Kompresorių virpesių supratimas
Banguojantis — dažnai vadinamas tiesiog kompresoriaus pompavimu — tai smarkus aerodinaminis nestabilumas išcentriniuose ir ašiniuose kompresoriuose, kai visas per įrenginį tekantis srautas periodiškai keičia kryptį. Dėl to svyruoja slėgis ir srautas, paprastai dažniais 0.5–10 Hz. Kiekvieno srauto svyravimo ciklo metu srautas trumpam sustoja arba pasisuka atgal, išleidimo slėgis staigiai sumažėja, po to srautas vėl teka į priekį ir slėgis vėl padidėja, o ciklas kartojasi. Šie srauto krypties pasikeitimai sukelia milžiniškas svyruojančias jėgas rotoriui, dėl ko susidaro didžiulė vibracija — ypač ašinis pavojus — galingas griausmingas triukšmas ir pavojus per kelias minutes sugadinti kompresorių, jei jo nedelsiant neišjungsite.
„Surge“ iš esmės yra sistema nestabilumas, susijęs su kompresoriumi, prie jo prijungtais vamzdžiais ir tūriu, o ne vien tik su pačiu kompresoriumi. Jis atsiranda, kai mašina mažo srauto sąlygomis yra eksploatuojama viršydama savo slėgio didinimo pajėgumą, o norint to išvengti, reikalinga antipompavimo valdymo sistema, kuri palaiko srautą saugiai virš pompavimo ribos.
1. Pompavimo mechanizmas
Bangos ciklas
Tipinis pompavimo ciklas vyksta pagal pasikartojančią seką:
- Srauto sumažėjimas: sistemos apkrova mažėja, todėl srautas per kompresorių sumažėja.
- Stall onset: Esant labai mažam srautui, mentės patiria srauto sustojimą, o srautas atsiskiria nuo menčių paviršių.
- Slėgio kritimas: Sustojęs kompresorius nebegali išlaikyti išmetimo slėgio.
- Flow reversal: aukšto slėgio dujos, susikaupusios išleidimo vamzdyne arba kolektoriuje, grįžta atgal per kompresorių.
- Slėgio išlyginimas: Išleidimo slėgis mažėja, kai dujos išsiskiria atgal.
- Atnaujinamas srautas į priekį: Kai slėgis sumažėja, kompresorius vėl gali stumti dujas į priekį.
- Slėgis didėja: Atnaujintas srautas į priekį atkuria išleidimo slėgį.
- Cycle repeats: dėl aukšto slėgio mašina vėl sustoja, ir ciklas kartojasi.
Bangos dažnis
- Nustatoma pagal sistemos tūrį (vamzdynus, kolektorius, talpyklas) ir kompresoriaus charakteristikas.
- Didesnis tūris lemia mažesnį svyravimų dažnį.
- Tipinis diapazonas: 0,5–10 Hz.
- Mažos sistemos: maždaug 5–10 Hz.
- Didelės sistemos: maždaug 0,5–2 Hz.
- Tam tikroje sistemoje dažnis išlieka palyginti pastovus.
Šis žemas, sistemos nustatytas dažnis puikiai tinka nešiojamojo analizatoriaus darbo diapazonui. Verta paminėti, kad Balanset-1A matuoja vibraciją nuo 5 Hz ir aukščiau, todėl mažų sistemų aukštesnio dažnio pompavimo ciklai patenka į šį diapazoną; tačiau pagrindinis diagnostinis požymis yra ne tiek tikslus dažnis, kiek aiškiai atpažįstamas didelių, nestabilių, daugiausia ašinių žemo dažnio pulsacijų modelis, kuris atsiranda staiga.
2. Sąlygos, lemiančios pompavimą
Veikimas už pompavimo ribos
Kiekvieno kompresoriaus veikimo charakteristikoje yra nurodyta pompavimo riba, apibrėžianti jo stabilią ribą:
- Surge line: labiausiai į kairę nutolusi stabili veikimo riba žemėlapyje.
- Sausi eksploatacija: dešinėje nuo linijos, esant didesniam srautui.
- Surge zone: į kairę nuo linijos — nesaugi ir draudžiama teritorija.
- Marža: Paprastai mašinos eksploatuojamos išlaikant 10–20 % srauto atsargą į dešinę nuo pompavimo ribos.
Iššaukiantys įvykiai
- Paklausos mažinimas: procesas paima mažiau, todėl srautas krinta pompavimo ribos link.
- Išleidimo apribojimas: vožtuvo užsidarymas arba užsikimšimas pasroviui.
- Greičio mažinimas: kompresorius lėtėja, tačiau reikiamas srautas proporcingai nesumažėja.
- Tankio pokyčiai: dujų molekulinės masės ar temperatūros pokyčiai, dėl kurių keičiasi kompresoriaus charakteristika.
- Užsiteršimas: nuosėdos ant menčių, kurios laikui bėgant mažina mašinos našumą.
3. Poveikis ir pasekmės
Vibracija
- Amplitudė: gali siekti 25–50 mm/s (1–2 coliai per sekundę) ar daugiau.
- Ašinė sudedamoji dalis: ypač ryškus išilgai veleno ašies.
- Žemo dažnio: 0,5–10 Hz dažnio pulsacijos.
- Visos mašinos judesiai: visas kompresoriaus mazgas siūbuoja ir drebėja.
Mechaniniai pažeidimai
- Guolio gedimas: Staigios apkrovos gali sugadinti guolius per kelias valandas.
- Plombos pažeidimai: Ašiniai judesiai ir slėgio pokyčiai sugadina sandariklius.
- Veleno pažeidimai: lenkimo ir sukimo įtempiai, atsirandantys dėl srauto krypties pasikeitimų.
- Mentelės pažeidimas: pakaitinės aerodinaminės apkrovos sukelia nuovargis ir gali sukelti mentės išsilaisvinimą.
- Sankabos gedimai: Sukimo smūgis sugadina movas.
- Atraminis guolis: greitai besikeičianti ašinė trauka gali sugadinti atraminis guolis — dažnai pirmoji pompavimo auka.
Proceso pasekmės
- Slėgio ir srauto svyravimai plinta į tolesnį proceso etapą.
- Temperatūros svyravimai atsiranda dėl nuolatinio suspaudimo ir išsiplėtimo.
- Dėl to gali sutrikti procesas arba suveikti saugos sistemos.
- Dėl nestabilių sąlygų gali nukentėti produkto kokybė.
4. Aptikimas
Vibracijos charakteristika
- Staigus didelės amplitudės žemo dažnio pulsacijos atsiradimas
- Dažnis 0,5–10 Hz diapazone.
- Sunkus ašinė vibracija.
- Nestabili, nuolat kintanti amplitudė.
Šis požymis aiškiai matomas vibracijos spektras and on a laiko bangos forma: staigus energijos pliūpsnis gerokai žemiau darbinis greitis, vyraujantis ašiniame kanale, kuris auga ir mažėja, o ne išlieka pastovus. Vibracijos stebėjimas kompresoriaus atraminio guolio stebėjimas yra vienas iš greičiausių būdų pastebėti prasidedantį svyravimą, nes būtent ten ašinės pulsacijos yra ryškiausios.
Akustinis požymis
- Garsus griausmas arba švilpimas.
- Ritmiškas pulsavimas, girdimas pompavimo dažniu.
- Išskirtinis ir, kiekvienam, kas jį girdėjo, nepakartojamas.
Proceso rodikliai
- Kintantis išleidimo slėgis.
- Svyruojantis srautas, kuris gali netgi pasisukti atgal.
- Temperatūros svyravimai.
- Variklio srovės svyravimai.
5. Prevencija: antipompavimo valdymas
Sistemos komponentai
Recycle valve. Greitai veikiantis vožtuvas, nukreipiantis išmetamąsias dujas atgal į siurbimo kanalą. Jis atsidaro, kad padidintų srautą, kai darbo taškas priartėja prie svyravimo linijos, ir, jei reikia, yra pritaikytas visam kompresoriaus srautui.
Srauto ir slėgio matavimas. Nuolatinis srauto ir slėgio didėjimo stebėjimas leidžia realiuoju laiku nustatyti kompresoriaus veikimo tašką jo charakteristikų diagramoje ir aptikti bet kokį artėjimą prie pompavimo ribos.
Controller. Valdymo blokas apskaičiuoja atstumą iki pompavimo ribos, artėjant prie jos atidaro recirkuliacijos vožtuvą, palikdamas saugumo atsargą, o šiuolaikinėse sistemose naudoja prisitaikančius algoritmus. Reakcijos laikas yra ypač svarbus – paprastai reikia imtis veiksmų per mažiau nei vieną sekundę.
Veiklos tvarka
- Niekada nedirbkite kairiau pompavimo ribos.
- Išlaikykite 10–20 % srauto atsargą nuo pompavimo ribos.
- Krovinį keiskite palaipsniui ir venkite staigių apkrovos sumažėjimų.
- Prieš kiekvieną paleidimą patikrinkite, ar antipompavimo sistema veikia.
- Reguliariai tikrinkite apsaugos nuo viršįtampių sistemą.
6. Reagavimas į ekstremalias situacijas
Jei atsiranda banga
- Skubūs veiksmai: jei automatinė sistema neveikia, atidarykite recirkuliacijos vožtuvą rankiniu būdu.
- Increase flow: atidaryti išleidimo vožtuvą, sumažinti pasipriešinimą arba paleisti lygiagrečiai sujungtus agregatus.
- Sumažinti slėgio kilimą: jei kompresorius yra kintamo greičio, sumažinkite jo greitį.
- Avarinis išjungimas: jei pompavimo nepavyksta sustabdyti per 10–30 sekundžių, išjunkite įrenginį.
- Iš naujo nepaleiskite: kol priežastis nebus nustatyta ir pašalinta.
Patikra po pompavimo
- Patikrinkite, ar mentės nepažeistos.
- Patikrinkite guolio būklę.
- Patikrinkite, ar sandariklis nesugadintas.
- Patikrinkite atraminį guolį.
- Atlikti vibracijos analizė prieš vėl pradedant naudoti įrenginį — bazinis spektras parodys bet kokius naujus disbalansas, nesuderinimas arba dėl įvykio atsiradę guolių pažeidimai.
7. Pompavimas ir kiti nestabilumai
Pompavimas ir sukamasis srauto atplėšimas
- Viršįtampis: visą sistemą apimantis srauto svyravimas labai žemu dažniu (0,5–10 Hz).
- Besisukantis prekystalis: lokalios atplėšto srauto ląstelės, kurios aplink žiedinį tarpą sukasi didesniu dažniu, paprastai 0,2–0,8 rotoriaus greičio, todėl jos priskiriamos prie subsinchroninis phenomena.
- Sunkumas: pompavimas yra labiau žalingas iš šių dviejų reiškinių; sukamasis srauto atplėšimas gali būti pompavimo pirmtakas.
Pulsavimas ir recirkuliacija
- Viršįtampis: kompresoriui būdingas, visą sistemą apimantis srauto krypties pakeitimas.
- Recirkuliacija: gali pasitaikyti siurbliuose ar kompresoriuose, yra lokalus srauto krypties pasikeitimas ir paprastai yra ne toks rimtas.
- Ryšys: kompresoriuose recirkuliacija gali peraugti į visišką slėgio šuolį.
Pompavimas yra pavojingiausia išcentrinių ir ašinių kompresorių eksploatavimo sąlyga, galinti per kelias minutes sugadinti įrangą. Pompavimo mechanizmo supratimas, pompavimo ribos atpažinimas, veiksmingos apsaugos nuo pompavimo priemonių taikymas ir tinkamų eksploatavimo atsargų išlaikymas yra absoliučiai būtini saugiam kompresorių veikimui pramoniniame dujų suspaudimo sektoriuje.
