Hava Sistemi Basıncı Etkileri Kompresör Gücü - Bölüm 2: Sistem Basıncının Santrifüj Kompresörleri Üzerindeki Etkisi
Bu, üç parçalı basınçlı hava serisinin ikinci makalesi, Mark Krisa, Direktör - Global Hizmetler Çözümleri, Ingersoll Rand
Enerji değerlendirme uzmanlarının basınçlı hava sistemi enerji tüketimini azaltmaya çalışırken pozitif deplasmanlı kompresörler gibi santrifüj kompresörlere muamele görmesi yaygındır. Ne yazık ki, santrifüjlü kompresörler normalde çok daha büyüktür ve yanlış hesaplamalar, aşırı hesaplanan enerji tasarrufunda yüz binlerce doları kolayca temsil edebilir. Bu hatalar zararlı değildir; bunlar, santrifüj kompresör bilgisinin sınırlı olduğu kişiler tarafından yapılan basitleştirilmiş en iyi uygulamalardan kaynaklanmaktadır. Bu tür bir bilgi hazır değildir ve çoğu enerji değerlendirme uzmanı, santrifüj kompresörlerin teknik geliştirilmesinden ve tasarımından sorumlu mühendislik ekiplerine erişemez. Ünite açısından bakıldığında, santrifüjlü kompresörler, kompresör pazarının küçük bir parçası olduğundan teknik olarak bilgili kaynaklar sınırlıdır.
Teknik Kompresör Kaynaklarını Belirleme
Basınçlı hava satış elemanlarının basınçlı hava sistemleri ve bileşenleri ile ilgili en büyük teknik bilgi kaynaklarından birini temsil ettiğini bilmek önemlidir. Bazı satış elemanlarının teknik olarak yetkin mühendisler olmasına rağmen, bir iş başlığında sıfat olarak kullanılan "mühendis" kelimesini bulmak nadir değildir. Mühendis eğitim veya iş fonksiyonuna göre bir başlık olsun, teknik olarak doğru bilgileri garanti etmez. Benzer şekilde, deneyim, yıllarca süren uygulama ile ilgili büyük bilgileri ima etmek için sıkça kullanılan bir terimdir. Tecrübe basit sebep ve sonuç sonuçları olan fonksiyonlar veya kas hafızasının performansı artırabildiği tekrarlayan görevler için değere sahip olabilir. Bununla birlikte, sonuçların kontrollü ortamlarda doğru enstrümantasyon kullanılarak nadiren ölçüldüğü bir endüstride, birçok teknik efsanenin iltihap sağladığı ve yıllarca tekrarlanan, bilimsel olarak kanıtlanmış gerçekler olduğu varsayılmaktadır. Örneğin, geçen ay basılan bu makalenin bir kısmı, 2-psi varsayımına olan yüzde 1 gücünün nasıl kötüye kullanıldığını ve neden doğru olmadığını açıkladı.
Dünyanın en büyük üreticilerinden ve basınçlı hava ürünlerinin yenilikçilerinden biri olan Ingersoll Rand'da çalışmak, yaşam için kompresör tasarlayan yetenekli mühendislerle birçok teknik tartışma için fırsatları kolaylaştırıyor. ISO, CAGI ve CSA ile basınçlı hava ile ilgili birçok teknik ekibin katılımı, diğer kompresör üreticilerinin mühendisleriyle üst düzey tartışma için fırsat sağlar. İlginç bir şekilde, kompresörler için baskı ve güç konusunu her tartışırken, hemen hemen her mühendis aynı yüzde 1'lik gücü 2-psi varsayımına göre güçlendiriyor. Sistemik özellikler ve termodinamik konularını tartıştıktan sonra, hepsi 2: 1 ifadesinin yanlış olduğu, ancak birçoğunun bunun bir gerçek olduğunu kabul ettiği ve kompresörün ağ borularındaki basınca göre nasıl çalıştığı ile ilgili olduğu konusunda hemfikirdir. Sektörde yeni genç mühendisler olarak, 2: 1 ifadesi kıdemli mühendisler tarafından paylaşılan teknik bilgilerdi. Hatalı tecrübe ve bilimsel gerçek için yaş, birçok masum varsayım sorgulanmamıştır.
Kapatma uğruna, teorinin 1900'lerin başlarında, silindir içindeki basınca göre büyük pistonlu kompresörler için fren beygir gücünü hesaplamak için kullanılan karmaşık bir denkleme dayanan makul bir tahmin olarak ortaya çıktığı görülmektedir. Modern kompresörleri oluşturan tüm bileşenler ve teknolojik değişiklikler dikkate alındığında bu geçerli değildir. 2: 1 teorisi, her insanın yorumu ve ardından paylaşmasıyla yinelemeli olarak farklı bir hikayeye dönüşen bir söylenti gibidir. Bu, karmaşık teknik içerik basitleştirildiğinde ve saha satış elemanlarına ve kompresör bilgilerini piyasaya dağıtan diğer bireylere ulaşmadan önce genelleştirildiğinde gerçekleşir.
Santrifüj Kompresörlerin Çalışma Karakteristikleri
Basıncın fiziksel olarak kapalı bir hacmi azaltan bir yüzeye etkiyen mekanik kuvvetlerin (güç) bir fonksiyonu olduğu pozitif yer değiştirme kompresörlerinin aksine, santrifüjlü kompresörler gücü artırarak basınç kapasitelerini arttıramazlar. Dinamik bir kompresör olarak da bilinen bir santrifüj kompresör, farklı bir şekilde basınç üretir. Belirli bir hava kütlesi bir pervane ile hızlandırılır ve kinetik enerji verir. Hava bir difüzörden geçer, hızı azaltır ve kinetik enerjinin bir kısmını ısıya ve potansiyel enerjiye dönüştürür. Bu, artan hava basıncı ve sıcaklık şeklinde kendini gösterir. Kompresörün basınç gereksinimlerine bağlı olarak, hava aynı işlemden sonraki aşamalardan geçer ve tasarım basıncı gereksinimlerine doğru oluşturulur. Verimliliği artırmak için, bazı aşamalar veya bütün aşamalar havayı bir sonraki aşamaya girmeden önce soğutur. Tartışma amacıyla, işletme açıklaması kapsam dahilinde kalmak için basitleştirilmiştir. Bir santrifüjlü kompresörün basınç yetenekleri, iç bileşenlerin aerodinamik tasarımı, ortam koşulları, dönme hızı ve havanın aşamalar arasında soğutulması ile belirlenir.
Bir santrifüjlü kompresör için akış, basınç ve güç arasındaki ilişkiler normal olarak belirtilen ortam koşullarına, soğutma suyuna ve uygulanan iç bileşenlere dayanan bir performans eğrisi kullanılarak ifade edilir. Sonuç olarak, performans - ve en önemlisi - basınç yetenekleri, ortam koşulları yıl boyunca değiştikçe değişir. Şekil 1'deki bu etkiyi göstermek için üç ortam koşul kümesinden örtüşen verilerden oluşan bir çalışma eğrisi kullanılır.
Şekil 1 - Santrifüj Kompresör Performans Eğrileri
Performans eğrisi iki parçadan oluşur: basınç-akış eğrisi ve güç-akış eğrisi. Basınç-akış eğrisi dikey eksende basınç ve yatay eksende akışa sahiptir. Güç akışı eğrisi dikey eksende güce ve yatay eksende akıma sahiptir. Her yatay eksen için akış değerleri, her bir basınç akış eğrisinin eşleşen bir güç akış eğrisine sahip olması için hizalanır. Doğal eğrinin, ortam sıcaklığı azaldıkça sağa ve nasıl hareket ettiğine dikkat edin. Akışa göre güç ve basınç için kırmızı eğrilere bakıldığında, soldan sağa hareket ederken, her iki eğriyi kesen dikey bir çizgi, söz konusu akış ve ortam koşulları için tasarım basıncını ve gücünü gösterir. Soldan sağa doğru hareket ederken, basınç düştükçe gücün başlangıçta nasıl arttığına ve sonra sağa doğru hareket ettikçe azaldığına dikkat edin. Bu, gücün basınçtaki bir değişiklikle doğrudan orantılı olmadığını göstermektedir. Bu ilişki iç bileşenlerin aerodinamik tasarımına dayanmaktadır. Radyal tasarımlı pervane kullanan bazı kompresörler, doğal dalgalanmadan hemen önce eğrinin tepesinde maksimum verime sahiptir. Geriye yaslanmış bir tasarım, basınç azaldıkça verimi artırabilir veya eğrinin bir noktasında en yüksek verimi elde edebilir ve daha sonra düşük basınçlarda düşebilir.
Kırmızı basınç-akış eğrisine referansla, basınç azaldıkça kompresörün akışının arttığına dikkat edin. Giriş tertibatı yüzde 100 açık olduğunda veya tertibatı açmanın giriş boğazı basıncı üzerinde hiçbir etkisi olmayacak kadar bir santrifüjlü kompresör doğal eğriye göre çalışır. Maksimum durumda çalışan bir kompresöre bazen tam yükte - veya akışın basınca göre değiştiği eğrinin aktif kısmında çalıştırma olarak adlandırılır. Basınç azaldıkça akış artar, ancak eğrinin eğiminin basınç azaldıkça nasıl değiştiğine dikkat edin. Nihayetinde eğri asimptotik hale gelir - düz yukarı ve aşağı - kompresör boğulma veya taş duvar olarak bilinen bir bölgeye girdiğinde.
Bu noktada, düşme basıncının akışta veya güçte bir değişiklik olmadığı çok azdır. Kompresör boğma noktasında veya altında çalışırken güç azalmıyor. Kompresör boğulduğunda, hız kompresörün bazı noktalarında sonik bir eşiğe ulaşmıştır. Ardından, kompresör, iç basıncı, kompresörün dışındaki boşaltma basıncından bağımsız olarak minimum bir değerde tutar. Temel olarak, iç basınç minimum bir iç basınca ulaşana kadar dış basınçtan düşmektedir. Bu minimum değerin altında, basınç sadece sistemde düşerken, iç basınç sonik hız sınırı tarafından sınırlanan minimum değerde kalır.
Üst basınç, kompresörün kinetik enerjiyi basınca dönüştürme kabiliyeti ile sınırlıdır. Bazı enerji dengelerinde, üretilen basınç iç basınçtan daha düşüktür ve bazen debi tersine çevirme veya dalgalanma denilen kararsızlığa neden olur. Kompresörün çalışması, aşırı gerilim basıncında veya buna yakın olarak kararsız. Basınç kabiliyeti veya doğal dalgalanma basıncı, yalnızca giriş havası yoğunluğu arttığında artabilir. Bu aynı fenomen, gaz kelebeği dalgası adı verilen minimum sabit bir akış koşulunda meydana gelir. Hava talebi, gerekli bir basınç için tedarikten daha azsa, giriş düzeneği, giriş boğaz basıncını ve akışını azaltarak modüle eder. Buna genel olarak modülasyonda, gaz kelebeği üzerinde veya sabit basınçta çalışan bir kompresör denir.
Santrifüj Kompresör Gücü Üzerindeki Basıncın Etkisi
Eğrinin aktif kısmı içindeki performansa bakıldığında, Şekil 2, deşarj basıncına göre akış ve güçteki ayrıntılı değişiklikleri göstermektedir.
Şekil 2 - Örnek Santrifüj Kompresör Performans Verileri
Şekil 2'deki veriler belirli bir santrifüj kompresör için test edilmiş performansa dayanmaktadır. 121 psig ve 111 psig'deki kompresör performansına bakıldığında, basıncı 121'den 111 psig'e düşürmek gücü sadece 5 beygir gücü ile azaltır. Bu, şaft gücünde% 0.35'ten daha az bir azalmayı temsil eder. Psig kuralı başına yüzde 0,5 (Bölüm 1: Hava Sistemi Basınç Etkilerine İlişkin Kompresör Gücü, Temmuz ayında Sıkıştırılmış Hava En İyi Uygulamaları konusunu uygulayan) geçerli değildir. Gerçekleşen 3.000 $ 'ın aksine, yılda 50.000 $' lık tahmini bir tasarrufla iktidarda yüzde 5'lik bir düşüş olacağını öngörmüştü. Bu örnekte, tasarruf tahminleri, gerçek değerin 16 katından fazlasına büyük ölçüde abartılabilir.
Bu örnekteki kompresör eğrinin aktif aralığında çalıştığından, akış ~ 100 scfm artar. Talebin aynı kaldığı ve kompresör gücünün doğrudan akıştaki değişiklikle orantılı olarak değiştiği varsayıldığında, kompresör şaftı gücü toplam 27 beygir gücü veya yüzde 1,8 oranında azalır. Bu, yanlış uygulanan hesaplamanın kullanılmasıyla 50.000 dolar yerine 18.000 dolar tasarruf sağlayarak, psig kural uyarınca yüzde 0.5 kullanılarak tahmin edilen tasarrufların yüzde 36'sından azdır. Kompresör normal olarak doğru uygulanmış bir giriş kılavuz kanatçığı kullanılarak modüle edilmiş bir durumda çalışıyorsa, şaft gücü yüzde 1,7 azalır.
Döner vidalı kompresörlerin aksine, santrifüjlü kompresör model numaralarının mutlaka kompresörün performansını temsil etmediğini not etmek önemlidir. Belirli bir dış döküm, tasarım ve motor için birkaç farklı çark / difüzör kombinasyonu kullanılabilir. Çark ve difüzörlerin kombinasyonu genel olarak kompresörün “aero” olarak adlandırılır. Belirli bir kompresör model numarası için birkaç farklı aero paketi kullanılabilir ve her birinin kendine özgü performans özelliği vardır. Üretici, kompresörlerin aynı aero kullanılarak üretildiğini onaylamadıkça, genel bir eğri, hatta aynı kompresör modelinden bir eğri bile kullanılamaz.
Ortamın zamana göre değişmesi durumunda, verilerin saha koşulları veya bir dizi koşul için düzeltilmesini sağlamak aynı derecede önemlidir. Referans Şekil l'de, üç eğri (soldan sağa), 95 ° F, 70 ° F ve 30 ° F'deki ortam koşullarından verileri temsil eder. Performans eğrisinin sıcaklığa göre nasıl değiştiğine bağlı olarak, yılda birkaç ay boğularak çalışan kompresör bulmak nadir değildir. Bu önemlidir, çünkü basınçla ilişkili enerji tasarrufu tahminleri, eğri üzerindeki zaman, sıcaklık ve konumu dikkate almalıdır. Bu veriler olmadan, basınçla ilişkili tasarrufları tahmin etme girişimleri yanıltıcı olabilir. Bazı durumlarda, basınç azaldıkça güç artabilir.
Santrifüj Kompresörler için Enerji Tasarrufu
Belirli bir kompresörün maksimum basınç kapasitesi, aero pakete, ortam koşullarına ve mekanik duruma dayanır. Maksimum çalışma basıncı, eğrinin tepesinde hareket eden kompresör ile sınırlıdır. Bu noktaya doğal dalgalanma basıncı denir. Referans Şekil 1, pembe yatay çizgi sabit basınç hattını temsil eder. Talep kompresörden gelen maksimum akıştan az olduğunda, giriş akışı azaltmak için kısılır. Giriş kılavuz kanatlarında, kompresör boğarken verim makul derecede sabit kalır. Boğulan güç, düşük güç akış eğrisinde çapraz çizgi olarak gösterilir. Santrifüjlü bir kompresör için minimum boğulan akış tasarıma göre sınırlandırılmıştır. Şekil 1'deki soldaki pembe yatay çizginin ardından, minimum sabit akış, sabit basınç hattının gaz kelebeği taşma hattını kesiştiği nokta tarafından belirlenir. Kompresör akışı bu kesişme noktasından daha düşük bir değerle sınırlamaya çalışırsa, kompresör yükselir. Açık nedenlerden dolayı, buna gaz kelebeği dalgası denir. Gaz kelebeği dalgalanma çizgisi, Şekil 1'de, basınç-akış grafiğindeki mavi çapraz çizgi olarak görülebilir.
Hava talebi bu minimum kısıtlamanın altındaysa, minimum stabil akış ve talep gereksinimleri arasındaki farkı telafi etmek için fazla hava atmosfere boşaltılır. Ne yazık ki, kompresör boğulmayı kestikten sonra güç değişmiyor. Sonuç olarak atmosfere salınan tüm hava boşa harcanır. Atmosfere atlanan hava ile sık sık çalışan bir kompresör için, basıncı düşürmek gaz kelebeği dalgalanmasının meydana geldiği akışı azaltır. Kontrol ayarlarını yaptıktan sonra, minimum akışta çalışan bir kompresör, gaz kelebeği dalgalanma akışına göre gaz kapasitesini artırarak gücü hala düşürür. Bu, yalnızca kompresör atmosfere hava atlarsa ve kumandalar kompresörün girişini modüle etmesine izin veriyorsa, bu durum gaz kapasitesini arttırır ve gücü azaltır. Bir kez daha, potansiyel düzeltmeleri ölçmek için saha tarafından düzeltilmiş performans eğrileri gerekir.
Bir kompresörü gaz kelebeğine yakın bir şekilde çalıştırma yeteneği, kontrol algoritmalarının karmaşıklığı, kullanılan gaz değişkeni ve kompresör PID halkalarının sistem dinamiğine göre nasıl ayarlandığı ile sınırlıdır. Şekil 1, kompresör gaz sınırını muhafazakar bir ayardan daha verimli bir ayara getirerek kompresör PID döngüsünü ayarlayarak güç kaybını göstermektedir, böylece kompresör reaksiyon hızları talep değişikliklerinin oranına uyacak şekildedir. Sistem kontrollerindeki ayarlamalar ile ilişkili güçteki değişim, Şekil 1'deki sabit basınç hattından kısılmış güç hattına dikey, mavi, mor ve kahverengi hatlara bakılarak görülebilir. Bu kompresör için, güç 160 hp azaltıldı sermaye yatırımı olmadan. Kompresör hala atmosfere hava atladı, ancak miktar, kompresörün gaz kelebeği dalgalanma değerine daha yakın modüle edilmesiyle bağlantılı olarak 980 scfm azaldı. Gaz kelebeği aşırı gerilim kontrol limitinin normalde bir sebepten yüksek olduğunu unutmayın. Yükseltilmiş ayarları etkileyen sorunları tanımlamak için uygun kök neden analizi gereklidir. Gelişmiş teknik detay ve analitik kullanarak yüzlerce santrifüj kompresör sistemini denetleyen bir kuruluş olarak Ingersoll Rand, düzeltici eylemlerin sistemler arasında önemli ölçüde değişiklik gösterebileceğini fark eder. Bazı durumlarda, 100 dolarlık bir yatırımla karmaşık bir sorunu düzelterek altı rakam tasarrufu gerçekleştirilebilir. Tersine, tasarruflar doğrulanamayan karmaşık ve pahalı düzeltmeler gerektirebilir.
Santrifüj Kompresör Performans Değerlendirmesi
Santrifüjlü bir kompresörün performansının, iç bileşenlerin mekanik olarak bozunması nedeniyle zaman içinde önemli ölçüde değişebileceğini belirtmek önemlidir. Her ne kadar döner düzeneklerle ilgili ana konular yüksek titreşim okumaları ile tanımlanabilse de, pervanelerin ve difüzörlerin erozyonu, titreşim üzerinde ihmal edilebilir bir etkisi olan bir santrifüj kompresörün güvenilirliğini ve verimliliğini önemli ölçüde azaltabilir. Bu nedenle, her santrifüjlü kompresör için düzenli olarak ve herhangi bir enerji tasarrufu projesinin parçası olarak bir performans değerlendirmesi yapılmalıdır. Kompresör performansının ayrıntılı testini ve analizini içermeyen herhangi bir basınçlı hava sistemi değerlendirmesi, yetersiz veya sorgulanabilir verilere sahip olacak ve denetçinin santrifüjlü kompresör yetkinliğinin bir göstergesi olabilir.
Santrifüjlü bir kompresörün önceki onarımlarının performansında önemli ölçüde değişiklik olabileceğini de belirtmek önemlidir. Bazı satış sonrası servis sağlayıcıları, orijinal tasarımla uyuşmayan iç aero bileşenlerini değiştirir. Bazı durumlarda, bileşenleri değiştirmek yerine, pervane kanatlarının aşındırılması ve montajların yeniden dengelenmesiyle maliyet tasarrufu sağlanabilir. Bu, titreşim sorunlarını giderir, ancak performansı önemli ölçüde değiştirebilir.
Şekil 1'deki eğriye referansla, bu kompresör 95 ° F koşulunda 135 psig verebilmektedir. Bu kompresör 90 psig ünite olarak satılıyorsa, birçok santrifüj servis sağlayıcısı doğal dalgalanma basıncını test eder ve bir performans testi olarak kabul eder. Santrifüjlü kompresör performans analitiği ve yerinde müdahaleci olmayan test prosedürlerinin geliştirilmesi ve doğrulanması konusunda birçok kompresör hava mühendisi ile birlikte çalışmış olması, kompresör performansını değerlendirmenin dalgalanma basıncını ve titreşimini test etmekten çok daha önemli olduğunu söylemek güvenlidir. Yaygın santrifüjlü kompresör servis varsayımları, sıcaklığa bakılmaksızın tasarım basıncının üstünde% 10-15'ten daha yüksek bir doğal dalgalanma basıncını normal olarak kabul eder. Sonuç olarak, Şekil l'deki kompresörü test eden ve 103 psig'den daha büyük bir doğal dalgalanma basıncına ulaşan dalgalanma, birçok kuruluş tarafından performansın pozitif doğrulaması olarak kabul edilir. Bu, kötü niyetli bir niyetle yapılmaz, bu makalenin başlangıcına, deneyim ve algılanan bilgi ile ilgili konulara geri bağlanır. Yanlış biçimlendirilmiş mühendisin, hiçbiri olmadığında 100.000 dolar tasarruf edebileceği gibi, birçok saha teknisyeni de söylenenleri yerine getireceklerini bir performans testi yaparak, istemeden bozulmuş kompresör performansını ve güvenilirliğini tanımlamayı ihmal edeceğini söyleyecektir.
--- http: //www.hqcompressor.com
