Zrozumienie skoków napięcia w sprężarkach

Urządzenia

Przenośna wyważarka i analizator drgań Balanset-1A

$2,353.83

Części

Czujnik wibracji

$107.26

Części

Czujnik optyczny (tachometr laserowy)

$147.78

Urządzenia

Balanset-4

$8,107.90

Części

Stojak magnetyczny Insize-60-kgf

$54.82

Części

Taśma odblaskowa

$11.92

Urządzenia

Balanser dynamiczny "Balanset-1A" OEM

$2,067.80

Definicja: Czym jest surging?

Wzbierający (nazywany również skokiem ciśnienia sprężarki) to gwałtowna niestabilność aerodynamiczna w sprężarkach odśrodkowych i osiowych, w której cały przepływ przez sprężarkę okresowo zmienia kierunek, tworząc oscylujące ciśnienie i przepływ o częstotliwościach zazwyczaj w zakresie 0,5–10 Hz. Podczas cyklu skoku ciśnienia przepływ chwilowo zatrzymuje się lub zmienia kierunek, ciśnienie spada, a następnie powraca do pierwotnego kierunku, ciśnienie rośnie i cykl się powtarza. Powoduje to ogromne siły fluktuacyjne działające na wirnik, powodując poważne wibracja, głośny, dudniący hałas, który może zniszczyć sprężarkę w ciągu kilku minut, jeśli nie zostanie natychmiast zatrzymana.

Przepięcie to zasadniczo niestabilność systemu, która dotyczy sprężarki i jej rurociągów/objętości, a nie tylko samej sprężarki. Występuje ona podczas próby przekroczenia dopuszczalnego wzrostu ciśnienia sprężarki przy niskich przepływach, a zapobieganie temu zjawisku wymaga stosowania systemów kontroli przepięć, które utrzymują przepływ powyżej linii przepięcia.

Mechanizm przepięciowy

Opis cyklu udarowego

Typowy cykl wzrostu ciśnienia przebiega następująco:

1. Redukcja przepływu: Zmniejsza się zapotrzebowanie systemu, zmniejsza się przepływ przez sprężarkę
2. Początek przeciągnięcia: Przy bardzo niskim przepływie łopatki sprężarki zatrzymują się (przepływ się rozdziela)
3. Załamanie ciśnienia: Zablokowana sprężarka nie może utrzymać ciśnienia wylotowego
4. Odwrócenie przepływu: Gaz pod wysokim ciśnieniem w rurze wylotowej/komorze przepływa wstecz przez sprężarkę
5. Wyrównanie ciśnienia: Ciśnienie wylotowe spada podczas przepływu gazu wstecz
6. Wznowienie Forward Flow: Gdy ciśnienie spadnie, sprężarka może znów płynąć do przodu
7. Wzrost ciśnienia: Przepływ do przodu zwiększa ciśnienie wylotowe
8. Powtórzenia cyklu: Ponownie wysokie ciśnienie powoduje zatrzymanie silnika i powtarzanie cyklu

Częstotliwość udarowa

• Określana na podstawie objętości układu (rurociągi, komory, zbiorniki) i charakterystyki sprężarki
• Większe objętości → niższa częstotliwość przepięć
• Typowy zakres: 0,5-10 Hz
• Małe systemy: 5-10 Hz
• Duże systemy: 0,5-2 Hz
• Częstotliwość względnie stała dla danego systemu

Warunki prowadzące do wzrostu

Praca poza linią przeciwprzepięciową

Linia skoku na mapie wydajności sprężarki:

• Linia przeciwprzepięciowa: Lewa granica stabilnej pracy na mapie sprężarki
• Bezpieczna eksploatacja: Na prawo od linii przepięć (większe przepływy)
• Strefa przepięć: Po lewej stronie linii przepięć (niestabilne, zabronione)
• Margines: Typowo obsługuje margines przepływu 10-20% po prawej stronie linii przepięciowej

Wydarzenia wyzwalające

• Redukcja popytu: Spada zapotrzebowanie na proces, zmniejsza się przepływ
• Ograniczenie zrzutu: Zamknięcie lub zablokowanie zaworu
• Redukcja prędkości: Zwalnianie sprężarki bez proporcjonalnej redukcji przepływu
• Zmiany gęstości: Zmiany masy cząsteczkowej lub temperatury wpływające na charakterystykę sprężarki
• Zanieczyszczenia: Osady na łopatkach zmniejszające wydajność sprężarki

Skutki i konsekwencje

Wibracje

• Amplituda: Może osiągnąć 25-50 mm/s (1-2 cale/s) lub więcej
• Składowa osiowa: Szczególnie poważne w kierunku osiowym
• Niska częstotliwość: Pulsacje 0,5-10 Hz
• Cała maszyna: Cały zespół sprężarki kołysze się i trzęsie

Uszkodzenia mechaniczne

• Awaria łożyska: Obciążenia udarowe niszczą łożyska w ciągu kilku godzin
• Uszkodzenie plomby: Ruch osiowy i zmiany ciśnienia niszczą uszczelnienia
• Uszkodzenie wału: Naprężenia zginające i skręcające wynikające z odwrócenia przepływu
• Uszkodzenia ostrza: Zmienne obciążenia aerodynamiczne powodujące zmęczenie, możliwe uwolnienie łopatki
• Uszkodzenie sprzęgła: Udar skrętny uszkadzający sprzęgła
• Łożysko oporowe: Szybko zmieniający się nacisk może zniszczyć łożysko oporowe

Konsekwencje procesu

• Oscylacje ciśnienia i przepływu wpływające na dalszy proces
• Odchylenia temperatury spowodowane cyklami sprężania/rozprężania
• Możliwe zakłócenia procesu lub wyłączenia systemów bezpieczeństwa
• Problemy z jakością produktu wynikające z niestabilnych warunków

Wykrywanie

Sygnatura wibracji

• Nagłe wystąpienie pulsacji o dużej amplitudzie i niskiej częstotliwości
• Częstotliwość w zakresie 0,5-10 Hz
• Ciężki : silny drgania osiowe
• Niestabilna, o zmiennej amplitudzie

Sygnatura akustyczna

• Głośny, dudniący lub szumiący dźwięk
• Rytmiczne pulsowanie słyszalne przy częstotliwości skokowej
• Wyjątkowy i niepowtarzalny

Wskaźniki procesu

• Oscylujące ciśnienie wylotowe
• Przepływ oscylacyjny (może się odwrócić)
• Wahania temperatury
• Wahania prądu silnika

Zapobieganie: Kontrola przepięć

Komponenty systemu przeciwprzepięciowego

Zawór recyklingu

• Szybko działający zawór omijający wylot sprężarki do ssania
• Otwiera się, aby zwiększyć przepływ podczas zbliżania się do linii przelewowej
• W razie potrzeby dostosowany do pełnego przepływu sprężarki

Pomiar przepływu i ciśnienia

• Ciągły monitoring natężenia przepływu i wzrostu ciśnienia
• Zaznacz punkt pracy na mapie sprężarki
• Wykryj zbliżanie się do linii przepięciowej

Kontroler

• Oblicza odległość do linii udarowej
• Otwiera zawór recyrkulacyjny przy zbliżaniu się do przepięcia (z marginesem bezpieczeństwa)
• Nowoczesne systemy wykorzystują algorytmy adaptacyjne
• Czas reakcji jest krytyczny (< 1 sekunda (typowe wymaganie)

Procedury operacyjne

• Nigdy nie należy wykonywać operacji na lewo od linii przepięciowej
• Utrzymuj margines przepływu 10-20% przed przepięciem
• Stopniowe zmiany obciążenia (unikanie gwałtownych spadków zapotrzebowania)
• Przed uruchomieniem sprawdź, czy system przeciwprzepięciowy działa prawidłowo
• Okresowo testuj zabezpieczenie przeciwprzepięciowe

Reagowanie awaryjne

Jeśli wystąpi przepięcie

1. Natychmiastowe działanie: W przypadku awarii automatycznego systemu ręcznie otwórz zawór recyklingu
2. Zwiększ przepływ: Otwórz rozładowanie, zmniejsz opór, uruchom jednostki równoległe
3. Zmniejszenie wzrostu ciśnienia: Wolny kompresor przy zmiennej prędkości
4. Wyłączenie awaryjne: Jeżeli przepięcia nie można zatrzymać w ciągu 10–30 sekund
5. Nie uruchamiaj ponownie: Do czasu zidentyfikowania i usunięcia przyczyny

Kontrola po przepięciu

• Sprawdź, czy ostrze nie jest uszkodzone
• Sprawdź stan łożyska
• Sprawdź integralność plomby
• Sprawdź łożysko oporowe
• Przed ponownym oddaniem do eksploatacji należy wykonać analizę drgań

Przepięcie kontra inne niestabilności

Przepięcie kontra przeciągnięcie obrotowe

• Wzrost: Oscylacje przepływu w całym systemie, bardzo niska częstotliwość (0,5-10 Hz)
• Stojak obrotowy: Zlokalizowane komórki zatrzymujące obracające się wokół pierścienia, wyższa częstotliwość (0,2-0,8× prędkości wirnika)
• Powaga: Przepięcie jest bardziej destrukcyjne, przeciągnięcie może być preludium do przepięcia

Skok a recyrkulacja

• Wzrost: Specyficzne dla sprężarki, odwrócenie przepływu, niestabilność systemu
• Recyrkulacja: Może wystąpić w pompach lub sprężarkach, lokalne odwrócenie przepływu, mniej poważne
• Relacja: Recyrkulacja może powodować wzrost ciśnienia w sprężarkach

Udary ciśnienia to najniebezpieczniejsze warunki pracy sprężarek odśrodkowych i osiowych, mogące zniszczyć sprzęt w ciągu kilku minut. Zrozumienie mechanizmu udarów, rozpoznanie granic linii udarów, wdrożenie skutecznej kontroli udarów oraz utrzymanie odpowiednich marginesów roboczych są absolutnie kluczowe dla bezpiecznej pracy sprężarek w przemysłowych zastosowaniach sprężania gazu.

---

← Powrót do indeksu głównego