Pochopenie pulzácie v kompresoroch
Definícia: Čo je to prudký nárast?
Prudký nárast (tiež nazývaný kompresorový pumpáž) je prudká aerodynamická nestabilita v odstredivých a axiálnych kompresoroch, kde celý tok cez kompresor periodicky mení smer, čím vytvára oscilujúci tlak a prietok s frekvenciami typicky v rozsahu 0,5 – 10 Hz. Počas cyklu pumpáž sa prietok na chvíľu zastaví alebo obráti, tlak klesne, potom sa prietok obnoví, tlak stúpne a cyklus sa opakuje. To vytvára obrovské kolísavé sily na rotore, čo spôsobuje vážne vibrácie, hlasný dunivý zvuk a ak sa kompresor okamžite nezastaví, môže ho zničiť v priebehu niekoľkých minút.
Prepätie je v podstate nestabilita systému, ktorá zahŕňa kompresor a jeho potrubie/objem, nielen samotný kompresor. Vyskytuje sa pri pokuse o prevádzku nad kapacitu kompresora pri nízkych prietokoch a prevencia si vyžaduje systémy proti prepätiu, ktoré udržiavajú prietok nad hladinou prepätia.
Mechanizmus prepätia
Popis prepäťového cyklu
Typický cyklus prepätia prebieha nasledovne:
- Zníženie prietoku: Požiadavky systému sa znižujú, prietok cez kompresor sa znižuje
- Začiatok zastavenia: Pri veľmi nízkom prietoku sa lopatky kompresora zastavia (prúd sa oddelí)
- Kolaps tlaku: Zastavený kompresor nedokáže udržať výtlačný tlak
- Obrátenie toku: Vysokotlakový plyn vo výtlačnom potrubí/plenume prúdi spätne cez kompresor
- Vyrovnávanie tlaku: Výtlačný tlak klesá, keď plyn prúdi späť
- Obnovuje sa tok dopredu: Po poklese tlaku môže kompresor opäť prúdiť dopredu
- Zvyšovanie tlaku: Prietok dopredu zvyšuje výtlačný tlak
- Opakovania cyklu: Vysoký tlak opäť spôsobí zastavenie a cyklus sa opakuje.
Frekvencia prepätia
- Určené objemom systému (potrubie, plenum, nádoby) a charakteristikami kompresora
- Väčšie objemy → nižšia frekvencia prepätí
- Typický rozsah: 0,5 – 10 Hz
- Malé systémy: 5 – 10 Hz
- Veľké systémy: 0,5 – 2 Hz
- Frekvencia relatívne konštantná pre daný systém
Podmienky vedúce k prepätiu
Prevádzka za prepäťovou linkou
Čiara prepätia na mape výkonu kompresora:
- Prepäťová linka: Ľavá stabilná prevádzková hranica na mape kompresora
- Bezpečná prevádzka: Napravo od čiary vzostupu (vyššie prietoky)
- Prepäťová zóna: Naľavo od čiary prepätia (nestabilné, zakázané)
- Okraj: Typicky sa používa prietoková rezerva 10-20% vpravo od prepúšťacieho potrubia
Spúšťacie udalosti
- Zníženie dopytu: Dopyt po procesoch klesá, tok sa znižuje
- Obmedzenie vypúšťania: Zatvorenie alebo zablokovanie ventilu
- Zníženie rýchlosti: Spomalenie kompresora bez proporcionálneho zníženia prietoku
- Zmeny hustoty: Zmeny molekulovej hmotnosti alebo teploty ovplyvňujúce charakteristiky kompresora
- Znečistenie: Usadeniny na lopatkách znižujú výkon kompresora
Účinky a následky
Vibrácie
- Amplitúda: Môže dosiahnuť 25 – 50 mm/s (1 – 2 palce/s) alebo viac
- Axiálna zložka: Obzvlášť silné v axiálnom smere
- Nízka frekvencia: pulzácie 0,5 – 10 Hz
- Celý stroj: Celá zostava kompresora sa trasie a kýva
Mechanické poškodenie
- Porucha ložiska: Rázové zaťaženia zničia ložiská v priebehu niekoľkých hodín
- Poškodenie tesnenia: Axiálny pohyb a zmeny tlaku ničia tesnenia
- Poškodenie hriadeľa: Ohybové a torzné napätie z obrátenia prúdenia
- Poškodenie čepele: Striedavé aerodynamické zaťaženie spôsobujúce únavu materiálu, možné uvoľnenie lopatky
- Poškodenie spojky: Spojky poškodzujúce torzné rázy
- Axiálne ložisko: Rýchlo sa striedajúci tlak môže zničiť axiálne ložisko
Dôsledky procesu
- Kolísanie tlaku a prietoku ovplyvňujúce následný proces
- Teplotné výkyvy z cyklov kompresie/expanzie
- Možné narušenia procesu alebo vypnutia bezpečnostných systémov
- Problémy s kvalitou výrobkov z nestabilných podmienok
Detekcia
Vibračný podpis
- Náhly nástup nízkofrekvenčnej pulzácie s veľkou amplitúdou
- Frekvencia v rozsahu 0,5 – 10 Hz
- Vážne axiálne vibrácie
- Nestabilná, premenlivá amplitúda
Akustický podpis
- Hlasný dunivý alebo svištivý zvuk
- Rytmická pulzácia počuteľná pri nárazovej frekvencii
- Výrazný a nezameniteľný
Ukazovatele procesu
- Oscilačný výtlačný tlak
- Oscilačný tok (môže sa obrátiť)
- Kolísanie teploty
- Kolísanie prúdu motora
Prevencia: Prepäťová ochrana
Komponenty systému proti prepätiu
Recyklačný ventil
- Rýchlo pôsobiaci ventil obchádzajúci výtlačok kompresora do sacieho potrubia
- Otvára sa pre zvýšenie prietoku pri priblížení sa k prepúšťaciemu potrubiu
- V prípade potreby dimenzované na plný prietok kompresora
Meranie prietoku a tlaku
- Nepretržité monitorovanie prietoku a nárastu tlaku
- Vykreslenie prevádzkového bodu na mape kompresora
- Detekcia priblíženia sa k prepäťovej čiare
Ovládač
- Vypočíta vzdialenosť k čiare prepätia
- Otvára recirkulačný ventil pri blížiacom sa prepätí (s bezpečnostnou rezervou)
- Moderné systémy používajú adaptívne algoritmy
- Kritický čas odozvy (< 1 sekunda (typická požiadavka)
Prevádzkové postupy
- Nikdy nepracujte naľavo od prepäťovej čiary.
- Udržiavajte rezervu prietoku 10-20% proti prepätiu
- Postupné zmeny zaťaženia (vyhnite sa prudkým poklesom dopytu)
- Pred spustením overte funkčnosť protiprepäťového systému
- Pravidelne testujte ochranu proti prepätiu
Reakcia na núdzové situácie
Ak dôjde k prepätiu
- Okamžité konanie: Ak automatický systém zlyhal, otvorte recyklačný ventil manuálne.
- Zvýšiť prietok: Otvorte výboj, znížte odpor, spustite paralelné jednotky
- Znížte nárast tlaku: Pomalý kompresor pri variabilných otáčkach
- Núdzové vypnutie: Ak sa prepätie nedá zastaviť do 10 – 30 sekúnd
- Nereštartovať: Kým sa príčina nezistia a neodstránia
Kontrola po prepätí
- Skontrolujte, či nie je čepeľ poškodená
- Skontrolujte stav ložiska
- Overte neporušenosť tesnenia
- Skontrolujte axiálne ložisko
- Pred opätovným uvedením do prevádzky vykonajte analýzu vibrácií
Prepätie verzus iné nestability
Prepätie vs. rotujúce zablokovanie
- Prepätie: Oscilácia prietoku v celom systéme, veľmi nízka frekvencia (0,5 – 10 Hz)
- Otočný stánok: Lokalizované zastavovacie bunky rotujúce okolo prstenca, vyššia frekvencia (0,2 – 0,8 × rýchlosť rotora)
- Závažnosť: Prepätie je ničivejšie, zastavenie môže byť predzvesťou prepätia
Prepätie vs. recirkulácia
- Prepätie: Špecifické pre kompresor, spätný prietok, nestabilita systému
- Recirkulácia: Môže sa vyskytnúť v čerpadlách alebo kompresoroch, lokalizované obrátenie prúdenia, menej závažné
- Vzťah: Recirkulácia môže viesť k prepätiu v kompresoroch
Prepäťové vlnenie je najnebezpečnejším prevádzkovým stavom pre odstredivé a axiálne kompresory, ktoré môže zničiť zariadenie v priebehu niekoľkých minút. Pochopenie mechanizmu prepäťových vln, rozpoznávanie hraníc prepäťových vĺn, implementácia účinnej protiprepäťovej ochrany a udržiavanie správnych prevádzkových rezerv sú absolútne nevyhnutné pre bezpečnú prevádzku kompresora v priemyselných aplikáciách kompresie plynu.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 