Izpratne par kompresoru pārspriegumu
Strauji augošs — ko bieži vien sauc vienkārši par kompresora pulsāciju — ir strauja aerodinamiskā nestabilitāte centrbēdzes un aksiālajos kompresoros, kuras rezultātā visa caur iekārtu plūstošā plūsma periodiski maina virzienu. Rezultātā rodas svārstības spiedienā un plūsmā, parasti ar frekvenci 0.5–10 Hz. Katrā viļņu ciklā plūsma uz brīdi apstājas vai maina virzienu, izplūdes spiediens strauji pazeminās, pēc tam plūsma atkal virzās uz priekšu un spiediens atjaunojas, un cikls atkārtojas. Šīs virziena maiņas rada milzīgas svārstīgas slodzes uz rotoru, izraisot smagas vibrācija — jo īpaši aksiāls virzienā — skaļš, dunojošs troksnis un spēja dažu minūšu laikā sabojāt kompresoru, ja to nekavējoties neaptur.
„Surge“ būtībā ir system nestabilitāte, kas skar kompresoru kopā ar tam pieslēgtajām cauruļvadu sistēmām un tilpumu, nevis tikai paša kompresora īpašība. Tā rodas, ja iekārta tiek noslogota pārsniedzot tās spiediena paaugstināšanas iespējas pie maza caurplūduma, un tās novēršanai ir nepieciešama pretpārsprieguma kontrole, kas uztur caurplūdumu drošā līmenī virs pārsprieguma līnijas.
1. Pārslodzes mehānisms
Spiediena paaugstināšanas cikls
Tipisks pārsprieguma cikls noris atkārtojoties šādā secībā:
- Plūsmas samazināšanās: sistēmas pieprasījums samazinās, tāpēc plūsma caur kompresoru samazinās.
- Stall onset: ļoti mazā plūsmas intensitātē lāpstiņas nonāk stāvoklī, kad plūsma atdalās no to virsmām.
- Spiediena kritums: kompresors, kas ir apstājies, vairs nespēj uzturēt izplūdes spiedienu.
- Flow reversal: augstspiediena gāze, kas uzkrājusies izplūdes cauruļvadā vai kolektora kamerā, tiek atspiesta atpakaļ caur kompresoru.
- Spiediena izlīdzināšana: izplūdes spiediens samazinās, gāzei izplūstot atpakaļ.
- Atjaunojas plūsma uz priekšu: kad spiediens ir samazinājies, kompresors var atkal virzīt gāzi uz priekšu.
- Spiediens paaugstinās: Atjaunotā plūsma uz priekšu atjauno izplūdes spiedienu.
- Cycle repeats: augstais spiediens atkal aptur mašīnu, un cikls turpinās.
Spiediena paaugstināšanas frekvence
- To nosaka sistēmas tilpums (cauruļvadi, sadales kameras, tvertnes) kopā ar kompresora parametriem.
- Lielāki tilpumi rada mazāku svārstību biežumu.
- Tipiskais diapazons: 0,5–10 Hz.
- Mazjaudas sistēmas: aptuveni 5–10 Hz.
- Lielas sistēmas: aptuveni 0,5–2 Hz.
- Konkrētajai sistēmai frekvence paliek salīdzinoši nemainīga.
Šī zemā, sistēmā fiksētā frekvence pilnībā atbilst portatīvā analizatora darbības diapazonam. Ir vērts atzīmēt, ka Balanset-1A izmēra vibrācijas no 5 Hz un augstāk, tādējādi mazo sistēmu augstfrekvences svārstību cikli ietilpst šajā diapazonā; tomēr galvenais diagnostiskais rādītājs ir ne tik daudz precīza frekvence, cik nepārprotams raksturīgais modelis — pēkšņi parādās lielas, nestabilas, galvenokārt aksiālas zemas frekvences pulsācijas.
2. Apstākļi, kas izraisa strāvas pārslodzi
Darbība aiz viļņu līnijas
Katram kompresoram darbības diagrammā ir norādīta pārslodzes līnija, kas nosaka tā stabilās darbības robežu:
- Surge line: vispa kreisākā stabilā darbības robeža kartē.
- Droša darbība: pa labi no līnijas, pie lielākas caurplūdes.
- Surge zone: pa kreisi no līnijas — nestabila un aizliegta teritorija.
- Marža: iekārtas parasti darbojas ar 10–20 % plūsmas rezervi pa labi no pārslodzes līnijas.
Izraisītājnotikumi
- Pieprasījuma samazināšana: procesā tiek patērēts mazāk, tāpēc plūsma virzās uz pārplūdes līniju.
- Iztukšošanas ierobežojums: vārsta aizvēršanās vai aizsprostojums tālāk pa plūsmu.
- Ātruma samazināšana: kompresors palēninās, neizraisot proporcionālu nepieciešamā plūsmas samazināšanos.
- Blīvuma izmaiņas: gāzes molekulmasas vai temperatūras izmaiņas, kas ietekmē kompresora darbības raksturlielumus.
- Aptraipījumi: uzkrājumi uz lāpstiņām, kas laika gaitā samazina iekārtas jaudu.
3. Ietekme un sekas
Vibrācija
- Amplitūda: var sasniegt 25–50 mm/s (1–2 collas/s) vai vairāk.
- Aksiālā komponente: īpaši izteikts gar vārpstas asi.
- Zema frekvence: 0,5–10 Hz svārstības.
- Visa mehānisma kustība: Viss kompresora mezgls šūpojas un kratās.
Mehāniski bojājumi
- Gultņu bojājums: Pēkšņas slodzes var iznīcināt gultņus dažu stundu laikā.
- Blīvējuma bojājumi: Aksiālā kustība un spiediena maiņa sabojā blīvējumus.
- Vārpstas bojājumi: lieces un griezes spriegums, ko rada plūsmas virziena maiņa.
- Lāpstiņas bojājums: mainīgas aerodinamiskās slodzes izraisa nogurums un var izraisīt lāpstiņas atdalīšanos.
- Savienojuma bojājums: griezes triecieni bojā savienojumus.
- Aksiālais gultnis: strauji mainīga ass virziena slodze var sabojāt aksiālais gultnis — bieži vien pirmā upuris, kad notiek straujš pieaugums.
Procesa sekas
- Spiediena un plūsmas svārstības izplatās uz turpmāko procesa posmu.
- Temperatūras svārstības rodas atkārtotas saspiešanās un izplešanās rezultātā.
- Tā rezultātā var rasties procesa traucējumi vai drošības sistēmu iedarbināšanās.
- Produkta kvalitāte var pasliktināties nestabilu apstākļu dēļ.
4. Noteikšana
Vibrācijas paraksts
- Pēkšņa lielas amplitūdas zemfrekvences pulsācijas sākšanās
- Frekvence diapazonā no 0,5 līdz 10 Hz.
- Smaga aksiālā vibrācija.
- Nestabila, nepārtraukti mainīga amplitūda.
Šis paraksts ir atšķirīgs uz vibrācijas spektrs and on a laika viļņa forma: pēkšņs enerģijas uzplūds dziļi zem zemes darba ātrums, kas dominē ass kanālā un kas drīzāk paplašinās un sašaurinās, nevis saglabā nemainīgu platumu. Vibrācijas monitorings spiediena gultņa novērošana ir viens no ātrākajiem veidiem, kā pamanīt strauju svārstību rašanos, jo tieši tur aksiālās svārstības izpaužas visizteiktāk.
Akustiskā signatūra
- Skaļš, dunojošs vai švīkstošs troksnis.
- Ritmiska pulsācija, kas dzirdama pie pārsprieguma frekvences.
- Atšķirīgs un ikvienam, kas to dzirdējis, nepārprotams.
Procesa rādītāji
- Svārstīgs izplūdes spiediens.
- Svārstīga plūsma, kas patiesībā var mainīt virzienu.
- Temperatūras svārstības.
- Motora strāvas svārstības.
5. Profilakse: pārsprieguma aizsardzība
Sistēmas komponenti
Recycle valve. Ātri reaģējošs vārsts, kas novirza izplūdes gāzi atpakaļ uz iesūkšanas pusi. Tas atveras, lai palielinātu plūsmu, kad darba punkts tuvinās pārsprieguma līnijai, un nepieciešamības gadījumā ir aprēķināts kompresora pilnai plūsmai.
Plūsmas un spiediena mērīšana. Nepārtraukta plūsmas ātruma un spiediena pieauguma uzraudzība ļauj reāllaikā attēlot darba punktu kompresora darbības diagrammā un fiksēt jebkādu tuvināšanos pārslodzes līnijai.
Controller. Vadības bloks aprēķina attālumu līdz spiediena svārstību līnijai, tuvojoties spiediena svārstībām, atver recirkulācijas vārstu, ievērojot drošības rezervi, un — mūsdienīgās iekārtās — izmanto adaptīvos algoritmus. Reakcijas laiks ir ļoti svarīgs, un parasti rīcība jāveic mazāk nekā vienas sekundes laikā.
Darbības kārtība
- Nekad nedarbojieties pa kreisi no pārsprieguma līnijas.
- Saglabājiet 10–20 % plūsmas rezervi no maksimālās plūsmas.
- Slodzes izmaiņas veiciet pakāpeniski un izvairieties no pēkšņiem pieprasījuma kritumiem.
- Pirms katras iedarbināšanas pārbaudiet, vai pārsprieguma aizsardzības sistēma darbojas.
- Periodiski pārbaudiet pārsprieguma aizsardzības sistēmu.
6. Rīcība ārkārtas situācijās
Ja notiek spiediena paaugstināšanās
- Tūlītēja rīcība: ja automātiskā sistēma nedarbojas, atveriet recirkulācijas vārstu ar rokām.
- Increase flow: atvērt izplūdi, samazināt pretestību vai iedarbināt paralēli savienotas vienības.
- Samazināt spiediena paaugstināšanos: samaziniet kompresora apgriezienus, ja tam ir maināms ātrums.
- Avārijas izslēgšanās: ja strāvas pārslodzes nevar novērst 10–30 sekunžu laikā, atslēdziet iekārtu.
- Do not restart: līdz brīdim, kad cēlonis ir noskaidrots un novērsts.
Pārbaude pēc strāvas pārslodzes
- Pārbaudiet, vai asmeņiem nav bojājumu.
- Pārbaudiet gultņu stāvokli.
- Pārbaudiet plombas neskartumu.
- Pārbaudiet spiedgultni.
- Veikt vibrācijas analīze pirms iekārtas atkārtotas nodošanas ekspluatācijā — sākotnējais spektrs atklās jebkādus jaunus nelīdzsvarotība, neatbilstība vai arī gūto bojājumu sekas.
7. Pārspriegums salīdzinājumā ar citām nestabilitātēm
Pārslodze pret rotācijas apstāšanos
- Pārspriegums: visas sistēmas plūsmas svārstības ļoti zemā frekvencē (0,5–10 Hz).
- Rotējošais stāvoklis: lokālas stāvošās šūnas, kas ap gredzenveida zonu rotē ar lielāku frekvenci, parasti 0,2–0,8 reizes lielāku par rotora ātrumu, tādējādi ierindojot to starp subsinhronā phenomena.
- Smagums: surgs ir abu no šiem gadījumiem postošākais; rotācijas apstāšanās var būt surga priekšvēstnesis.
Pārplūde pret recirkulāciju
- Pārspriegums: kompresoram raksturīga plūsmas virziena maiņa visā sistēmā.
- Recirkulācija: var rasties sūkņos vai kompresoros, ir lokāla plūsmas virziena maiņa un parasti ir mazāk nopietna.
- Attiecības: recirkulācija var izraisīt pilnīgu spiediena kāpumu kompresoros.
Pārslodze ir visbīstamākais darbības stāvoklis centrbēdzes un aksiālajiem kompresoriem, kas spēj iznīcināt iekārtas dažu minūšu laikā. Pārslodzes mehānisma izpratne, pārslodzes robežlīnijas atpazīšana, efektīvas pretpārslodzes kontroles ieviešana un atbilstošu darbības rezervju uzturēšana ir absolūti būtiski kompresoru drošai ekspluatācijai rūpnieciskajā gāzes kompresijas nozarē.
