Razumijevanje udarnih valova u kompresorima

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,353.83

Parts

Vibration sensor

$107.26

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$147.78

Devices

Balanset-4

$8,107.90

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.82

Parts

Reflective tape

$11.92

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,067.80

Definicija: Što je porast?

Rastući (također se naziva i udarni val kompresora) je nasilna aerodinamička nestabilnost u centrifugalnim i aksijalnim kompresorima gdje cijeli protok kroz kompresor periodično mijenja smjer, stvarajući oscilirajući tlak i protok s frekvencijama obično u rasponu od 0,5-10 Hz. Tijekom ciklusa udarnog vala, protok se trenutno zaustavlja ili preokreće, tlak pada, zatim se protok nastavlja naprijed, tlak raste i ciklus se ponavlja. To stvara ogromne fluktuirajuće sile na rotoru, uzrokujući ozbiljne vibracija, glasan tutnjajući zvuk i može uništiti kompresor za nekoliko minuta ako se odmah ne zaustavi.

Prenapon je u osnovi nestabilnost sustava koja uključuje kompresor i njegove cijevi/volumen, ne samo kompresor sam. Do njega dolazi pri pokušaju rada izvan mogućnosti porasta tlaka kompresora pri niskim protocima, a sprječavanje zahtijeva sustave protiv prenapona koji održavaju protok iznad linije prenapona.

Mehanizam prenapona

Opis ciklusa prenapona

Tipičan ciklus prenapona napreduje na sljedeći način:

1. Smanjenje protoka: Potražnja sustava se smanjuje, protok kroz kompresor se smanjuje
2. Početak zastoja: Pri vrlo niskom protoku, lopatice kompresora se zaustavljaju (tok se odvaja)
3. Pad pritiska: Zaustavljeni kompresor ne može održavati tlak ispuha
4. Obraćanje toka: Visokotlačni plin u ispusnom cjevovodu/plenumu struji natrag kroz kompresor
5. Izjednačavanje tlaka: Tlak pražnjenja pada kako plin teče unatrag
6. Nastavak protoka naprijed: Nakon što tlak padne, kompresor ponovno može teći naprijed
7. Tlak raste: Protok naprijed povećava tlak ispuha
8. Ponavljanja ciklusa: Visoki tlak ponovno uzrokuje zastoj, ponavljajući ciklus

Frekvencija prenapona

• Određeno volumenom sustava (cjevovodi, plenumi, posude) i karakteristikama kompresora
• Veći volumeni → niža frekvencija prenapona
• Tipični raspon: 0,5-10 Hz
• Mali sustavi: 5-10 Hz
• Veliki sustavi: 0,5-2 Hz
• Frekvencija relativno konstantna za dani sustav

Uvjeti koji dovode do prenapona

Rad izvan prenaponske linije

Linija udarnog tlaka na karti performansi kompresora:

• Prenaponska linija: Krajnja lijeva stabilna radna granica na mapi kompresora
• Siguran rad: Desno od linije uzvišenja (veći protoci)
• Zona prenapona: Lijevo od linije uzvišenja (nestabilno, zabranjeno)
• Margina: Obično se koristi 10-20% granica protoka desno od vodova za preopterećenje

Pokretanje događaja

• Smanjenje potražnje: Potražnja procesa pada, protok se smanjuje
• Ograničenje pražnjenja: Zatvaranje ili blokada ventila
• Smanjenje brzine: Usporavanje kompresora bez proporcionalnog smanjenja protoka
• Promjene gustoće: Promjene molekularne težine ili temperature koje utječu na karakteristike kompresora
• Obraštaj: Naslage na lopaticama smanjuju kapacitet kompresora

Učinci i posljedice

Vibration

• Amplituda: Može doseći 25-50 mm/s (1-2 in/s) ili više
• Aksijalna komponenta: Posebno teško u aksijalnom smjeru
• Niska frekvencija: Pulsacije od 0,5-10 Hz
• Cijeli stroj: Cijeli sklop kompresora se ljulja i trese

Mehanička oštećenja

• Kvar ležaja: Udarna opterećenja uništavaju ležajeve u roku od nekoliko sati
• Oštećenje pečata: Aksijalno kretanje i promjene tlaka uništavaju brtve
• Oštećenje osovine: Savijanje i torzijski napon zbog preokreta toka
• Oštećenje oštrice: Izmjenična aerodinamička opterećenja uzrokuju zamor, moguće oslobađanje lopatice
• Oštećenje spojnice: Spojnice oštećene torzionim udarom
• Aksijalni ležaj: Brzo izmjenjivi potisak može uništiti aksijalni ležaj

Posljedice procesa

• Oscilacije tlaka i protoka koje utječu na nizvodni proces
• Temperaturna odstupanja iz ciklusa kompresije/ekspanzije
• Mogući poremećaji u procesu ili isključenja sigurnosnih sustava
• Problemi s kvalitetom proizvoda zbog nestabilnih uvjeta

Otkrivanje

Vibracijski potpis

• Iznenadni početak pulsiranja niske frekvencije velike amplitude
• Frekvencija u rasponu od 0,5-10 Hz
• Teško aksijalne vibracije
• Nestabilna, promjenjiva amplituda

Akustični potpis

• Glasan zvuk tutnjave ili šuštanja
• Ritmička pulsacija čujna na udarnoj frekvenciji
• Prepoznatljiv i nepogrešiv

Pokazatelji procesa

• Oscilirajući tlak pražnjenja
• Oscilirajući tok (može se okrenuti)
• Temperaturne fluktuacije
• Fluktuacije struje motora

Prevencija: Kontrola prenapona

Komponente sustava protiv prenapona

Reciklni ventil

• Brzodjelujući ventil koji zaobilazi ispuh kompresora prema usisu
• Otvara se kako bi se povećao protok pri približavanju liniji za povećanje tlaka
• Dimenzionirano za puni protok kompresora ako je potrebno

Mjerenje protoka i tlaka

• Kontinuirano praćenje protoka i porasta tlaka
• Ucrtajte radnu točku na mapu kompresora
• Otkrivanje pristupa liniji prenapona

Kontroler

• Izračunava udaljenost do linije prenapona
• Otvara recirkulacijski ventil pri približavanju prenapona (s sigurnosnom marginom)
• Moderni sustavi koriste adaptivne algoritme
• Vrijeme odziva kritično (< 1 sekunda (tipični zahtjev)

Operativni postupci

• Nikada ne radite lijevo od vodova za pritisak.
• Održavajte marginu protoka 10-20% od prenapona
• Postupne promjene opterećenja (izbjegavajte nagle padove potražnje)
• Prije pokretanja provjerite funkcionalnost sustava protiv prenapona
• Povremeno testirajte anti-surge zaštitu

Hitni odgovor

Ako dođe do prenapona

1. Hitna akcija: Ručno otvorite recirkulacijski ventil ako automatski sustav ne uspije
2. Povećanje protoka: Otvorite pražnjenje, smanjite otpor, pokrenite paralelne jedinice
3. Smanjite porast tlaka: Spor kompresor ako je promjenjiva brzina
4. Hitno gašenje: Ako se prenapon ne može zaustaviti unutar 10-30 sekundi
5. Ne ponovno pokretanje: Dok se uzrok ne utvrdi i ne otkloni

Inspekcija nakon prenapona

• Pregledajte ima li oštećenja oštrice
• Provjerite stanje ležaja
• Provjerite integritet pečata
• Ispitajte aksijalni ležaj
• Izvršite analizu vibracija prije ponovnog puštanja u pogon

Prenapon u odnosu na druge nestabilnosti

Prenapon u odnosu na rotirajući zastoj

• Prenapon: Oscilacija protoka u cijelom sustavu, vrlo niska frekvencija (0,5-10 Hz)
• Rotirajuća kabina: Lokalizirane ćelije zastoja koje se okreću oko prstena, viša frekvencija (0,2-0,8× brzina rotora)
• Ozbiljnost: Val je destruktivniji, zastoj bi mogao biti preteča vala

Prenapon u odnosu na recirkulaciju

• Prenapon: Specifično za kompresor, preokretanje protoka, nestabilnost sustava
• Recirkulacija: Može se pojaviti u pumpama ili kompresorima, lokalizirani preokret protoka, manje ozbiljno
• Odnos: Recirkulacija može dovesti do prenapona u kompresorima

Prenapon je najopasniji radni uvjet za centrifugalne i aksijalne kompresore, sposoban uništiti opremu u nekoliko minuta. Razumijevanje mehanizma prenapona, prepoznavanje granica linije prenapona, provedba učinkovite kontrole protiv prenapona i održavanje odgovarajućih radnih margina apsolutno su ključni za siguran rad kompresora u industrijskim primjenama kompresije plina.

---

← Natrag na glavni indeks