Κατανόηση της υπερτάσης στους συμπιεστές
Ορισμός: Τι είναι το Surging;
Ογκούμενος (ονομάζεται επίσης κύμα υπερτάσεων συμπιεστή) είναι μια βίαιη αεροδυναμική αστάθεια σε φυγοκεντρικούς και αξονικούς συμπιεστές όπου ολόκληρη η ροή μέσω του συμπιεστή αντιστρέφει περιοδικά την κατεύθυνση, δημιουργώντας ταλαντούμενη πίεση και ροή με συχνότητες συνήθως στην περιοχή των 0,5-10 Hz. Κατά τη διάρκεια ενός κύκλου υπερτάσεων, η ροή σταματά ή αντιστρέφεται στιγμιαία, η πίεση πέφτει, στη συνέχεια η ροή συνεχίζει προς τα εμπρός, η πίεση αυξάνεται και ο κύκλος επαναλαμβάνεται. Αυτό δημιουργεί τεράστιες διακυμάνσεις δυνάμεων στον ρότορα, προκαλώντας σοβαρές δόνηση, δυνατός, βρυχηθμός και μπορεί να καταστρέψει έναν συμπιεστή μέσα σε λίγα λεπτά, αν δεν σταματήσει αμέσως.
Η υπέρταση είναι ουσιαστικά μια αστάθεια συστήματος που αφορά τον συμπιεστή και τις σωληνώσεις/όγκο του, όχι μόνο τον συμπιεστή μόνο. Εμφανίζεται όταν επιχειρείται λειτουργία πέρα από την ικανότητα αύξησης πίεσης του συμπιεστή σε χαμηλούς ρυθμούς ροής και η πρόληψη απαιτεί συστήματα ελέγχου κατά των υπερτάσεων που διατηρούν τη ροή πάνω από τη γραμμή υπερτάσεων.
Ο Μηχανισμός Κύματος
Περιγραφή κύκλου υπερτάσεων
Ένας τυπικός κύκλος υπερτάσεων εξελίσσεται ως εξής:
- Μείωση Ροής: Η ζήτηση του συστήματος μειώνεται, η ροή μέσω του συμπιεστή μειώνεται
- Έναρξη Στάθλησης: Σε πολύ χαμηλή ροή, τα πτερύγια του συμπιεστή σταματούν (η ροή διαχωρίζεται)
- Κατάρρευση πίεσης: Ο σταματημένος συμπιεστής δεν μπορεί να διατηρήσει την πίεση κατάθλιψης
- Αντιστροφή Ροής: Το αέριο υψηλής πίεσης στις σωληνώσεις/πλένουμ κατάθλιψης ρέει προς τα πίσω μέσω του συμπιεστή
- Εξίσωση πίεσης: Η πίεση εκκένωσης μειώνεται καθώς το αέριο ρέει προς τα πίσω
- Συνεχίζεται η ροή προς τα εμπρός: Μόλις πέσει η πίεση, ο συμπιεστής μπορεί να κινηθεί ξανά προς τα εμπρός.
- Αύξηση πίεσης: Η ροή προς τα εμπρός αυξάνει την πίεση εκκένωσης
- Επαναλήψεις κύκλων: Η υψηλή πίεση προκαλεί ξανά μπλοκάρισμα, επαναλαμβάνοντας τον κύκλο
Συχνότητα υπερτάσεων
- Καθορίζεται από τον όγκο του συστήματος (σωληνώσεις, θάλαμοι, δοχεία) και τα χαρακτηριστικά του συμπιεστή
- Μεγαλύτεροι όγκοι → χαμηλότερη συχνότητα υπερτάσεων
- Τυπικό εύρος: 0,5-10 Hz
- Μικρά συστήματα: 5-10 Hz
- Μεγάλα συστήματα: 0,5-2 Hz
- Συχνότητα σχετικά σταθερή για ένα δεδομένο σύστημα
Συνθήκες που οδηγούν σε έξαρση
Λειτουργώντας πέρα από τη γραμμή υπερτάσεων
Η γραμμή υπερτάσεων στον χάρτη απόδοσης συμπιεστή:
- Γραμμή υπερτάσεων: Αριστερά σταθερό όριο λειτουργίας στον χάρτη συμπιεστή
- Ασφαλής λειτουργία: Δεξιά της γραμμής υπερτάσεων (υψηλότερες ροές)
- Ζώνη υπερτάσεων: Αριστερά της γραμμής υπερτάσεων (ασταθής, απαγορευμένη)
- Περιθώριο: Συνήθως λειτουργεί με το περιθώριο ροής 10-20% δεξιά από τη γραμμή υπερτάσεων
Ενεργοποιητικά Γεγονότα
- Μείωση της ζήτησης: Η ζήτηση διεργασίας μειώνεται, η ροή μειώνεται
- Περιορισμός απαλλαγής: Κλείσιμο ή απόφραξη βαλβίδας
- Μείωση ταχύτητας: Επιβράδυνση συμπιεστή χωρίς αναλογική μείωση ροής
- Αλλαγές πυκνότητας: Αλλαγές στο μοριακό βάρος ή τη θερμοκρασία που επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά του συμπιεστή
- Ρύπανση: Επικαθίσεις λεπίδων που μειώνουν την χωρητικότητα του συμπιεστή
Επιπτώσεις και Συνέπειες
Δονήσεις
- Πλάτος: Μπορεί να φτάσει τα 25-50 mm/s (1-2 in/s) ή και περισσότερο
- Αξονικό στοιχείο: Ιδιαίτερα αυστηρή στην αξονική κατεύθυνση
- Χαμηλή συχνότητα: Παλμοί 0,5-10 Hz
- Ολόκληρη η μηχανή: Ολόκληρο το συγκρότημα του συμπιεστή τρέμει και τρέμει
Μηχανική ζημιά
- Βλάβη ρουλεμάν: Τα κρουστικά φορτία καταστρέφουν τα ρουλεμάν σε ώρες.
- Ζημιά στη στεγανοποίηση: Η αξονική κίνηση και οι αντιστροφές πίεσης καταστρέφουν τις σφραγίδες
- Ζημιά άξονα: Κάμψη και στρεπτική τάση από την αντιστροφή της ροής
- Ζημιά στη λεπίδα: Εναλλασσόμενα αεροδυναμικά φορτία που προκαλούν κόπωση, πιθανή απελευθέρωση πτερυγίων
- Ζημιά συνδέσμου: Σύνδεσμοι που προκαλούν ζημιά από στρεπτικά κρούσεις
- Ρουλεμάν ώσης: Η ταχέως εναλλασσόμενη ώθηση μπορεί να καταστρέψει το ωστικό ρουλεμάν
Συνέπειες της διαδικασίας
- Ταλαντώσεις πίεσης και ροής που επηρεάζουν την κατάντη διεργασία
- Διακυμάνσεις θερμοκρασίας από κύκλους συμπίεσης/διαστολής
- Πιθανές διαταραχές στη διαδικασία ή σφάλματα στο σύστημα ασφαλείας
- Προβλήματα ποιότητας προϊόντων από ασταθείς συνθήκες
Ανίχνευση
Υπογραφή δόνησης
- Αιφνίδια έναρξη παλμών χαμηλής συχνότητας μεγάλου πλάτους
- Συχνότητα στην περιοχή 0,5-10 Hz
- Αυστηρός αξονική δόνηση
- Ασταθές, μεταβαλλόμενο πλάτος
Ακουστική Υπογραφή
- Δυνατός ήχος βρυχηθμού ή συριγμού
- Ρυθμικός παλμός που ακούγεται σε συχνότητα υπερτάσεων
- Ξεχωριστό και αδιαμφισβήτητο
Δείκτες Διαδικασίας
- Ταλαντούμενη πίεση εκκένωσης
- Ταλαντούμενη ροή (μπορεί να αντιστραφεί)
- Διακυμάνσεις θερμοκρασίας
- Διακυμάνσεις ρεύματος κινητήρα
Πρόληψη: Έλεγχος κατά των υπερτάσεων
Στοιχεία συστήματος αντι-υπερτασικών κυμάτων
Βαλβίδα ανακύκλωσης
- Βαλβίδα ταχείας δράσης που παρακάμπτει την εκκένωση του συμπιεστή στην αναρρόφηση
- Ανοίγει για αύξηση της ροής όταν πλησιάζει η γραμμή υπερχείλισης
- Διαστασιολογημένο για πλήρη ροή συμπιεστή, εάν χρειάζεται
Μέτρηση Ροής και Πίεσης
- Συνεχής παρακολούθηση του ρυθμού ροής και της αύξησης της πίεσης
- Σχεδιάστε το σημείο λειτουργίας στον χάρτη του συμπιεστή
- Εντοπισμός προσέγγισης στη γραμμή υπερτάσεων
Ελεγκτής
- Υπολογίζει την απόσταση από τη γραμμή υπερτάσεων
- Ανοίγει τη βαλβίδα ανακύκλωσης όταν πλησιάζει η υπέρταση (με περιθώριο ασφαλείας)
- Τα σύγχρονα συστήματα χρησιμοποιούν προσαρμοστικούς αλγόριθμους
- Κρίσιμος χρόνος απόκρισης (< 1 δευτερόλεπτο τυπική απαίτηση)
Λειτουργικές Διαδικασίες
- Ποτέ μην λειτουργείτε αριστερά από τη γραμμή υπερτάσεων
- Διατήρηση περιθωρίου ροής 10-20% από την υπέρταση
- Σταδιακές αλλαγές φορτίου (αποφυγή απότομης πτώσης της ζήτησης)
- Επαληθεύστε τη λειτουργία του συστήματος αντι-υπερθέρμανσης πριν από την εκκίνηση
- Ελέγξτε την αντικραδασμική προστασία περιοδικά
Αντιμετώπιση έκτακτης ανάγκης
Εάν παρουσιαστεί κύμα
- Άμεση Δράση: Ανοίξτε τη βαλβίδα ανακύκλωσης χειροκίνητα εάν το αυτόματο σύστημα παρουσιάσει βλάβη
- Αύξηση Ροής: Ανοιχτή εκκένωση, μείωση αντίστασης, έναρξη παράλληλων μονάδων
- Μείωση της αύξησης της πίεσης: Αργός συμπιεστής εάν η ταχύτητα είναι μεταβλητή
- Έκτακτη διακοπή λειτουργίας: Εάν η υπέρταση δεν μπορεί να σταματήσει εντός 10-30 δευτερολέπτων
- Μην κάνετε επανεκκίνηση: Μέχρι να εντοπιστεί και να διορθωθεί η αιτία
Επιθεώρηση μετά από υπερτασική επέμβαση
- Ελέγξτε για ζημιά στη λεπίδα
- Ελέγξτε την κατάσταση του ρουλεμάν
- Επαληθεύστε την ακεραιότητα της σφραγίδας
- Εξετάστε το ωστικό ρουλεμάν
- Εκτελέστε ανάλυση κραδασμών πριν από την επιστροφή στην υπηρεσία
Απότομη αύξηση έναντι άλλων ασταθειών
Κύμα έναντι περιστρεφόμενης στάσης
- Μέγα κύμα: Ταλάντωση ροής σε ολόκληρο το σύστημα, πολύ χαμηλή συχνότητα (0,5-10 Hz)
- Περιστρεφόμενο περίπτερο: Εντοπισμένα κελιά ακινητοποίησης που περιστρέφονται γύρω από τον δακτύλιο, υψηλότερη συχνότητα (0,2-0,8× ταχύτητα ρότορα)
- Αυστηρότητα: Το κύμα είναι πιο καταστροφικό, η στασιμότητα μπορεί να είναι πρόδρομος του κύματος
Κύμα έναντι ανακυκλοφορίας
- Μέγα κύμα: Ειδικό για συμπιεστή, αντιστροφή ροής, αστάθεια συστήματος
- Ανακυκλοφορία: Μπορεί να εμφανιστεί σε αντλίες ή συμπιεστές, εντοπισμένη αντιστροφή ροής, λιγότερο σοβαρή
- Σχέση: Η ανακυκλοφορία μπορεί να οδηγήσει σε υπερφόρτωση των συμπιεστών
Η υπερτάση είναι η πιο επικίνδυνη λειτουργική συνθήκη για τους φυγοκεντρικούς και αξονικούς συμπιεστές, ικανή να καταστρέψει τον εξοπλισμό μέσα σε λίγα λεπτά. Η κατανόηση του μηχανισμού υπερτάσεων, η αναγνώριση των ορίων των γραμμών υπερτάσεων, η εφαρμογή αποτελεσματικού ελέγχου κατά των υπερτάσεων και η διατήρηση των κατάλληλων περιθωρίων λειτουργίας είναι απολύτως κρίσιμα για την ασφαλή λειτουργία του συμπιεστή σε βιομηχανικές εφαρμογές συμπίεσης αερίου.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 