ступеней и конструкции рабочего колеса. На диапазон регулирования также влияют внешние факторы, такие как условия воздуха на входе (температура, давление и влажность) и температура охлаждающей жидкости.

Устройства контроля впуска

Ниже приведены два метода регулирования входа:

Впускной дроссельный клапан (IBV): впускной дроссельный клапан может приводиться в действие электронным или пневматическим способом, и, закрываясь, он создает перепад давления на клапане, эффективно снижая давление на входе в компрессор и снижая способность компрессора создавать давление и, следовательно, поток. ,

Направляющие лопатки на впуске или (IGV): Направляющие лопатки на впуске также могут приводиться в движение электронным или пневматическим способом и представляют собой ряд радиальных лопастей, расположенных на впуске. Эти лопатки в широко открытом положении параллельны воздушному потоку, а в полностью закрытом положении находятся под углом 90 градусов к воздушному потоку. Поскольку направляющие лопатки вращаются от полностью открытого до частично закрытого, они заставляют всасываемый газ вращаться в том же направлении, что и рабочее колесо. Предварительный вихрь изменяет угол падения поступающего воздуха по мере приближения к секции индуктора рабочего колеса, эффективно уменьшая энергию, необходимую для создания давления и потока. Использование IGV позволяет эффективно регулировать компрессор, а также повышает эффективность работы. В зависимости от того, где вы работаете на кривой компрессора, пользователь может увидеть увеличение эффективности до 9% по сравнению со стандартным дросселированием IBV.

Заданное значение нагрузки центробежного компрессора обычно находится на заданном давлении, поэтому, когда давление в системе падает ниже заданного уровня, компрессор будет загружаться.

Система управления и регулирования для центробежных компрессоров

1. Автоматическое двойное управление (см. Рисунок 1)

Стандартное регулирование достигается с помощью впускного дроссельного клапана (IBV) или впускных направляющих лопаток (IGV) и контроллера.

Уставка давления нагнетания компрессора будет установлена на желаемом уровне, а IBV или IGV будут модулировать вход компрессора для поддержания постоянного давления нагнетания в диапазоне регулирования (B®C).

В точке минимальной дроссельной заслонки (C) клапан IBV или IGV прекращает закрываться, позволяя нагнетательному давлению подняться до уставки разгрузки. В этот момент компрессор разгрузится, IBV или IGV закроется, и разгрузочный клапан полностью откроется.

Компрессор остается в ненагруженном состоянии, пока компрессор не возобновит нагрузку при полном расходе и цикл не будет повторен. Время перезарядки варьируется в этом методе управления, и в зависимости от емкости системы хранения относительно колебаний спроса, может быть целесообразно установить меры (дополнительное хранение сжатого воздуха), чтобы защитить процесс и компрессор от короткого цикла.

Если компрессору не нужно перезагружаться в течение фиксированного периода времени, устройство может быть настроено на выключение и остановку. Контроллер автоматически перезапустится и загрузится в ответ на падение давления в системе до заданного значения нагрузки (A).

2. Регулятор постоянного давления с регулируемой регулировкой разгрузки (УФ) (см. Рисунок 2)

Этот метод управления использует IBV или IGV, модулирующее УФ и контроллер.

Уставка давления нагнетания компрессора будет установлена на желаемом уровне, и IBV или IGV будут модулировать вход компрессора для поддержания постоянного давления нагнетания в диапазоне регулирования (A®B).

В точке минимальной дроссельной заслонки (B) положение IBV / IGV остается фиксированным, и разгрузочный клапан (UV) начинает открываться.

Таким образом, постоянное давление нагнетания поддерживается во всем рабочем диапазоне компрессора (A®C).

Некоторые элементы управления могут также предусматривать программирование максимальной позиции разгрузочного клапана (УФ). Это позволяет владельцу минимизировать неэффективную работу в периоды низкой нагрузки, ограничивая операцию разгрузки до точки между (B®C).

Система управления постоянным давлением предназначена для постоянного контроля выхода воздуха при минимальных колебаниях чистого давления. Постоянное давление имеет решающее значение во многих приложениях.

Влияние внешних факторов на регулирование

CABP: Вы упомянули, что на регулирование могут в значительной степени влиять внешние факторы, такие как противодавление, температура всасывания и температура охлаждения. Возможно, в будущем можно будет взять интервью по этой теме, но не могли бы вы дать нам предварительный просмотр и сжатую версию этих воздействий?

CAGI: влияние переменных на центробежные характеристики легко показать графически.

Типичные коэффициенты готовности для центробежной конструкции составляют от 30 до 40 процентов при работе в автоматическом двойном режиме. Процент зависит от условий воздуха на входе, как указано выше, и, как правило, будет больше при низких температурах и меньше в жарких летних условиях. В центробежной конструкции существует компромисс между аэродинамической эффективностью и подготовкой. Могут быть достигнуты большие изменения, но это приведет к снижению аэродинамической эффективности. Этот анализ должен быть сделан в сотрудничестве с производителем на основе требуемых профилей потока для определения оптимального дизайна системы.

Эти цифры показывают влияние таких переменных, как температура на входе, давление на входе и температура охлаждающей воды.

Как происходит выброс в центробежных компрессорах

CABP: Вы упомянули феномен перенапряжения. Можете ли вы уточнить, когда это может произойти?

CAGI: помпаж - это явление аэродинамической нестабильности, которое может возникнуть в центробежных компрессорах. Повышение давления в центробежных компрессорах создается путем придания высокой скорости (кинетической энергии) пути прохождения воздуха через рабочее колесо. Позднее преобразование скорости в давление (потенциальную энергию) происходит в диффузоре и, возможно, в улитке, если компрессор оборудован таким образом.

Из-за этого ограничения ни одна ступень сжатия не может увеличить напор выше предела около 2,5 соотношений (в зависимости от конструкции).

Если центробежный компрессор испытывает помпаж во время работы компрессора, считается, что он работает в нестабильном состоянии. Производители учитывают всплески напряжения при проектировании своих компрессоров, и, таким образом, возникновение одиночных или даже множественных скачков не приведет к сокращению срока службы или повреждению компрессора. Квалифицированный техник должен быть вызван, если происходит повторное помпаж. Все производители используют контроль опережающего напряжения для обеспечения надежной работы. Существует несколько различных методов для контроля перенапряжения.

Контроль и защита от перенапряжений

CABP: Как вы контролируете и защищаете от этих ситуаций, возникающих во время работы?

CAGI: Наши члены разработали систему защиты от перенапряжений и защиты для своих продуктов. Волна - это ситуация, которой можно избежать. Контроль и защита от перенапряжений доступны как для систем автоматического двойного регулирования, так и для систем постоянного давления. Фактически, как часть запуска системы, технические специалисты вручную поднимают компрессор для настройки системы управления.

1. Текущий контроль двигателя:

Ток двигателя можно соотнести с расходом компрессора. По мере уменьшения расхода ток двигателя также будет уменьшаться. Это можно соотнести с точкой помпажа компрессора. С этим управлением, когда двигатель достигает минимального установленного значения тока, разгрузочный клапан начнет открываться, чтобы предотвратить рост компрессора. Этот метод прост и понятен, однако он не всегда оптимизирует фактический диапазон настройки компрессора.

2. Оптимизация управления ожиданием перенапряжения:

Для оптимизации управления ожиданием помпажа контроллер контролирует фактическое положение помпажа по отношению к существующим условиям на входе окружающей среды и предотвращает помпаж компрессора, открывая разгрузочный клапан, когда поток компрессора достигает точки помпажа. Это управление оптимизирует настройку и позволяет компрессору работать с фактической настройкой на основе существующих условий на входе окружающей среды.

Современные системы управления, используемые большинством производителей, обеспечивают бесперебойную, надежную и эффективную работу. Имея несколько методологий управления на выбор, клиенты могут оптимизировать производительность своих центробежных компрессоров в соответствии с потребностями приложений. Понимание влияния условий окружающей среды на производительность компрессора позволяет дополнительно повысить надежность и эффективность.

CABP: Спасибо за этот обзор. Можете ли вы рассказать нашим читателям, как они могут получить больше информации или помощи по этим темам?

CAGI: Члены секции центробежных компрессоров CAGI, в том числе Atlas Copco, Cameron, FS Elliott и Ingersoll Rand, подготовили инженеров, которые помогут и помогут пользователям выбрать правильный размер и опции центробежного компрессора для их работы. Оценка системы компрессора рекомендуется при обновлении и / или замене существующих систем, чтобы обеспечить максимальную производительность системы. Наши члены также могут помочь в эксплуатации существующего оборудования и систем.

Для получения более подробной информации о CAGI, ее членах, применениях сжатого воздуха или ответах на любые вопросы о сжатом воздухе, пожалуйста, свяжитесь с Институтом сжатого воздуха и газа. Образовательные ресурсы CAGI включают курсы электронного обучения на SmartSite, руководства по отбору и видео, а также Руководство по сжатому воздуху и газу.

---- Http: //www.hqcompressor.com