Förstå kontroller för centrifugalluftkompressorkapacitet

Av Rick Stasyshan och Ian Macleod, trycklufts- och gasinstitut

Komprimerad luft Best Practices® (CABP) Magazine har nyligen fångat upp Rick Stasyshan, komprimerad luft- och gasinstitut (CAGI) Teknisk konsult och Ian Macleod från CAGI Centrifugal Compressor Section och medlemsföretaget Ingersoll Rand.

CABP: Herrar, tack för serien med artiklar om centrifugalkompressorer. Varför har du valt centrifugalkompressorkapacitetskontroller för den här intervjun, och kan du ge en kort introduktion?

CAGI: CAGI och våra centrifugalkunder delar alla ett gemensamt intresse och mål - att maximera kompressorsystemets effektivitet och optimera systemets energianvändning. Eftersom kapacitetskontrollerna på en centrifugalkompressor är lite mer komplexa än positiva förskjutningstyper av kompressorer, rekommenderas alltid en fabriksutbildad tekniker. Medlemmarna i CAGI: s centrifugalkompressoravdelning kan ge det stödet.

Centrifugalkompressorer är dynamiska och var och en har en karakteristisk kurva för stigande tryck när kapaciteten minskar. Utan något styrsystem skulle kompressorn fungera längs denna naturliga kurva. En centrifugalkompressors flöde och tryck styrs vanligtvis av en kombination av en inloppsstyranordning och en avlastningsventil (UV).

CABP: Kan du sammanfatta hur dessa enheter fungerar i kombination för att uppnå önskat resultat och dela vilka alternativ som kan vara tillgängliga?

CAGI: Tja, eftersom en centrifugalkompressors kontroller är lite mer komplexa, kommer vi att gå igenom systemen och tillgängliga alternativ.

Lösningar för reglering av inlopp

Inloppet kan strypas på en dynamisk kompressor för att kontinuerligt minska kompressorns kapacitet. Minimaflödet bestäms när tryckförhållandet når pumpgränsen och maskinen når maximalt tryck. Regleringsområdet, eller nedslagning, bestäms av maskinens konstruktion. Till exempel påverkas avslagning av antalet steg och pumphjulets design. Regleringsområdet påverkas också av yttre faktorer, såsom inloppsluftsförhållanden (temperatur, tryck och luftfuktighet) och kylvätsketemperatur.

Enheter för inloppsstyrning

Följande är två metoder för strypning av inloppet:

Inloppsfjärilventil (IBV): Inloppsfjärilventilen kan drivas elektroniskt eller pneumatiskt, och när den stängs skapar det ett tryckfall över ventilen, vilket effektivt reducerar inloppstrycket in i kompressorn och stegrar kompressorns förmåga att göra tryck och därefter flyter .

Inloppsskovlar eller (IGV: er): Inloppsstyrskovlarna kan också drivas elektroniskt eller pneumatiskt och är en serie radiella blad anordnade i insugningen. Dessa skovlar, i det öppna läget, är parallella med luftflödet, och vid helt stängda är 90 grader till luftflödet. När styrskovlarna roteras från helt öppna till delvis stängda, får de den insamlade gasen att rotera i samma riktning som pumphjulet. Förvirvlingen förändrar incidensvinkeln för den inkommande luften när den närmar sig impellerns sektion på pumphjulet, vilket effektivt minskar den energi som krävs för att producera tryck och flöde. Användningen av IGV: er kan effektivt strypa kompressorn med den extra fördelen att den är effektivare. Beroende på var du arbetar på kompressorkurvan, kan en användare se upp till 9 procent effektivitetsförstärkning jämfört med standard IBV-strypning.

Lastinställningspunkten för en centrifugalkompressor är typiskt vid ett givet tryck, så när systemtrycket faller under en given nivå kommer kompressorn att ladda.

Styr- och regleringssystem för centrifugalkompressorer

1. Auto-Dual Control (se figur 1)

Standardregleringen uppnås med hjälp av en inloppsfjärilventil (IBV) eller inloppsstyrsvingar (IGV) och styrenhet.

Inställningspunkten för kompressorns urladdningstryck kommer att ställas in på önskad nivå och IBV- eller IGV-modulerna modulerar kompressorinloppet för att upprätthålla konstant urladdningstryck över kontrollområdet (B®C).

Vid minsta gaspunktspunkt (C) slutar IBV- eller IGV-ventilen att stängas, vilket gör att urladdningstrycket stiger till börvärdet för avlastning. Just nu kommer kompressorn att lossas, IBV eller IGV stängs och en lossningsventil öppnas helt.

Kompressorn förblir i olastat tillstånd tills kompressorn återupptar belastningen vid fullt flöde och cykeln upprepas. Omladdningstiden varierar i denna styrmetod, och beroende på systemets lagringskapacitet i förhållande till efterfrågesvängningarna kan det vara lämpligt att installera åtgärder (ytterligare tryckluftslagring) för att skydda processen och kompressorn mot kort cykling.

Om kompressorn inte behöver laddas om inom en fast tidsperiod kan enheten vara konfigurerad för att stänga av och stoppa. Regulatorn startar om och laddar automatiskt som svar på systemtrycket som faller till lastbörvärde (A).

2. Konstant tryckreglering med modulerande avlastningsförordning (UV) (se figur 2)

Denna kontrollmetod använder IBV eller IGV, en modulerande UV och en styrenhet.

Kompressorns urladdningstryckpunkt ställs in på önskad nivå, och IBV eller IGV modulerar kompressorinloppet för att upprätthålla konstant urladdningstryck över kontrollområdet (A®B).

Vid minsta gaspunktspunkt (B) upprätthålls IBV / IGV: s position som fast och lossningsventilen (UV) börjar moduleras öppen.

På detta sätt upprätthålls ett konstant urladdningstryck över kompressorns hela driftområde.

Vissa kontroller kan också möjliggöra att ett UV-läge (maximal lossningsventil) ska programmeras. Detta tillåter ägaren att minimera ineffektiv drift under perioder med låg efterfrågan genom att begränsa lossningsoperationen till en punkt mellan (B®C).

Systemet med konstant tryckkontroll är konstruerat för att kontinuerligt kontrollera luftutgången samtidigt som nettotrycksfluktuationerna minimeras. Konstant tryck är kritiskt i många tillämpningar.

Påverkan av externa faktorer på reglering

CABP: Du nämnde att reglering i hög grad skulle kunna påverkas av externa faktorer, såsom mottryck, sugtemperatur och kyltemperatur. Kanske en framtida intervju om detta ämne kan vara i ordning, men kan du ge oss en förhandsvisning och en kondenserad version av dessa effekter?

CAGI: Effekten av variabler på centrifugalprestanda visas lätt grafiskt.

Typiska avvecklingsförhållanden för en centrifugalkonstruktion är 30 till 40 procent när de arbetar i auto dual mode. Procentandelen beror på inloppsluftsförhållandena som nämnts ovan och kommer vanligtvis att vara större vid kalla temperaturer och mindre under varma sommarförhållanden. Vid centrifugaldesign är det en avvägning mellan de aerodynamiska effektiviteterna och avvecklingen. Större avvecklingar kan uppnås, men resulterar i lägre aerodynamisk effektivitet. Denna analys måste göras i samarbete med tillverkaren baserat på nödvändiga flödesprofiler för att bestämma optimal systemdesign.

Dessa siffror visar effekten av variabler som inloppstemperatur, inloppstryck och kylvattentemperatur.

Hur växer upp i centrifugalkompressorer

CABP: Du nämnde fenomenet överspänning. Kan du utarbeta när detta potentiellt kan inträffa?

CAGI: Överspänning är fenomenet aerodynamisk instabilitet som kan uppstå i centrifugalkompressorer. Tryckökningen i centrifugalkompressorer skapas genom att överföra hög hastighet (kinetisk energi) till luftens flödesväg genom pumphjulet. Den senare omvandlingen av hastighet till tryck (potentiell energi) sker i diffusorn, och eventuellt i volutten, om kompressorn är så utrustad.

På grund av denna begränsning kan inte varje enskilt komprimeringssteg öka tryckhuvudet över en gräns på cirka 2,5 förhållanden (beroende på design).

Om centrifugalkompressorn upplever kraftig kraft under kompressordrift, anses den vara igång i ett instabilt skick. Tillverkare tar hänsyn till överspänningshändelser när de utformar sina kompressorer, och följaktligen kommer förekomsten av en enda eller till och med flera överspänningar inte att minska livslängden eller skada kompressorn. En kvalificerad tekniker bör ringas om upprepade böjningar inträffar. Tillverkarna använder alla kontroller av överspänningsförväntningar för att säkerställa tillförlitlig drift. Det finns flera olika metoder för att åstadkomma överspänningskontroll.

Överspänningskontroll och skydd

CABP: Hur kontrollerar och skyddar du från dessa situationer som uppstår under drift?

CAGI: Våra medlemmar har utformat överspänningskontroll och skydd för sina produkter. Överspänning är en situation som kan undvikas. Överspänningskontroll och skydd finns för både auto-dubbla och konstant tryckkontrollsystem. I själva verket, som en del av systemstart, översätter tekniker manuellt kompressorn för att ställa in styrsystemet.

1. Motorströmstyrning:

Motorströmmen kan korreleras med kompressorflödet. När flödet minskar kommer motorströmmen också att minska. Detta kan korreleras med kompressorns överspänningspunkt. Med denna reglering, när motorn når det minsta ströminställda värdet, kommer lossningsventilen att börja öppna för att förhindra kompressorn från att växa. Denna metod är enkel och okomplicerad, men den optimerar inte alltid kompressorns aktuella avvecklingsområde.

2. Optimering av överspänningsförväntningskontroll:

För att optimera överspänningsförväntningskontrollen övervakar styrenheten den faktiska positionen för överspänningsledningen med avseende på de befintliga omgivningsinloppsförhållandena och förhindrar kompressorn från att växa genom att öppna lossningsventilen när kompressorflödet når överspänningspunkten. Denna kontroll optimerar avstängningen och gör det möjligt för kompressorn att köra vid själva avstängningen baserat på befintliga omgivningsinloppsvillkor.

Moderna styrsystem som används av de flesta tillverkare resulterar i problemfri, pålitlig och effektiv drift. Med flera kontrollmetoder att välja mellan, kan kunderna optimera sin centrifugalkompressorprestanda för att passa applikationsbehov. Förstå miljöpåverkans påverkan på kompressorns prestanda möjliggör ytterligare förbättring av tillförlitlighet och effektivitet.

CABP: Tack för den här översikten. Kan du berätta för våra läsare hur de kan få mer information eller hjälp om dessa ämnen?

CAGI: CAGI: s medlemmar av centrifugalkompressoravdelningen, inklusive Atlas Copco, Cameron, FS Elliott och Ingersoll Rand, har utbildat ingenjörer för att hjälpa och vägleda användare genom att välja rätt storlek och alternativ för centrifugalkompressorn för deras drift. En kompressorsystembedömning rekommenderas vid uppgradering och / eller byte av befintliga system för att säkerställa att systemets prestanda är maximerad. Våra medlemmar kan också hjälpa till med drift av befintlig utrustning och system.

För mer detaljerad information om CAGI, dess medlemmar, tryckluftsapplikationer eller svar på någon av dina tryckluftsfrågor, kontakta trycklufts- och gasinstitutet. CAGI: s utbildningsresurser inkluderar kurser för e-lärande på SmartSite, urvalsguider och videor samt komprimerad luft och gashandbok.

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