Разбиране на центробежните контроли на капацитета на въздушния компресор

От Rick Stasyshan и Ian Macleod, Институт за сгъстен въздух и газ

Списание за най-добри практики за сгъстен въздух® (CABP) наскоро се хвана с Рик Стасишан, технически консултант на Института за сгъстен въздух и газ (CAGI) и Иън Маклеод от Центъра за центробежни компресори на CAGI и компанията-член Ingersoll Rand.

CABP: Господа, благодаря за поредицата статии за центробежните компресори. Защо сте избрали контроли на капацитета на центробежния компресор за това интервю и можете ли да дадете кратко въведение?

CAGI: CAGI и нашите центробежни клиенти споделят общ интерес и цел - да увеличат максимално ефективността на компресорната система и да оптимизират използването на енергията на системата. Тъй като контролът на капацитета на центробежен компресор е малко по-сложен от типа компресори с положително преместване, винаги се препоръчва консултация с обучен на фабриката техник. Членовете на Центробежния компресорен отдел на CAGI могат да окажат тази помощ.

Центробежните компресори са динамични и всеки има характерна крива на нарастващо налягане, тъй като капацитетът намалява. Без никаква система за управление компресорът би работил по тази естествена крива. Потокът и налягането на центробежния компресор обикновено се контролират от комбинация от входящо устройство за управление и разтоварващ клапан (UV).

CABP: Можете ли да обобщите как работят тези устройства в комбинация за постигане на желаните резултати и да споделите какви опции могат да бъдат налични?

CAGI: Е, тъй като контролите на центробежния компресор са малко по-сложни, ще разгледаме читателите през системите и наличните опции.

Решения за регулиране на входа

Входът може да бъде затворен на динамичен компресор за непрекъснато намаляване на капацитета на компресора. Минималният дебит се определя, когато съотношението на налягане достигне границата на помпата и машината достигне максимално налягане. Диапазонът на регулиране, или затварянето, се определя от дизайна на машината. Например, свръхзалата е повлияна от броя на етапите и дизайна на работното колело. Регулаторният обхват също се влияе от външни фактори, като например условията на входящия въздух (температура, налягане и влажност) и температура на охлаждащата течност.

Устройства за управление на входа

Следните са два метода за дроселиране на входа:

Входен пеперуден клапан (IBV): Входящият клапан на пеперудата може да се задвижва електронно или пневматично и когато се затваря, създава спад на налягането през клапана, като ефективно намалява входното налягане в компресора и дросели способността на компресора да прави налягане и впоследствие да тече ,

Входни направляващи лопатки или (IGV): Входните направляващи лопатки могат също да бъдат задвижвани електронно или пневматично и представляват поредица от радиални лопатки, разположени във всмукателния канал. Тези лопатки в широко отворено положение са успоредни на въздушния поток, а при напълно затворени са на 90 градуса спрямо въздушния поток. Тъй като водещите лопатки се завъртат от напълно отворени към частично затворени, те причиняват изтегления газ да се върти в същата посока като работното колело. Предварителното завъртане променя ъгъла на падане на входящия въздух, когато се приближава до секцията на индуктора на работното колело, като ефективно намалява енергията, необходима за създаване на налягане и поток. Използването на IGV може ефективно да дроселира компресора с допълнително предимство да бъде по-ефективно. В зависимост от това къде работите на кривата на компресора, потребителят може да види до 9 процента печалба на ефективност в сравнение със стандартното IBV дроселиране.

Зададената точка за натоварване на центробежен компресор обикновено е при дадено налягане, така че когато налягането в системата падне под определено ниво, компресорът ще се зареди.

Система за управление и регулиране на центробежни компресори

1. Авто-двойно управление (вижте фигура 1)

Стандартното регулиране се осъществява с помощта на входящ клапан на пеперуда (IBV) или входни направляващи лопатки (IGV) и контролер.

Зададената стойност на налягането на изпускане на компресора ще бъде настроена на желаното ниво и IBV или IGV ще модулират входа на компресора, за да поддържат постоянно налягане на изпускане над контролния (B®C) диапазон.

В минималната точка на дросела (C) клапанът IBV или IGV спира да се затваря, което позволява налягането на изпускането да се повиши до зададената точка на разтоварване. В този момент компресорът ще се разтовари, IBV или IGV ще се затвори и разтоварващ клапан напълно се отваря.

Компресорът остава в разтоварено състояние, докато компресорът възобнови натоварването при пълен поток и цикълът се повтори. Времето за презареждане варира при този метод на управление и в зависимост от капацитета на системата за съхранение спрямо колебанията на търсенето може да е препоръчително да се инсталират мерки (допълнително съхранение на сгъстен въздух), за да се защити процесът и компресора от къси цикли.

Ако компресорът не се нуждае от презареждане в рамките на фиксиран период от време, устройството може да бъде конфигурирано да изключва и спира. Контролерът автоматично се рестартира и зарежда в отговор на налягането в системата, падащо до зададената точка за натоварване (A).

2. Контрол на постоянното налягане с модулиращо регулиране на разтоварването (UV) (вижте фигура 2)

Този метод на управление използва IBV или IGV, модулиращ UV и контролер.

Зададената стойност на налягането на изпускане на компресора ще бъде настроена на желаното ниво, а IBV или IGV ще модулират входа на компресора, за да поддържа постоянно налягане на изпускане над контролния (A®B) диапазон.

В минималната точка на дросела (B) положението на IBV / IGV се поддържа като фиксирано и разтоварващият клапан (UV) започва да модулира отворен.

По този начин се поддържа постоянно налягане на изпускане в целия работен диапазон на компресора (A®C).

Някои контроли могат също така да осигурят програмиране на максимално положение за разтоварващ клапан (UV). Това позволява на собственика да минимизира неефективната работа по време на периоди на ниско търсене, като ограничава разтоварващата операция до точка между (B®C).

Системата за регулиране на постоянно налягане е проектирана да контролира непрекъснато изхода на въздух, като същевременно поддържа минималните колебания на налягането до минимум. Постоянното налягане е критично в много приложения.

Влияние на външните фактори върху регулирането

CABP: Споменахте, че регулирането може да бъде повлияно до голяма степен от външни фактори, като противоналягане, температура на засмукване и температура на охлаждане. Може би бъдещо интервю по тази тема може да бъде в ред, но бихте ли ни дали предварителен преглед и съкратена версия на тези въздействия?

CAGI: Ефектът на променливите върху центробежните характеристики е лесно показан графично.

Типичните съотношения на центробежната конструкция са 30 до 40 процента, докато работят в автоматичен двоен режим. Процентът зависи от условията на входящия въздух, както беше споменато по-горе, и обикновено ще бъде по-голям при студени температури и по-малък при горещи летни условия. При центробежното проектиране има компромис между аеродинамичната ефективност и обръщането. Може да се постигнат по-големи съкращения, но да се постигне по-ниска аеродинамична ефективност. Този анализ трябва да се направи в сътрудничество с производителя въз основа на необходимите профили на дебита, за да се определи оптималния дизайн на системата.

Тези цифри показват ефекта на променливи като температура на входа, налягане на входа и температура на охлаждащата вода.

Как възниква пренапрежение в центробежните компресори

CABP: Споменахте за феномена на скока. Можете ли да уточните кога това потенциално може да се случи?

CAGI: Пренапрежението е феноменът на аеродинамичната нестабилност, който може да възникне в центробежните компресори. Повишаването на налягането в центробежните компресори се създава чрез предаване на висока скорост (кинетична енергия) на пътя на потока на въздуха през работното колело. По-късното преобразуване на скоростта в налягане (потенциална енергия) се случва в дифузора и евентуално във волта, ако компресорът е така оборудван.

Поради това ограничение, всеки един етап на компресиране не може да увеличи налягането над границата от около 2,5 съотношения (в зависимост от дизайна).

Ако центробежният компресор има пренапрежение по време на работа на компресора, се счита, че работи в нестабилно състояние. Производителите вземат предвид събитията от пренапрежение при проектирането на своите компресори и по този начин появата на единични или дори многократни пренапрежения няма да намали живота или да повреди компресора. Трябва да се извика квалифициран техник, ако се появят многократни скокове. Всички производители използват контрол на очакване на пренапрежение, за да осигурят надеждна работа. Има няколко различни метода за осъществяване на контрол на пренапрежението.

Контрол и защита от пренапрежение

CABP: Как контролирате и предпазвате от тези ситуации, възникващи по време на работа?

CAGI: Нашите членове са проектирали контрол и защита от пренапрежение на своите продукти. Пренапрежението е ситуация, която може да бъде избегната. Контролът и защитата от пренапрежение са налични както за системи за автоматично двойно, така и за постоянно регулиране на налягането. Всъщност, като част от стартирането на системата, техниците ръчно пренапрежават компресора, за да настроят системата за управление.

1. Контрол на тока на двигателя:

Токът на двигателя може да бъде свързан с дебита на компресора. С намаляването на дебита, токът на двигателя също ще намалее. Това може да бъде свързано с точката на пренапрежение на компресора. С това управление, когато моторът достигне зададената минимална стойност на тока, разтоварващият клапан ще започне да се отваря, за да предотврати пренапрежението на компресора. Този метод е прост и лесен, но не винаги оптимизира реалния обхват на компресора.

2. Оптимизация на контрола на очакване на пренапрежение:

За да оптимизира контрола на очакване на пренапрежение, контролерът следи действителното положение на пренапрежението по отношение на съществуващите условия на навлизане в околната среда и не позволява компресорът да се пренасочи чрез отваряне на разтоварващия вентил, когато дебитът на компресора достигне точката на пренапрежение. Това управление оптимизира загряването и позволява на компресора да работи при действителна обстановка въз основа на съществуващите условия на входа на околната среда.

Съвременните системи за управление, използвани от повечето производители, водят до безпроблемна, надеждна и ефективна работа. С няколко методологии за управление, от които да избират, клиентите могат да оптимизират работата на центробежния си компресор, за да отговарят на нуждите на приложението. Разбирането на въздействието на условията на околната среда върху работата на компресора позволява по-нататъшно подобряване на надеждността и ефективността.

CABP: Благодаря ви за този преглед. Можете ли да кажете на нашите читатели как могат да получат повече информация или помощ по тези теми?

CAGI: Членовете на Центробежния компресорен компресор на CAGI, включително Atlas Copco, Cameron, FS Elliott и Ingersoll Rand, са обучили инженери, които да подпомагат и ръководят потребителите чрез избора на подходящия размер и опциите на центробежния компресор за тяхната работа. Препоръчва се оценка на системата за компресор при надграждане и / или замяна на съществуващи системи, за да се гарантира, че производителността на системата е максимална. Нашите членове могат също да помогнат при експлоатацията на съществуващо оборудване и системи.

За по-подробна информация относно CAGI, неговите членове, приложения за сгъстен въздух или отговори на някой от вашите въпроси за сгъстен въздух, моля, свържете се с Института за сгъстен въздух и газ. Образователните ресурси на CAGI включват курсове за електронно обучение на SmartSite, ръководства за подбор и видеоклипове, както и наръчника за сгъстен въздух и газ.

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