Основи на центробежния въздушен компресор, част II - Разбиране на основната крива на ефективността

От Ханк ван Ормер, редактор

Част I обясни необходимата терминология за разбиране на центробежните операции. Част II разглежда типичните криви на експлоатационните характеристики и как да ги интерпретирате.

Центробежен компресор за въздух работи при диапазон от потоци и налягане на изпускане. Кривата на експлоатационните характеристики е оформена от избраните отделни вътрешни компоненти и се влияе от работни условия като входно налягане, температура на входа и температура на охлаждащата вода.

Процесът на динамично компресиране, приложен в етапа на работа на центробежен компресор , е скорост и кинетична енергия, преобразувана в налягане и температура, тъй като дебитът е ограничен. Друг термин за този процес е масовият поток - изискването за мощност за подаване на номиналния cfm поток при номиналното налягане (psig) се определя от теглото на въздуха (някои производители също използват термина "плътност").

Изискването за мощност при този тип компресионен процес, когато вътрешните конструктивни части не се вземат предвид, в основата си зависи от теглото на въздуха, преминаващ през машината. Игнорирането на натоварванията на части контролира всичко, което ще увеличи или намали теглото на въздуха, преминаващ през етапите до крайния поток, и налягането ще има пряко влияние върху входната мощност.

Фигура 1а. Влияние на температурата на входящия въздух върху налягането на изпускането

Фигура 1б. Ефект на температурата на входящия въздух върху захранването

Повишаването на температурата на входа ще облекчи общия фиксиран въздушен поток и ще достави по-малко използваем въздух на потребителя (scfm) и ще намали потреблението на входна мощност. По-ниските температури ще доведат до обратен ефект.

Намаляването на входящото налягане (надморска височина, отрицателно налягане на компресора в помещението, замърсен / лош размер на входящия филтър) ще облекчи потока на сгъстен въздух (cfm), който преминава през етапите, и води до по-малко използваем въздух (scfm) при понижено потребление на входна мощност. По-високото входящо налягане ще има обратен ефект.

Повишаването на температурите на охлаждащата вода отново ще има същия „изсветляващ“ ефект върху сгъстения въздух през етапите и изискванията за мощност, както предишните условия.

Действителният нетен ефект на всяко от тези условия зависи от действителната крива на експлоатационните характеристики и аеродинамичните характеристики на проекта. Такъв е случаят с налягането на изпускане с фиксирано колело или работното колело / дифузьор / скорост, степен на компресор.

Увеличаването на налягането на изпускане обикновено ще остави ефекта на повишаване на теглото на потока на сгъстен въздух през етапите, което ще доведе до по-малък поток на използваем въздух (scfm), често при или близо до същата входна мощност. Понижаването на налягането често позволява по-голям дебит при същия или подобен вход на мощност. Действителните специфични характеристики на машината са разгледани по-късно в този документ.

Разбиране на центробежните криви на работа на производителя

Данните трябва да се приравнят към:

• SCFM или Nm ³ / час при пълно и частично натоварване

• Входна мощност в kW

• Налягане в psig или bar (използвайки psia само за преобразуване от icfm / acfm в scfm)

Фигура 2. Типични криви на центробежните характеристики

Какво представляват Turndown, Stonewall и Rise to Surge?

След като е проектирано работно колело и е зададена скорост, се установява енергията, която килограм въздух ще поеме при преминаване през работното колело.

Центробежен компресор ще достави килограм въздух с постоянен разход на енергия - зима или лято. Действителният обем на входящия въздух, който трябва да се компресира, ще варира за определен период от време в условията на вход на налягане и температура.

Повдигане на пренапрежение : Тъй като се получава повече сгъстен въздух, отколкото е необходимо, центробежният компресор трябва да разтовари или достави по-малко въздух, за да се избегне прекомерно налягане. Всеки центробежен компресор има максимално налягане, което може да достигне при специфични условия на входа, което ще накара въздушния поток да се обърне и пренапрегне , като изключи компресора, за да избегне повреди от вибрациите.

Това е прекалено опростяване на въздействието на пренапрежението, но всяка единица има повишаване на границата на пренапрежение или максимално налягане. Обръщане е процентът под пълния дебит на компресора, който компресорът може да работи без да изпитва пренапрежение. Например, 15% обръщане означава, че устройството може да работи при 85% по-висок поток или по-високо, като е оборудвано, без да удря пренапрежение. При по-голям завой, тя ще бъде близо до или при скока.

Stonewall : В един момент, когато изпускането спадне и въздушният поток през увеличенията при пълно натоварване, физическите ограничения няма да позволят повече въздух през етапите - тази точка е известна като каменна стена . Продължаването на работа в или извън тази точка може да доведе до такива високи дебити с по-голям диференциален налягане, че работните колела няма да запълнят напълно лопатните зони и ще възникне подобно на кавитация действие, създаващо друг тип пренапрежение с потенциално увреждащи вибрации.

Фигура 3 е примерно представяне на обща крива на производителност на производителя и данните могат да бъдат разработени до предсказуема и вероятна действителна прогнозирана експлоатационна ефективност.

Фигура 3. Примерни криви на производителност за компресор с пълно натоварване при 125 psig

• 2050 cfm при 125 psig при 430 к.с. (x .7457 = 321 kW)

• Обръщане 1535 cfm при 125 psig при 345 к.с. (x .7457 = 257 kW)

Използване на центробежните криви на експлоатационна ефективност за оптимизация на системата

Работата с доставчик на OEM и техните криви на експлоатационна ефективност ще помогне ефективно да доведе до успешно приложение. За да може потребителят да предостави на доставчика на OEM съответните данни, потребителят трябва да е запознат с представената информация, за да разбере напълно и да поиска значителни допълнителни данни като:

• Какви са работните характеристики на работното колело / дифузьор по отношение на тока на пренапрежение, преобръщане, пълно натоварване на мощността и т.н.

• Какъв е наборът от стандартно работно колело / дифузьор за повече възможности за затваряне?

Контрол на капацитета и направляващи лопатки

Кривите на експлоатационна ефективност на фигура 4 показват, че има две различни стойности на входната част на натоварване на kW за входящия клапан на пеперудата (IBV) и входната лопатка за вход (IGV). Както всички неща в центрофугите, действителните данни са специфични за машината.

Защо всичко това означава?

Когато центробежният компресор, както е проектиран и приложен, се изчерпва, той не може да продължи да произвежда сгъстен въздух, че системата не може да поеме толкова основно едно от двете неща:

• Контрол на капацитета, наличен от почти всички производители, разтоварва компресора, като затваря входния клапан и отваря вентила за изпускане, което позволява на устройството да работи на празен ход при намалена входна мощност, без въздушен поток.

Допълнително усъвършенстване позволява на двигателя да се изключи; колкото по-голям е индукционният мотор, толкова по-малко стартира на час или на ден. Този тип контрол може да бъде много ефективен и също зависи от съхранението, тъй като презареждането и или рестартирането на единицата от клас 100 psig може да отнеме до 1 минута или повече. Единиците с високо налягане (от 500 до 550 фунта за килограм) могат да отнемат до 3 минути, за да достигнат пълно натоварване.

• Най-често използваният контрол на капацитета е издухването. Когато агрегатът достигне пълната си обръщане (както е настроено), изпускателният вентил се отваря и издухва излишния капацитет на атмосферата. Входната kW вече няма да намалява изобщо, независимо от това каквото намаление на въздуха се случи.

Фигура 4. Сравнение на центробежния контрол на компресора

Типични входни направляващи лопатки

Фигура 4 показва кривата на производителност, генерирана от DOE (Министерството на енергията) за стандартните входни контроли на IBV (входящ пеперуден клапан) или IGV (входно направляващо лопато) с номинален 30% завой.

IGV не позволяват по-голямо съпротивление, но позволяват обръщане с по-добра ефективност чрез намаляване на турбулентните загуби на въздуха, влизащ в работните колела.

Третата крива, показана на фигура 4, представлява нова технология за центробежно задвижване с двигатели с магнитни лагери. Това управление е много ефективно VSD (задвижване с променлива скорост) от 100% до 75%, като входната мощност е пряко пропорционална. При пълно завършване устройството напълно се разтоварва за 7 до 12 секунди и може да се зареди за 12 до 15 секунди. Ефективната работа изисква подходящо съхранение.

Какво става с налягането на изпускането на охлаждащата вода?

В таблица 1 са показани проектни показатели за единични единици при 85 ° F охлаждаща вода и 60 ° F охлаждаща вода при различни налягания на изпускане.

Таблица 1. Устройство с 135 psig естествена пренапрежение при 85 ° F охлаждаща течност и 60 ° F охлаждаща течност

ME = номинална .95

Таблица 1 Бележки: От 125 psig налягане на изпускане (85 ° F охлаждаща вода) до 100 psig налягане на изпускане (60 ° F охлаждаща вода), дебитът преминава от 1572 acfm до 1,707 acfm; мощността на вала е от 334 к.с. до 335 к.с. (175 acfm повече за 1 к.с.); и честотата на преминаване е от 35,8% до 51,2%.

Поуки

Този документ е създаден, за да идентифицира и обясни определенията, стоящи зад данните за центробежните характеристики и неговото значение. С тази информация потребителят може да работи със своя местен доставчик на OEM и технически инженерни групи, за да избере и правилно да приложи единица, за да отговаря на конкретните условия на сайта по оптимален начин.

--- HTTP: //www.hqcompressor.com