Компрессорлардағы бастырылуды түсіну
Surging — жиі жай ғана компрессор сержі деп аталады — орталықтан тепкіш және осьтік компрессорлардағы күшті аэродинамикалық тұрақсыздық болып табылады; мұнда машина арқылы өтетін жалпы ағын кезеңді түрде бағытын өзгертеді. Нәтижесінде, әдетте мына жиіліктерде қысым мен ағынның тербелісі пайда болады: 0.5–10 Hz. Әрбір сердж циклінде ағын сәтімен тоқтайды немесе кері бағытқа өзгереді, шығу қысымы кенет төмендейді, содан кейін тура ағын қалпына келіп, қысым өседі де цикл қайталанады. Бұл кері айналулар ротормен үлкен тербелмелі күштер тудырады, нәтижесінде қатты vibration — әсіресе axial direction — a loud booming noise, and the capacity to destroy a compressor within minutes if it is not stopped at once.
Бастырылу негізінен system тұрақсыздық болып табылады және компрессорды, оған қосылған құбырлар мен көлемді бірге қамтиды — бұл тек компрессордың жеке қасиеті емес. Ол ашық ағында машина өзінің қысымды арттыру мүмкіндігінен асып кеткенде туындайды; оның алдын алу үшін ағынды сердж сызығынан жоғары ұстайтын антисердж басқару жүйесі қажет.
1. Бастырылу механизмі
Бастырылу циклі
Әдеттегі бастырылу циклі қайталанатын реттілікпен дамиды:
- Ағынның азаюы: жүйеге сұраныс төмендейді, сондықтан компрессор арқылы өтетін ағын кемиді.
- Stall onset: өте аз ағында қалақтар тоқтайды және ағын қалақ беттерінен бөлінеді.
- Қысымның күйреуі: тоқтаған компрессор шығу қысымын ұстап тұра алмайды.
- Flow reversal: шығару құбырында немесе камерада жиналған жоғары қысымды газ компрессор арқылы кері ағады.
- Қысымды теңестіру: газ кері ағып кеткен сайын шығару қысымы төмендейді.
- Тікелей ағын қалпына келеді: қысым түскеннен кейін компрессор газды қайта алға жылжыта алады.
- Қысым артады: жаңартылған тікелей ағын шығару қысымын қайтадан қалыптастырады.
- Cycle repeats: жоғары қысым машинаны қайта тежейді және цикл жалғаса береді.
Сурж жиілігі
- Жүйе көлемімен (құбырлар, камералар, ыдыстар) және компрессордың’ сипаттамаларымен анықталады.
- Үлкен көлемдер сурж жиілігін төмендетеді.
- Әдеттегі ауқым: 0.5–10 Гц.
- Шағын жүйелер: шамамен 5–10 Гц.
- Ірі жүйелер: шамамен 0.5–2 Гц.
- Берілген жүйе үшін жиілік салыстырмалы түрде тұрақты болып қалады.
Бұл төмен, жүйемен бекітілген жиілік портативті анализатордың жұмыс ауқымында орналасқан. Атап айтқанда, Балансет-1А 5 Гц және одан жоғары тербелісті өлшейді, сондықтан шағын жүйелердің жоғары жиілікті сурж циклдары оның өлшеу диапазонына кіреді; алайда негізгі диагностикалық белгі нақты жиілік емес, кенеттен пайда болатын — айқын, тұрақсыз, негізінен осьтік, төмен жиілікті пульсация үлгісі болып табылады.
2. Суржға әкелетін жағдайлар
Сурж сызығынан тыс жұмыс істеу
Әрбір компрессордың’ жұмыс картасында тұрақты жұмыс шегін белгілейтін сурж сызығы бар:
- Surge line: картадағы ең сол жақтағы тұрақты жұмыс шекарасы.
- Қауіпсіз жұмыс режимі: сызықтың оң жағында, жоғары ағын мәндерінде.
- Surge zone: сызықтың сол жағы — тұрақсыз және тыйым салынған аймақ.
- Margin: машиналар әдетте сурж сызығының оң жағында 10–20% ағын қорымен жұмыс істейді.
Туындау себептері
- Сұраныстың азаюы: технологиялық процесс аз энергия тұтынады, сондықтан ағын сурж сызығына қарай төмендейді.
- Шығыс желісінің шектелуі: клапанның жабылуы немесе ағынның төменгі бөлігінде бітелу.
- Жылдамдықтың төмендеуі: қажетті ағынның пропорционалды азаюынсыз компрессордың баяулауы.
- Тығыздықтың өзгеруі: компрессор сипаттамасын өзгертетін газдың молекулалық массасының немесе температурасының ауытқулары.
- Fouling: уақыт өте машинаның өнімділігін төмендететін қалақтардағы шөгінділер.
3. Әсерлері мен салдары
Діріл
- Amplitude: 25–50 мм/с (1–2 дюйм/с) немесе одан жоғары мәнге жетуі мүмкін.
- Осьтік құрауыш: білік осі бойынша ерекше қарқынды.
- Low frequency: 0,5–10 Гц жиілік диапазонындағы пульсациялар.
- Машинаның жалпы қозғалысы: компрессордың бүкіл құрастырмасы шайқалып, дірілдейді.
Механикалық зақымдану
- Подшипниктің істен шығуы: соққы жүктемелері подшипниктерді бірнеше сағат ішінде бұзып тастауы мүмкін.
- Seal damage: осьтік қозғалыс пен қысым кері айналулары тығыздарды зақымдайды.
- Shaft damage: ағын кері айналуларынан туындаған иілу және айналдыру кернеулері.
- Blade damage: ауыспалы аэродинамикалық жүктемелер тудырады fatigue және қалақтың босап кетуіне әкелуі мүмкін.
- Муфта зақымдануы: айналдыру соққысы муфталарды зақымдайды.
- Тіреу подшипнигі: жылдам ауысып отыратын осьтік итеруші күш thrust bearing — жиі сурж кезінде бірінші зақымданатын элемент.
Процестік салдарлар
- Қысым мен ағын тербелістері ағынсыз технологиялық процеске таралады.
- Температуралық ауытқулар қайталанатын қысу мен кеңейтуден туындайды.
- Технологиялық бұзылулар немесе қауіпсіздік жүйесінің іске қосылуы мүмкін.
- Тұрақсыз жағдайлар өнім сапасына кері әсер етуі мүмкін.
4. Detection
Тербеліс бейнесі
- Үлкен амплитудалы, төмен жиілікті пульсацияның кенеттен пайда болуы.
- 0,5–10 Гц диапазонындағы жиілік.
- Severe радиал вибрациясы.
- Тұрақсыз, үздіксіз өзгеретін амплитуда.
Бұл тән белгі мынадай жерде анық көрінеді: вибрация спектрін and on a time waveform: төменгі жиілік аймағындағы кенет пайда болатын қуат шыңы running speed, осьтік өлшеу арнасында басым болатын және тұрақты деңгейде қалмай үлкейіп-кішірейетін тербеліс. Вибрациялық бақылау компрессордың тіректік подшипникіндегі тербелісті бақылау — осьтік пульсация сонда ең күшті тіркелетіндіктен, сурж үдерісін ертерек анықтаудың ең жылдам тәсілдерінің бірі.
Акустикалық белгі
- Қатты гуілдеу немесе сырылдау дыбысы.
- Сурж жиілігінде естілетін ырғақты пульсация.
- Ерекше және оны бір рет естіген адамға таныс дыбыс.
Процестік көрсеткіштер
- Ауытқыған жіберу қысымы.
- Нақты кері айналуы мүмкін тербелмелі ағын.
- Температура тербелістері.
- Электр қозғалтқышының токтағы тербелістер.
5. Алдын алу: сурж-қарсы реттеу
Жүйенің құрамдас бөліктері
Recycle valve. Жіберу газын соруға қайтаратын жылдам әрекетті клапан. Жұмыс нүктесі сурж сызығына жақындаған сайын ағынды арттыру үшін ашылады және қажет болса компрессордың толық өнімділігін өткізетіндей өлшемде жасалады.
Ағын мен қысымды өлшеу. Ағын жылдамдығы мен қысым өсімін үздіксіз бақылау жұмыс нүктесін компрессор картасында нақты уақытта белгілейді және сурж сызығына кез келген жақындауды анықтайды.
Controller. Реттегіш сурж сызығына дейінгі қашықтықты есептейді, сурж жақындаған сайын қауіпсіздік шегімен қайта айналым клапанын ашады және — заманауи қондырғыларда — бейімдеуші алгоритмдерді пайдаланады. Жауап беру уақыты маңызды — әдетте бір секундтан аз уақыт ішінде әрекет қажет.
Жұмыс процедуралары
- Помпаж сызығының сол жағында ешқашан жұмыс жасамаңыз.
- Помпаждан 10–20% ағын қорын сақтаңыз.
- Жүктеме өзгерістерін біртіндеп орындаңыз және сұраныстың кенеттен төмендеуіне жол бермеңіз.
- Әрбір іске қосар алдында помпажға қарсы жүйенің жұмысқа қабілеттілігін тексеріңіз.
- Помпажға қарсы жүйені мерзімді түрде сынаңыз.
6. Төтенше жағдайларға ден қою
Помпаж орын алса
- Жедел шара: автоматты жүйе істен шыққан жағдайда қайта айналым клапанын қолмен ашыңыз.
- Increase flow: шығыс желісін ашыңыз, кедергіні азайтыңыз немесе параллель агрегаттарды іске қосыңыз.
- Қысым өсуін азайтыңыз: айнымалы жылдамдықты компрессор болса, жылдамдықты төмендетіңіз.
- Авариялық тоқтату: помпажды 10–30 секунд ішінде тоқтату мүмкін болмаса, машинаны апаттық түрде өшіріңіз.
- Қайта іске қосыңыз: себебі анықталып, жойылғанға дейін.
Помпаждан кейінгі тексеру
- Қалақтардың зақымдалуын тексеріңіз.
- Мойынтіректің техникалық жағдайын тексеріңіз.
- Тығыздағыштың тұтастығын тексеріңіз.
- Тіреу подшипникін тексеріңіз.
- Perform vibration analysis машинаны пайдалануға қайтармас бұрын — базалық спектр кез келген жаңа unbalance, misalignment немесе оқиғадан қалған подшипник зақымын анықтайды.
7. Сурж пен басқа тұрақсыздықтарды салыстыру
Сурж пен айналмалы тоқырауды салыстыру
- Surge: өте төмен жиілікте (0,5–10 Гц) жүйе бойынша ағым тербелісі.
- Айналмалы тоқырау: сақиналық өзек бойымен жоғары жиілікте, әдетте ротор жылдамдығының 0,2–0,8 еселігінде айналатын жергілікті тоқырау аймақтары, оны sub-synchronous phenomena.
- Severity: сурж екеуінің ішіндегі анағұрлым зиянды; айналмалы тоқырау суржға алғышарт болуы мүмкін.
Сурж пен қайта айналымды салыстыру
- Surge: компрессорға тән, жүйе бойынша ағымның кері бағытта қозғалуы.
- Recirculation: сораптарда немесе компрессорларда болуы мүмкін, жергілікті ағым кері айналымы болып табылады және, әдетте, онша ауыр емес.
- Relationship: қайта айналым компрессорларда толық суржға айналуы мүмкін.
Surging is the single most dangerous operating condition for centrifugal and axial compressors, capable of destroying equipment in minutes. Understanding the surge mechanism, recognising the surge-line boundary, implementing effective anti-surge control, and holding proper operating margins are absolutely critical for safe compressor operation in industrial gas-compression service.
