הבנת נחשולי מתח במדחסים
הגדרה: מה זה נחשול?
גאות (נקרא גם נחשול מדחס) הוא חוסר יציבות אווירודינמית אלימה במדחסים צנטריפוגליים וציריים שבה כל הזרימה דרך המדחס משנה כיוון מעת לעת, ויוצרת לחץ וזרימה מתנדנדים עם תדרים בדרך כלל בטווח של 0.5-10 הרץ. במהלך מחזור נחשול, הזרימה נעצרת לרגע או מתהפכת, הלחץ יורד, ואז הזרימה מתחדשת קדימה, הלחץ עולה והמחזור חוזר על עצמו. זה יוצר כוחות תנודתיים עצומים על הרוטור, ויוצרים תנודות חמורות. רֶטֶט, רעש בום חזק, ויכול להרוס מדחס תוך דקות אם לא יפסיקו לפעול מיד.
נחשול לחץ הוא ביסודו חוסר יציבות במערכת הכולל את המדחס ואת הצנרת/נפח שלו, ולא רק את המדחס בלבד. הוא מתרחש כאשר מנסים לפעול מעבר ליכולת עליית הלחץ של המדחס בקצבי זרימה נמוכים, ומניעתו דורשת מערכות בקרת נגד נחשולי לחץ ששומרות על הזרימה מעל קו הנחשולים.
מנגנון הנחשול
תיאור מחזור הנחשול
מחזור נחשול טיפוסי מתקדם באופן הבא:
- הפחתת זרימה: דרישת המערכת יורדת, הזרימה דרך המדחס פוחתת
- תחילת דוכן: בזרימה נמוכה מאוד, להבי המדחס נעצרים (הזרימה נפרדת)
- קריסת לחץ: מדחס שנתקע אינו יכול לשמור על לחץ פריקה
- היפוך זרימה: גז בלחץ גבוה בצנרת/פלנום הפריקה זורם אחורה דרך המדחס
- איזון לחץ: לחץ הפריקה יורד כאשר הגז זורם אחורה
- קורות חיים של זרימה קדימה: ברגע שהלחץ יורד, המדחס יכול שוב לזרום קדימה
- עליות לחץ: זרימה קדימה מגבירה את לחץ הפריקה
- חזרות מחזוריות: לחץ גבוה גורם שוב לעצירה, וחוזר על המחזור
תדירות נחשולי מתח
- נקבע על ידי נפח המערכת (צנרת, פלנומים, כלי קיבול) ומאפייני המדחס
- נפחים גדולים יותר → תדירות נחשולים נמוכה יותר
- טווח אופייני: 0.5-10 הרץ
- מערכות קטנות: 5-10 הרץ
- מערכות גדולות: 0.5-2 הרץ
- תדירות קבועה יחסית עבור מערכת נתונה
תנאים המובילים לנחשול
הפעלה מעבר לקו הנחשול
קו העלייה במפת ביצועי המדחס:
- קו נחשול: גבול הפעולה היציב ביותר שמאלי על מפת המדחס
- פעולה בטוחה: מימין לקו העלייה (זרימות גבוהות יותר)
- אזור נחשול: משמאל לקו הנחשול (לא יציב, אסור)
- מֶתַח: בדרך כלל מפעילים מרווח זרימה 10-20% מימין לקו העלייה
אירועים מפעילים
- הפחתת ביקוש: דרישת התהליך יורדת, הזרימה מופחתת
- הגבלת פריקה: סגירת שסתום או חסימה
- הפחתת מהירות: האטת המדחס ללא הפחתת זרימה פרופורציונלית
- שינויי צפיפות: שינויי משקל מולקולרי או טמפרטורה המשפיעים על מאפייני המדחס
- עֲכִירוּת: משקעי להבים מפחיתים את קיבולת המדחס
השפעות והשלכות
רֶטֶט
- מִשׂרַעַת: יכול להגיע ל-25-50 מ"מ/שנייה (1-2 אינץ'/שנייה) או יותר
- רכיב צירי: חמור במיוחד בכיוון הצירי
- תדר נמוך: פעימות של 0.5-10 הרץ
- מכונה שלמה: כל מכלול המדחס מתנדנד ורועד
נזק מכני
- כשל מיסב: עומסי הלם הורסים מיסבים תוך שעות
- נזק לאטם: תנועה צירית והיפוכי לחץ הורסים את האטמים
- נזק לפיר: כיפוף ומאמץ פיתול כתוצאה מהיפוך זרימה
- נזק ללהב: עומסים אווירודינמיים מתחלפים הגורמים לעייפות, שחרור אפשרי של הלהב
- נזק לצימוד: מצמדים הפוגעים בהלם פיתולי
- מיסב דחף: דחף מתחלף במהירות יכול להרוס את מיסב הדחף
השלכות התהליך
- תנודות לחץ וזרימה המשפיעות על תהליך הזרימה
- סטיות טמפרטורה ממחזורי דחיסה/התפשטות
- שיבושים אפשריים בתהליך או תקלות מערכת הבטיחות
- בעיות איכות מוצר כתוצאה מתנאים לא יציבים
גילוי
חתימת רטט
- התחלה פתאומית של פעימה בתדר נמוך בעלת משרעת גדולה
- תדר בטווח 0.5-10 הרץ
- חָמוּר רטט צירי
- משרעת לא יציבה, משתנה
חתימה אקוסטית
- צליל בום או צפצוף חזק
- פעימה קצבית נשמעת בתדר נחשול
- ייחודי ובלתי ניתן לטעות
אינדיקטורים של תהליך
- לחץ פריקה מתנדנד
- זרימה מתנדנדת (עשויה להפוך)
- תנודות טמפרטורה
- תנודות זרם המנוע
מניעה: בקרת נחשולי מתח
רכיבי מערכת נגד נחשולי מתח
שסתום מיחזור
- שסתום פעולה מהיר עוקף את פריקת המדחס ליניקה
- נפתח להגברת הזרימה בעת התקרבות לקו העלייה
- מותאם לספיקת מדחס מלאה במידת הצורך
מדידת זרימה ולחץ
- ניטור רציף של קצב הזרימה ועליית הלחץ
- שרטוט נקודת פעולה על מפת המדחס
- זיהוי גישה לקו נחשול
בַּקָר
- מחשב את המרחק לקו הנחשול
- פותח את שסתום המיחזור בעת התקרבות לנחשול (עם מרווח בטיחות).
- מערכות מודרניות משתמשות באלגוריתמים אדפטיביים
- זמן תגובה קריטי (דרישה אופיינית של פחות משנייה אחת)
נהלי הפעלה
- לעולם אל תפעל משמאל לקו העלייה
- שמור על מרווח זרימה 10-20% מפני נחשולי מתח
- שינויים הדרגתיים בעומס (הימנעו מירידות מהירות בביקוש)
- ודא את תפקוד מערכת נגד נחשולי מתח לפני ההפעלה
- בדוק את הגנה מפני נחשולי מתח באופן תקופתי
תגובת חירום
אם מתרחשת נחשול
- פעולה מיידית: פתחו את שסתום המיחזור באופן ידני אם המערכת האוטומטית נכשלה
- הגברת הזרימה: פתח פריקה, הפחת התנגדות, הפעל יחידות מקבילות
- הפחתת עליית לחץ: מדחס איטי אם מהירות משתנה
- כיבוי חירום: אם לא ניתן לעצור את הנחשול תוך 10-30 שניות
- אל תפעיל מחדש: עד לאיתור ותיקון הגורם
בדיקה לאחר נחשול
- בדוק אם יש נזק ללהב
- בדיקת מצב המיסב
- ודא את תקינות האטם
- בדיקת מיסב דחף
- בצע ניתוח רעידות לפני החזרה לשירות
נחשול לעומת אי יציבות אחרת
נחשול לעומת דוכן מסתובב
- לְהִתְנַחְשֵׁל: תנודת זרימה כלל-מערכתית, תדר נמוך מאוד (0.5-10 הרץ)
- דוכן מסתובב: תאי דוכן מקומיים המסתובבים סביב טבעת, בתדירות גבוהה יותר (מהירות רוטור 0.2-0.8×)
- חוּמרָה: נחשול הרסני יותר, עצירה עשויה להיות מבשר נחשול
נחשול לעומת מחזור
- לְהִתְנַחְשֵׁל: ספציפי למדחס, היפוך זרימה, חוסר יציבות במערכת
- מחזור: יכול להתרחש במשאבות או מדחסים, היפוך זרימה מקומי, פחות חמור
- קֶשֶׁר: מחזור יכול להוביל לעומס יתר במדחסים
נחשולי גז הם מצב ההפעלה המסוכן ביותר עבור מדחסים צנטריפוגליים וציריים, המסוגלים להרוס ציוד תוך דקות. הבנת מנגנון הנחשולים, זיהוי גבולות קווי הנחשולים, יישום בקרת מניעת נחשולי גז יעילה ושמירה על שולי תפעול נאותים הם קריטיים ביותר לפעולה בטוחה של המדחס ביישומי דחיסת גז תעשייתיים.
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 