Pochopení pulzování v kompresorech

Zařízení

Přenosný vyvažovač a analyzátor vibrací Balanset-1A

$2,358.31

Díly

Snímač vibrací

$107.47

Díly

Optický senzor (laserový otáčkoměr)

$148.07

Zařízení

Balanset-4

$8,123.32

Díly

Magnetický stojan Insize-60-kgf

$54.93

Díly

Reflexní páska

$11.94

Zařízení

Dynamický balancer "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definice: Co je to Surging?

Vzrůstající (také nazývaný přepěťový ráz) je prudká aerodynamická nestabilita v odstředivých a axiálních kompresorech, kdy celý tok kompresorem periodicky mění směr, což vytváří oscilující tlak a průtok s frekvencemi typicky v rozsahu 0,5-10 Hz. Během cyklu přepěťového rázu se průtok na okamžik zastaví nebo obrátí, tlak klesne, poté se průtok obnoví dopředu, tlak stoupne a cyklus se opakuje. To vytváří obrovské kolísavé síly na rotoru, což způsobuje silné vibrace, hlasitý dunivý zvuk a pokud se kompresor okamžitě nezastaví, může jej během několika minut zničit.

Přepěťový ráz je v podstatě nestabilita systému zahrnující kompresor a jeho potrubí/objem, nikoli pouze kompresor samotný. Dochází k němu při pokusu o provoz nad tlakovou kapacitu kompresoru při nízkých průtocích a jeho prevence vyžaduje systémy proti přepěťovému rázu, které udržují průtok nad hladinou přepěťového rázu.

Mechanismus přepětí

Popis přepěťového cyklu

Typický cyklus přepětí probíhá následovně:

1. Snížení průtoku: Požadavky systému se snižují, průtok kompresorem se snižuje
2. Začátek zastavení: Při velmi nízkém průtoku se lopatky kompresoru zastaví (průtok se oddělí)
3. Tlakový kolaps: Zastavený kompresor nedokáže udržet výtlačný tlak
4. Obrácení toku: Vysokotlaký plyn ve výtlačném potrubí/plénu proudí zpět kompresorem
5. Vyrovnání tlaku: Výtlačný tlak klesá, když plyn proudí zpět
6. Obnovení dopředného toku: Jakmile tlak klesne, kompresor může opět proudit dopředu
7. Tlak stoupá: Proudění vpřed zvyšuje výtlačný tlak
8. Opakování cyklu: Vysoký tlak opět způsobí zastavení a cyklus se opakuje.

Přepěťová frekvence

• Určeno objemem systému (potrubí, plenum, nádoby) a charakteristikami kompresoru
• Větší objemy → nižší frekvence přepětí
• Typický rozsah: 0,5–10 Hz
• Malé systémy: 5–10 Hz
• Velké systémy: 0,5–2 Hz
• Frekvence relativně konstantní pro daný systém

Podmínky vedoucí k přepětí

Provoz za přepěťovou linkou

Krivka přepouštění na mapě výkonu kompresoru:

• Přepěťová linka: Levější stabilní provozní hranice na mapě kompresoru
• Bezpečný provoz: Napravo od linie přepětí (vyšší průtoky)
• Přepěťová zóna: Nalevo od linie přepětí (nestabilní, zakázané)
• Okraj: Typicky se používá průtoková rezerva 10-20% vpravo od přepouštěcího potrubí

Spouštěcí události

• Snížení poptávky: Požadavky na procesy klesají, tok se snižuje
• Omezení vypouštění: Uzavření nebo zablokování ventilu
• Snížení rychlosti: Zpomalení kompresoru bez proporcionálního snížení průtoku
• Změny hustoty: Změny molekulové hmotnosti nebo teploty ovlivňující charakteristiky kompresoru
• Znečištění: Usazeniny na lopatkách snižují výkon kompresoru

Účinky a důsledky

Vibrace

• Amplituda: Může dosáhnout 25–50 mm/s (1–2 palce/s) nebo více
• Axiální složka: Obzvláště silné v axiálním směru
• Nízká frekvence: Pulzace 0,5–10 Hz
• Celý stroj: Celá sestava kompresoru se kymácí a třese

Mechanické poškození

• Selhání ložiska: Rázové zatížení zničí ložiska během několika hodin
• Poškození těsnění: Axiální pohyb a změny tlaku ničí těsnění
• Poškození hřídele: Ohybové a torzní napětí z obrácení proudění
• Poškození čepele: Střídavé aerodynamické zatížení způsobující únavu materiálu, možné uvolnění lopatek
• Poškození spojky: Spojky poškozující torzní rázy
• Axiální ložisko: Rychle se střídající axiální síla může zničit axiální ložisko

Důsledky procesu

• Kolísání tlaku a průtoku ovlivňující následný proces
• Teplotní výkyvy z cyklů komprese/expanze
• Možné narušení procesu nebo vypnutí bezpečnostních systémů
• Problémy s kvalitou produktů v důsledku nestabilních podmínek

Detekce

Vibrační podpis

• Náhlý nástup nízkofrekvenční pulzace s velkou amplitudou
• Frekvence v rozsahu 0,5-10 Hz
• Těžké axiální vibrace
• Nestabilní, proměnlivá amplituda

Akustický podpis

• Hlasitý dunivý nebo svištivý zvuk
• Rytmická pulzace slyšitelná při přepěťové frekvenci
• Výrazný a nezaměnitelný

Ukazatele procesu

• Oscilační výtlačný tlak
• Oscilační tok (může se obrátit)
• Kolísání teploty
• Kolísání proudu motoru

Prevence: Ochrana proti přepětí

Součásti systému proti přepětí

Recyklační ventil

• Rychle působící ventil obtokující výtlačný a sací ventil kompresoru
• Otevírá se pro zvýšení průtoku při přiblížení k přepouštěcímu potrubí
• V případě potřeby dimenzováno pro plný průtok kompresoru

Měření průtoku a tlaku

• Nepřetržité sledování průtoku a nárůstu tlaku
• Zakreslení provozního bodu na mapu kompresoru
• Detekce přiblížení k přepěstovacímu potrubí

Ovladač

• Vypočítá vzdálenost k linii přepětí
• Otevírá recirkulační ventil při blížícím se přepětí (s bezpečnostní rezervou)
• Moderní systémy používají adaptivní algoritmy
• Doba odezvy kritická (< 1 sekunda (typický požadavek)

Provozní postupy

• Nikdy nepracujte nalevo od přepouštěcího potrubí.
• Udržujte rezervu průtoku 10-20% proti přepětí
• Postupné změny zatížení (vyhněte se náhlým poklesům poptávky)
• Před spuštěním ověřte funkčnost protipřepěťového systému
• Pravidelně testujte ochranu proti přepětí

Reakce na mimořádné události

Pokud dojde k přepětí

1. Okamžitá akce: Pokud selhal automatický systém, otevřete recyklační ventil ručně.
2. Zvýšení průtoku: Otevření výboje, snížení odporu, spuštění paralelních jednotek
3. Snížení nárůstu tlaku: Pomalý kompresor při proměnných otáčkách
4. Nouzové vypnutí: Pokud nelze přepětí zastavit během 10–30 sekund
5. Nerestartovat: Dokud není zjištěna a odstraněna příčina

Inspekce po přepětí

• Zkontrolujte, zda není čepel poškozena
• Zkontrolujte stav ložiska
• Ověřte neporušenost těsnění
• Zkontrolujte axiální ložisko
• Před opětovným uvedením do provozu proveďte analýzu vibrací

Přepětí vs. jiné nestability

Přepětí vs. rotující zablokování

• Přepětí: Oscilace průtoku v celém systému, velmi nízká frekvence (0,5–10 Hz)
• Otočný stánek: Lokalizované zastavovací buňky rotující kolem prstence, vyšší frekvence (0,2–0,8× otáčky rotoru)
• Závažnost: Přepětí je ničivější, zastavení může být předzvěstí přepětí

Přepětí vs. recirkulace

• Přepětí: Specifické pro kompresor, obrácení proudění, nestabilita systému
• Recirkulace: Může se vyskytnout v čerpadlech nebo kompresorech, lokalizované obrácení proudění, méně závažné
• Vztah: Recirkulace může vést k přetížení kompresorů

Přepěťové vlnění je nejnebezpečnějším provozním stavem odstředivých a axiálních kompresorů, který může během několika minut zničit zařízení. Pochopení mechanismu přepěťového vlnění, rozpoznání hranic přepěťových linií, zavedení účinné ochrany proti přepěťovému vlnění a udržování správných provozních rezerv je naprosto zásadní pro bezpečný provoz kompresoru v průmyslových aplikacích komprese plynu.

---

← Zpět na hlavní index