Grunnleggende om sentrifugal luftkompressor del II - Forstå den grunnleggende ytelseskurven

Av Hank van Ormer, medvirkende redaktør

Del I forklarte nødvendig terminologi for å forstå sentrifugale operasjoner. Del II gjennomgår typiske driftsytelseskurver og hvordan du tolker dem.

En sentrifugal luftkompressor fungerer over en rekke strømmer og utløpstrykk. Driftsytelseskurven er formet av de valgte interne komponenter og påvirkes av driftsforhold som innløpstrykk, innløpstemperatur og kjølevannstemperatur.

Prosessen med dynamisk kompresjon, anvendt i et sentrifugalkompressordriftstrinn, er hastighet og kinetisk energi omdannet til trykk og temperatur når strømmen er begrenset. En annen betegnelse for denne prosessen er massestrøm - kraftkravet for å levere den nominelle CFM for strømning ved det nominelle trykket (psig) bestemmes av luftens vekt (noen produsenter bruker også uttrykket “tetthet”).

Effektbehovet i denne typen komprimeringsprosesser, når de interne designdelene ikke blir vurdert, er i utgangspunktet avhengig av vekten av luften som går gjennom maskinen. Ignorering av delbelastninger styrer alt som vil øke eller redusere vekten på luften som går gjennom trinnene til endelig flyt, og trykk vil ha en direkte innvirkning på inngangseffekten.

Figur 1a. Effekt av innløpstemperatur på utløpstrykk

Figur 1b. Effekt av innløpstemperatur på strøm

Å øke innløpstemperaturen vil gjøre den totale faste luftstrømmen lettere og levere mindre brukbar luft til brukeren (scfm) og redusere inngangseffektbehovet. Kaldere temperaturer vil gi den motsatte effekten.

Å redusere innløpstrykket (høyde, negativt kompressorromtrykk, skittent / dårlig størrelse innløpsfilter) vil lette trykkluftstrømmen (CFM) som beveger seg gjennom trinnene, noe som resulterer i mindre brukbar luft (scfm) ved redusert inngangseffektbehov. Høyere innløpstrykk vil ha motsatt effekt.

Å øke kjølevannstemperaturene vil igjen ha den samme "lysende" effekten på trykkluften gjennom trinnene og effektbehovene som de foregående forholdene.

Den faktiske nettoeffekten av noen av disse forholdene er avhengig av den faktiske ytelseskurven og aerodynamiske egenskaper ved designen. Dette er også tilfelle med utløpstrykk med et fast hjul, eller løpehjul / diffusor / hastighet, kompressortrinn.

Å øke utløpstrykket vil normalt etterlate effekten av å heve vekten av trykkluftstrømmen gjennom trinnene som vil resultere i mindre strøm av brukbar luft (scfm) ofte ved eller i nærheten av den samme inngangseffekten. Å senke trykket vil ofte tillate mer strøm ved samme eller lignende kraftinngang. Faktisk maskinspesifikk ytelse dekkes senere i dette dokumentet.

Forstå sentrifugalprodusentens driftskurver

Data skal utjevnes til:

• SCFM eller Nm ³ / t på full og delbelastning

• Inngangseffekt ved kW

• Trykk enten i psig eller bar (bare ved bruk av psia for å konvertere fra icfm / acfm til scfm)

Figur 2. Typiske sentrifugale ytelseskurver

Hva er Turndown, Stonewall og Rise to Surge?

Når et løpehjul er designet og et hastighetsinnstilt, etableres energien som et pund luft vil absorbere når det passerer gjennom pumpehjulet.

En sentrifugalkompressor vil levere et halvt kilo luft med en konstant energiforbruk - vinter eller sommer. Det faktiske volumet av innløpsluft som skal komprimeres, vil variere i en periode med innløpstilstanden for trykk og temperatur.

Rise to Surge : Etterhvert som det produseres mer trykkluft enn nødvendig, må sentrifugalkompressoren fjerne eller levere mindre luft for å unngå overtrykk. Hver sentrifugalkompressor har et maksimalt trykk den kan nå for spesifikke innløpsbetingelser som vil føre til at luftstrømmen snur og bølger , og stenger av kompressoren for å unngå skade på vibrasjonene.

Dette er en forenkling av overspenningsvirkningen, men hver enhet har en økning til overspenningsgrense eller maksimalt trykk. Nedslagning er prosentandelen under full belastningsstrøm kompressoren kan kjøre uten å få en bølge. For eksempel betyr 15% avslag at enheten kan kjøre med 85% flyt eller høyere, som utstyrt uten å slå bølgen. Ved større turndown vil den være nær eller ved bølge.

Stonewall : På et tidspunkt, når utslippet faller og luften strømmer gjennom økningen ved full belastning, vil de fysiske begrensningene ikke tillate mer luft gjennom trinnene - dette punktet er kjent som stonewall . Fortsatt drift på eller utover dette punktet kan forårsake så høye strømningshastigheter med større trykkforskjell at løpehjulene ikke helt vil fylle skovlområdene og en kavitasjonslignende handling vil oppstå som skaper en annen type bølger med potensielt skadelige vibrasjoner.

Figur 3 er en prøvepresentasjon av en generell produsents ytelseskurve og dataene kan utvikles til en forutsigbar og sannsynlig faktisk anslått driftseffektivitet.

Figur 3. Prøveytelseskurver for fulllastekompressor ved 125 psig

• 2 050 kHz ved 125 psig ved 430 HK (x 7457 = 321 kW)

• Turndown 1.535 cfm ved 125 psig ved 345 HK (x .7457 = 257 kW)

Bruke de sentrifugale driftsytelseskurvene for systemoptimalisering

Å jobbe med en OEM-leverandør og deres driftsytelseskurver effektivt vil bidra til å føre til en vellykket applikasjon. For at brukeren skal gi OEM-leverandøren de nødvendige dataene, skal brukeren være kjent med informasjonen som presenteres for å forstå og be om betydelige tilleggsdata som:

• Hva er driftsegenskapene til løpehjulet / diffusoren med tanke på overspenningspunkt, avvikling, spesifikk kraft full belastning, etc.

• Hva er settet med standard løpehjul / diffuser for mer turndown-evne?

Kapasitetskontroller og inngangsveiledning Vans

Driftsytelseskurvene i figur 4 viser at det var to forskjellige delbelastningsinngang kW-verdier for innløpsfuglventilen (IBV) og innløpsstyringsskovlen (IGV). Som alle ting i sentrifugaler, er de faktiske data maskinspesifikke.

Hvorfor er alt dette meningsfylt?

Når sentrifugalkompressoren slik den er konstruert og anvendt går tom for turndown, kan den ikke fortsette å produsere trykkluft som systemet ikke kan ta så i bunn og grunn at en av to ting skjer:

• En kapasitetskontroll tilgjengelig fra nesten alle produsenter tømmer kompressoren ved å lukke innløpsventilen og åpne avstengingsventilen, slik at enheten kan gå på tomgang ved redusert inngangseffekt uten luftstrøm.

En ytterligere foredling lar motoren slå av. jo større induksjonsmotor, jo færre starter per time eller per dag. Denne typen kontroll kan være veldig effektiv og er også lagringsavhengig fordi omlasting og eller omstart av 100 psig-klassenheten kan ta opptil 1 minutt eller mer. Høyt trykk (500 til 550 psig) enheter kan ta opptil 3 minutter til for å få full belastning.

• Den mest brukte kapasitetskontrollen er avblåsingen. Når enheten når full avslag (som justert), åpnes avblåsningsventilen og blåser av overflødig kapasitet til atmosfæren. Inngang kW vil ikke lenger redusere i det hele tatt uavhengig av reduksjon i luftbehov.

Figur 4. Sammenligning av sentrifugalkompressorkontroll

Typiske innløpsguider

Figur 4 viser DOE (Department of Energy) generert ytelseskurve for standard IBV (innløp sommerfuglventil) eller IGV (innløp guide vinge) innløpskontroller med en nominell 30% turndown.

IGV-ene tillater ikke mer avslag, men de tillater avslag med bedre effektivitet ved å redusere turbulensstapet til luften som kommer inn i løpehjulene.

Den tredje kurven vist på figur 4 representerer en ny sentrifugaldriftteknologi med magnetiske lagermotorer. Denne kontrollen er veldig effektiv VSD (frekvensomformer) fra 100% til 75% med inngangseffekten direkte proporsjonal. Ved full avslutning losses enheten på 7 til 12 sekunder og kan lastes på 12 til 15 sekunder. Effektiv drift krever passende lagring.

Hva med kjølevannets utslippstrykk?

Tabell 1 viser en enkelt enhet prosjektert ytelse ved 85 ° F kjølevann og 60 ° F kjølevann ved forskjellige utløpstrykk.

Tabell 1. Enhet med 135 psig Natural Surge Point ved 85 ° F kjølevæske og 60 ° F kjølevæske

ME = nominell 0,95

Tabell 1 Merknader: Fra 125 psig utløpstrykk (85 ° F kjølevann) til 100 psig utløpstrykk (60 ° F kjølevann), går strømmen fra 1,572 acfm til 1,707 acfm; akselkraften går fra 334 hk til 335 hk (175 acfm mer for 1 hk); og turndown går fra 35,8% til 51,2%.

Lærdommer

Dette dokumentet ble laget for å identifisere og forklare definisjonene bak sentrifugale ytelsesdata og dets betydning. Med denne informasjonen kan brukeren samarbeide med sin lokale OEM-leverandør og / eller tekniske ingeniørgrupper for å velge og bruke riktig enhet for å passe til de spesifikke nettstedforholdene på en optimal måte.

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