آشنایی با سرجینگ در کمپرسورها
موج زدن — که اغلب به سادگی «شوک کمپرسور» نامیده میشود — یک ناپایداری آیرودینامیکی شدید در کمپرسورهای گریزانی و محوری است که در آن کل جریان عبوری از دستگاه بهطور دورهای جهت خود را معکوس میکند. نتیجه آن فشار و جریان نوسانی است، معمولاً با فرکانسهای ۰.۵–۱۰ هرتز. در هر چرخهٔ نوسانی جریان برای لحظهای متوقف یا معکوس میشود، فشار تخلیه فرو میریزد، سپس جریان رو به جلو از سر گرفته میشود و فشار دوباره برقرار میگردد و چرخه تکرار میشود. این معکوسشدنها نیروهای نوسانی عظیمی را بر روتور وارد میکنند که باعث تولید اثرات شدید میشوند. لرزش — بهویژه در محوری جهت — صدای بلند و مهیب، و توانایی نابود کردن یک کمپرسور در عرض چند دقیقه در صورتی که فوراً متوقف نشود.
سورج اساساً یک سیستم ناپایداریای که کمپرسور را همراه با لولهکشیها و محفظهٔ متصل به آن در بر میگیرد، نه ویژگیِ صرفاً کمپرسور. این نپایداری زمانی رخ میدهد که دستگاه در جریان پایین از توان افزایش فشار خود فراتر رود، و جلوگیری از آن نیازمند کنترل ضدسرج است که جریان را بهطور ایمن بالاتر از خط سرج نگه میدارد.
۱. مکانیزم هجوم
چرخه جهش
یک چرخهٔ افزایش معمولی از طریق یک توالی تکرارشونده پیشرفت میکند:
- کاهش جریان: تقاضای سیستم کاهش مییابد، بنابراین دبی عبوری از کمپرسور کاهش مییابد.
- آغاز توقف: در جریان بسیار کم، تیغهزنی متوقف میشود و جریان از سطوح تیغه جدا میگردد.
- فروپاشی فشار: کمپرسور از کار افتاده دیگر نمیتواند فشار خروجی خود را حفظ کند.
- معکوس جریان: گاز تحت فشار بالا که در لولههای خروجی یا فضای مشترک (پلنوم) به دام افتاده است، به سمت عقب از داخل کمپرسور رانده میشود.
- برابری فشار: فشار تخلیه با فرار گاز به عقب کاهش مییابد.
- جریان رو به جلو از سر گرفته میشود: پس از کاهش فشار، کمپرسور میتواند دوباره گاز را به جلو حرکت دهد.
- فشار افزایش مییابد: جریان رو به جلو که دوباره برقرار شده، فشار تخلیه را بازسازی میکند.
- تکرار چرخه: فشار بالا دوباره ماشین را متوقف میکند و حلقه ادامه مییابد.
فرکانس موج صعودی
- تعیینشده توسط حجم سیستم (لولهکشی، فضاهای plenum، مخازن) همراه با مشخصات کمپرسور.
- حجمهای بزرگتر فرکانس جهش را کاهش میدهند.
- محدودهٔ معمول: ۰٫۵–۱۰ هرتز.
- سیستمهای کوچک: تقریباً ۵–۱۰ هرتز.
- سیستمهای بزرگ: تقریباً ۰.۵–۲ هرتز.
- فرکانس برای یک سیستم معین نسبتاً ثابت باقی میماند.
این فرکانس پایین و ثابت سیستم کاملاً در محدودهٔ کاری یک آنالیزور قابلحمل قرار دارد. شایان ذکر است که بالانس-1a این دستگاه ارتعاش را از ۵ هرتز به بالا اندازهگیری میکند، بنابراین چرخههای اوج فرکانسبالای سیستمهای کوچک در محدودهٔ آن قرار میگیرند؛ با این حال، تشخیص کلیدی کمتر به فرکانس دقیق مربوط است و بیشتر به الگوی آشکار تپش کمفرکانس، عمدتاً محوری، بزرگ و ناپایدار است که ناگهان ظاهر میشود.
۲. شرایطی که منجر به افزایش ناگهانی فشار میشوند
عملیات فراتر از خط طغیان
نقشه عملکرد هر کمپرسور دارای یک خط سرج است که حد پایدار آن را تعریف میکند:
- خط اوج: محدودهی عملیاتی پایدارترین در سمت چپ نقشه.
- عملکرد ایمن: در سمت راست خط، در دبیهای بالاتر.
- منطقه طوفانی: سمت چپ خط — قلمرو ناپایدار و ممنوعه.
- حاشیه: دستگاهها معمولاً با حاشیه جریان ۱۰–۲۰۱TP4T در سمت راست خط Surge به کار گرفته میشوند.
رویدادهای محرک
- کاهش تقاضا: فرآیند کمتر میکشد، بنابراین جریان به سمت خط سرج کاهش مییابد.
- محدودیت ترشحات: بستن شیر یا گرفتگی در مسیر پاییندست.
- کاهش سرعت: کاهش سرعت کمپرسور بدون کاهش متناسب در جریان مورد نیاز.
- تغییرات چگالی: تغییرات در وزن مولکولی گاز یا دما که مشخصهی کمپرسور را جابجا میکنند.
- رسوب: رسوبات تیغه که به مرور زمان ظرفیت دستگاه را کاهش میدهند.
۳. اثرات و پیامدها
لرزش
- دامنه: میتواند به ۲۵–۵۰ میلیمتر بر ثانیه (۱–۲ اینچ بر ثانیه) یا بیشتر برسد.
- مخروط دوار: بهویژه شدید در امتداد محور شفت.
- فرکانس پایین: تپشهای ۰.۵–۱۰ هرتز.
- حرکت کل ماشین: تمام مجموعه کمپرسور تکان میخورد و میلرزد.
آسیب مکانیکی
- خرابی یاتاقان: بارهای ضربه میتوانند یاتاقانها را در عرض چند ساعت از بین ببرند.
- آسیب آببندی: حرکت محوری و تغییرات ناگهانی فشار، آببندها را از بین میبرد.
- آسیب شفت: استرس خمشی و پیچشی ناشی از معکوس شدن جریان.
- آسیب تیغه: بارهای آیرودینامیکی متناوب باعث میشوند خستگی و میتواند به آزادسازی تیغه منجر شود.
- آسیب کوپلینگ: شوک پیچشی به کوپلینگها آسیب میرساند.
- یاتاقان محوری: گشتاور محوری متناوب سریع میتواند نابود کند یاتاقان محوری — اغلب اولین قربانی یک افزایش.
پیامدهای فرآیند
- تلاطمهای فشار و جریان به فرآیند پاییندستی منتقل میشوند.
- تغییرات دما ناشی از تراکم و انبساط مکرر است.
- ممکن است اختلالات فرآیندی یا فعالسازی سیستمهای ایمنی رخ دهد.
- کیفیت محصول ممکن است در شرایط ناپایدار آسیب ببیند.
۴. تشخیص
امضای ارتعاش
- شروع ناگهانی ضربان قلب با دامنه بزرگ و فرکانس پایین
- فرکانس در محدودهٔ ۰٫۵ تا ۱۰ هرتز.
- شدید ارتعاش محوری.
- ناپایدار، دامنهٔ همواره متغیر.
آن امضا روی یک ... متمایز است. طیف ارتعاش و روی یک شکل موج زمانی: یک انفجار ناگهانی انرژی بسیار پایینتر سرعت کارکرد, ، غالب در کانال محوری، که به جای ثابت ماندن، منبسط و منقبض میشود. نظارت بر ارتعاش نصب روی یاتاقان رانش کمپرسور یکی از سریعترین راهها برای تشخیص سرج در حال وقوع است، زیرا نوسان محوری در آنجا قویترین ثبت را دارد.
امضای صوتی
- صدای بلند و طنینانداز یا وزوزکننده.
- تپش ریتمیک قابل شنیدن در فرکانس نوسان.
- متمایز و برای هر کسی که آن را شنیده باشد، غیرقابل اشتباه.
شاخصهای فرآیند
- فشار تخلیه نوسانی.
- جریان نوسانی که ممکن است در واقع معکوس شود.
- تغییرات دما.
- تغییرات جریان موتور.
۵. پیشگیری: کنترل افزایش ناگهانی
اجزای سیستم
شیر بازیافت. شیر سریعالعملی که گاز تخلیه را به سمت مکش منحرف میکند. این شیر با نزدیک شدن نقطهٔ عملیاتی به خط نوسان باز میشود تا جریان را افزایش دهد و در صورت نیاز بهگونهای انتخاب میشود که بتواند تمام جریان کمپرسور را تأمین کند.
اندازهگیری جریان و فشار. نظارت مداوم بر نرخ جریان و افزایش فشار، نقطهٔ عملیاتی زنده را روی نقشهٔ کمپرسور ترسیم میکند و هرگونه نزدیکشدن به خط سرج را تشخیص میدهد.
کنترلکننده. کنترلکننده فاصله تا خط surge را محاسبه میکند، با نزدیک شدن به surge شیر بازیافت را با حاشیه ایمنی باز میکند و در تأسیسات مدرن از الگوریتمهای تطبیقی استفاده میکند. زمان پاسخگویی حیاتی است و معمولاً نیاز به اقدام در کمتر از یک ثانیه دارد.
روندهای عملیاتی
- هرگز در سمت چپ خط سرج کار نکنید.
- حاشیه جریان ۱۰–۲۰۱TP4T را در برابر افزایش ناگهانی حفظ کنید.
- تغییرات بار را بهتدریج اعمال کنید و از کاهش ناگهانی تقاضا اجتناب کنید.
- قبل از هر راهاندازی، صحت عملکرد سیستم ضد افزایش ناگهانی را بررسی کنید.
- سیستم ضد هجوم را بهطور دورهای آزمایش کنید.
۶. واکنش اضطراری
در صورت وقوع افزایش ناگهانی
- اقدام فوری: اگر سیستم خودکار از کار افتاده است، شیر بازیافت را بهصورت دستی باز کنید.
- افزایش جریان: دشارژ را باز کنید، مقاومت را کاهش دهید یا واحدهای موازی را راهاندازی کنید.
- کاهش افزایش فشار: اگر کمپرسور دور متغیر است، سرعت آن را کاهش دهید.
- خاموش کردن اضطراری: اگر افزایش فشار در عرض ۱۰ تا ۳۰ ثانیه متوقف نشود، دستگاه را قطع کنید.
- باز راهاندازی نکنید: تا زمانی که علت شناسایی و اصلاح نشده باشد.
بازرسی پس از موج
- برای آسیب دیدن تیغه بازرسی کنید.
- وضعیت یاتاقان را بررسی کنید.
- یکپارچگی مهر را تأیید کنید.
- یاتاقان رانش را بررسی کنید.
- اجرا تحلیل ارتعاشات پیش از بازگرداندن دستگاه به سرویس — یک طیف پایه هرگونه تغییر جدید را آشکار خواهد کرد. عدم تعادل, ناهمترازی یا آسیب یاتاقان ناشی از حادثه.
۷. جهش در مقابل سایر بیثباتیها
سورج در مقابل استال چرخشی
- موج: یک نوسان جریان در کل سیستم با فرکانس بسیار پایین (۰.۵–۱۰ هرتز).
- غرفه چرخان: سلولهای توقف موضعی که با فرکانس بالاتری، معمولاً ۰٫۲–۰٫۸ برابر سرعت روتور، حول حلقه میچرخند، آن را در میان ... قرار میدهند. زیرهمزمان پدیدهها.
- شدت: رگبار مخربتر از این دو است؛ توقف چرخشی میتواند پیشدرآمدی بر رگبار باشد.
افزایش فشار در برابر گردش مجدد
- موج: برگشت جریان در کل سیستم، مختص کمپرسور.
- گردش مجدد: میتواند در پمپها یا کمپرسورها رخ دهد، یک معکوس شدن موضعی جریان است و عموماً شدت کمتری دارد.
- رابطه: گردش مجدد میتواند در کمپرسورها به موج فشار کامل تبدیل شود.
سرج خطرناکترین وضعیت عملیاتی برای کمپرسورهای گریز از مرکز و محوری است که میتواند تجهیزات را در عرض چند دقیقه نابود کند. درک مکانیزم سرج، شناسایی مرز خط سرج، اجرای کنترلهای مؤثر ضدسرج و حفظ حاشیه عملیاتی مناسب برای بهرهبرداری ایمن از کمپرسورها در خدمات فشردهسازی گاز صنعتی کاملاً حیاتی است.
