Inzicht in de capaciteitsregeling van de centrifugale luchtcompressor

Door Rick Stasyshan en Ian Macleod, perslucht- en gasinstituut

Compressed Air Best Practices® (CABP) Magazine heeft onlangs de technische adviseur van Rick Stasyshan, Compressed Air and Gas Institute (CAGI) en Ian Macleod van de CAGI Centrifugal Compressor Section en lid Ingersoll Rand ingehaald.

CABP: Heren, bedankt voor de reeks artikelen over centrifugaalcompressoren. Waarom heb je voor dit interview de capaciteitsregeling van de centrifugaalcompressor geselecteerd en kun je een korte introductie geven?

CAGI: CAGI en onze centrifugaalklanten delen een gemeenschappelijk belang en doel - het maximaliseren van de efficiëntie van het compressorsysteem en het optimaliseren van het energieverbruik van het systeem. Omdat de capaciteitsregeling op een centrifugaalcompressor een beetje complexer is dan compressortypes met positieve verplaatsing, is het raadzaam altijd een door de fabriek opgeleide technicus te raadplegen. De leden van de Centrifugale Compressorsectie van CAGI kunnen die hulp bieden.

Centrifugaalcompressoren zijn dynamisch en hebben elk een karakteristieke curve van stijgende druk naarmate de capaciteit afneemt. Zonder enig regelsysteem zou de compressor volgens deze natuurlijke curve werken. Het debiet en de druk van een centrifugaalcompressor worden typisch geregeld door een combinatie van een inlaatregelapparaat en een losklep (UV).

CABP: Kun je samenvatten hoe deze apparaten in combinatie werken om de gewenste resultaten te bereiken en delen welke opties mogelijk beschikbaar zijn?

CAGI: Nou, omdat de bedieningselementen van een centrifugaalcompressor een beetje ingewikkelder zijn, zullen we lezers door de systemen en de beschikbare opties leiden.

Oplossingen voor inlaatregeling

De inlaat kan worden gesmoord op een dynamische compressor om de capaciteit van de compressor continu te verminderen. De minimale stroom wordt bepaald wanneer de drukverhouding de pomplimiet bereikt en de machine de maximale druk bereikt. Het regelbereik, of turndown, wordt bepaald door het ontwerp van de machine. Turndown wordt bijvoorbeeld beïnvloed door het aantal trappen en het waaierontwerp. Het regelbereik wordt ook beïnvloed door externe factoren, zoals inlaatluchtomstandigheden (temperatuur, druk en vochtigheid) en koelmiddeltemperatuur.

Inlaatbedieningsapparaten

Hier volgen twee methoden om de inlaat te smoren:

Inlaat vlinderklep (IBV): De inlaat vlinderklep kan elektronisch of pneumatisch worden aangedreven en wanneer deze sluit, creëert deze een drukval over de klep, waardoor de inlaatdruk in de compressor effectief wordt verminderd en de capaciteit van de compressor om druk te maken en vervolgens te stromen wordt gesmoord .

Inlaatgeleideschoepen of (IGV's): de inlaatgeleideschoepen kunnen ook elektronisch of pneumatisch worden aangedreven en bestaan uit een reeks radiale bladen die in de inlaat zijn aangebracht. Deze schoepen, in de wijd open positie, zijn evenwijdig aan de luchtstroom en staan bij volledig gesloten 90 graden ten opzichte van de luchtstroom. Wanneer de geleideschoepen van volledig open naar gedeeltelijk gesloten worden gedraaid, veroorzaken ze het aangezogen gas in dezelfde richting als de waaier. De voorwerveling verandert de invalshoek van de binnenkomende lucht wanneer deze het inductiegedeelte van de waaier nadert, waardoor de benodigde energie voor het produceren van druk en stroming effectief wordt verminderd. Het gebruik van IGV's kan de compressor effectief smoren met het extra voordeel dat deze efficiënter is. Afhankelijk van waar u op de compressorcurve werkt, kan een gebruiker tot 9 procent meer efficiëntie zien dan standaard IBV-smoring.

Het belastingsinstelpunt van een centrifugaalcompressor bevindt zich meestal op een gegeven druk, dus wanneer de systeemdruk onder een bepaald niveau daalt, zal de compressor laden.

Regel- en regelsysteem voor centrifugaalcompressoren

1. Auto-Dual Control (zie figuur 1)

De standaardregeling wordt bereikt door middel van een inlaatvlinderklep (IBV) of inlaatgeleideschoepen (IGV's) en controller.

Het instelpunt van de persdruk van de compressor wordt op het gewenste niveau ingesteld en de IBV of IGV's moduleren de compressorinlaat om een constante persdruk over het regelbereik (B®C) te handhaven.

Op het minimale smoorpunt (C) stopt de IBV- of IGV-klep met sluiten, waardoor de persdruk kan stijgen naar het instelpunt van de ontlading. Op dit moment zal de compressor lossen, de IBV of IGV sluiten en een losklep gaat volledig open.

De compressor blijft in de onbelaste toestand totdat de compressor de volledige belasting hervat en de cyclus wordt herhaald. De herlaadtijd varieert in deze besturingsmethode en afhankelijk van de opslagcapaciteiten van het systeem ten opzichte van de vraagschommelingen, kan het raadzaam zijn om maatregelen (extra persluchtopslag) te installeren om het proces en de compressor tegen kortsluiting te beschermen.

Als de compressor niet binnen een vaste tijdsperiode hoeft te herladen, kan de unit worden geconfigureerd om uit te schakelen en te stoppen. De controller start automatisch opnieuw en laadt als reactie op de systeemdruk die naar het belastingsinstelpunt (A) daalt.

2. Constante drukregeling met modulerende ontlastingsregeling (UV) (zie afbeelding 2)

Deze besturingsmethode maakt gebruik van de IBV of IGV, een modulerende UV en een controller.

Het instelpunt van de persdruk van de compressor zal op het gewenste niveau worden ingesteld en de IBV of IGV zal de compressorinlaat moduleren om een constante persdruk over het regelbereik (A®B) te handhaven.

Op het minimum smoorpunt (B) wordt de positie van de IBV / IGV als vastgehouden en begint de ontlastklep (UV) te moduleren.

Op deze manier wordt een constante persdruk gehandhaafd over het volledige werkbereik van de compressor (A®C).

Sommige bedieningselementen kunnen ook zorgen voor een te programmeren maximale losklep (UV). Dit stelt de eigenaar in staat om inefficiënte werking te minimaliseren tijdens perioden van lage vraag door het lossen te beperken tot een punt tussen (B®C).

Het constante drukregelsysteem is ontworpen om de luchtafvoer continu te regelen terwijl de netto drukschommelingen tot een minimum worden beperkt. Constante druk is van cruciaal belang in veel toepassingen.

Impact van externe factoren op de regelgeving

CABP: U zei dat regulering in hoge mate kan worden beïnvloed door externe factoren, zoals tegendruk, zuigtemperatuur en koeltemperatuur. Misschien is een toekomstig interview over dit onderwerp op zijn plaats, maar kun je ons een voorproefje en een beknopte versie van deze gevolgen geven?

CAGI: Het effect van variabelen op de centrifugale prestaties wordt eenvoudig grafisch weergegeven.

Typische turndown-verhoudingen voor een centrifugaalontwerp zijn 30 tot 40 procent bij gebruik in automatische dubbele modus. Het percentage is afhankelijk van de inlaatluchtcondities zoals hierboven vermeld en zal meestal groter zijn bij koude temperaturen en kleiner in warme zomeromstandigheden. In het centrifugale ontwerp is er een wisselwerking tussen de aerodynamische efficiëntie en turndown. Grotere turndowns kunnen worden bereikt, maar resulteren in een lagere aerodynamische efficiëntie. Deze analyse moet worden gemaakt in samenwerking met de fabrikant op basis van vereiste stroomprofielen om het optimale systeemontwerp te bepalen.

Deze cijfers tonen het effect van variabelen zoals inlaattemperatuur, inlaatdruk en koelwatertemperatuur.

Hoe een piek optreedt in centrifugale compressoren

CABP: U noemde het fenomeen van schommelingen. Kunt u uitweiden wanneer dit mogelijk zou kunnen gebeuren?

CAGI: Surge is het fenomeen van aerodynamische instabiliteit die kan optreden in centrifugaalcompressoren. De drukstijging in centrifugale compressoren wordt gecreëerd door een hoge snelheid (kinetische energie) aan het stroompad van lucht door de waaier te geven. De latere omzetting van snelheid in druk (potentiële energie) vindt plaats in de diffusor en mogelijk in het slakkenhuis, als de compressor zo is uitgerust.

Vanwege deze beperking kan geen enkele compressietrap de drukkop boven een limiet van ongeveer 2,5 verhoudingen verhogen (afhankelijk van het ontwerp).

Als de centrifugaalcompressor tijdens de werking van de compressor stroomt, wordt deze beschouwd als onstabiel te werken. Fabrikanten houden rekening met piekgebeurtenissen bij het ontwerpen van hun compressoren, en dus het optreden van een enkele of zelfs meerdere stroomstoten zal de levensduur niet verminderen of de compressor beschadigen. Er moet een gekwalificeerde technicus worden gebeld als er herhaaldelijk een piek optreedt. Fabrikanten gebruiken allemaal overspanning anticipatie controle om een betrouwbare werking te garanderen. Er zijn verschillende methoden om overspanningscontrole te bereiken.

Overspanningscontrole en bescherming

CABP: Hoe beheerst en beschermt u tegen deze situaties die zich voordoen tijdens het gebruik?

CAGI: Onze leden hebben overspanningsbestrijding en -bescherming in hun producten ontworpen. Overspanning is een situatie die kan worden vermeden. Overspanningsregeling en bescherming zijn beschikbaar voor zowel automatische dubbele als constante drukregelsystemen. Als onderdeel van het opstarten van het systeem stoten technici de compressor handmatig op om het besturingssysteem in te stellen.

1. Motorstroomregeling:

De motorstroom kan worden gecorreleerd met de compressorstroom. Naarmate de stroom afneemt, neemt ook de motorstroom af. Dit kan worden gecorreleerd met het piekpunt van de compressor. Met deze regeling, wanneer de motor de minimale ingestelde stroomwaarde bereikt, begint de ontlastklep te openen om te voorkomen dat de compressor stroomt. Deze methode is eenvoudig en duidelijk, maar optimaliseert niet altijd het daadwerkelijke uitschakelbereik van de compressor.

2. Optimalisatie van overspanning anticipatie:

Om de overspanning anticipatiecontrole te optimaliseren, bewaakt de controller de werkelijke positie van de overspanningsleiding ten opzichte van de bestaande omgevingsinlaatomstandigheden, en voorkomt dat de compressor overspant door de ontlastklep te openen wanneer de compressorstroom het piekpunt bereikt. Deze regeling optimaliseert de uitschakeling en laat de compressor draaien bij werkelijke uitschakeling op basis van bestaande omgevingsinlaatomstandigheden.

Moderne besturingssystemen die door de meeste fabrikanten worden gebruikt, zorgen voor een probleemloze, betrouwbare en efficiënte werking. Met verschillende besturingsmethoden om uit te kiezen, kunnen klanten hun centrifugaalcompressorprestaties optimaliseren om aan de toepassingsbehoeften te voldoen. Inzicht in de impact van omgevingsomstandigheden op de prestaties van de compressor zorgt voor een verdere verbetering van de betrouwbaarheid en efficiëntie.

CABP: Bedankt voor dit overzicht. Kun je onze lezers vertellen hoe ze meer informatie of hulp over deze onderwerpen kunnen krijgen?

CAGI: CAGI's leden van de centrifugaalcompressorsectie, waaronder Atlas Copco, Cameron, FS Elliott en Ingersoll Rand, hebben technici opgeleid om gebruikers te helpen en te begeleiden bij het selecteren van de juiste maat en opties van de centrifugaalcompressor voor hun werking. Een evaluatie van het compressorsysteem wordt aanbevolen bij het upgraden en / of vervangen van bestaande systemen om ervoor te zorgen dat de systeemprestaties worden gemaximaliseerd. Onze leden kunnen ook helpen bij de bediening van bestaande apparatuur en systemen.

Neem voor meer informatie over CAGI, haar leden, persluchttoepassingen of antwoorden op al uw persluchtvragen contact op met het Instituut voor perslucht en gas. De educatieve bronnen van CAGI omvatten e-learningcursussen op de SmartSite, selectiehandleidingen en video's, evenals het handboek voor perslucht en gas.

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