Razumevanje sunkov v kompresorjih

Naprave

Prenosni balanser in analizator vibracij Balanset-1A

$2,358.31

Deli

Senzor vibracij

$107.47

Deli

Optični senzor (laserski tahometer)

$148.07

Naprave

Balanset-4

$8,123.32

Deli

Magnetno stojalo velikosti 60 kgf

$54.93

Deli

Reflektivni trak

$11.94

Naprave

Dinamični balanser "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definicija: Kaj je naraščanje?

Naraščajoče (imenovan tudi sunkovni val kompresorja) je silovita aerodinamična nestabilnost v centrifugalnih in aksialnih kompresorjih, pri kateri celoten pretok skozi kompresor periodično spreminja smer, kar ustvarja nihajoč tlak in pretok s frekvencami, ki so običajno v območju 0,5–10 Hz. Med ciklom sunka se pretok za trenutek ustavi ali obrne, tlak pade, nato se pretok nadaljuje, tlak se poveča in cikel se ponovi. To ustvarja ogromne nihajoče sile na rotorju, kar povzroča hude vibracije, glasen bobneč hrup in lahko uniči kompresor v nekaj minutah, če ga ne ustavite takoj.

Prenapetost je v osnovi nestabilnost sistema, ki vključuje kompresor in njegove cevi/prostornino, ne le kompresor sam. Pojavi se pri poskusu delovanja preko zmogljivosti dviga tlaka kompresorja pri nizkih pretokih, preprečevanje pa zahteva sisteme za nadzor prenapetosti, ki vzdržujejo pretok nad prenapetostno linijo.

Mehanizem prenapetosti

Opis cikla prenapetosti

Tipičen cikel porasta poteka na naslednji način:

1. Zmanjšanje pretoka: Zahteve sistema se zmanjšajo, pretok skozi kompresor se zmanjša
2. Začetek zastoja: Pri zelo nizkem pretoku se lopatice kompresorja ustavijo (tok se loči)
3. Zlom tlaka: Zaustavljeni kompresor ne more vzdrževati izpustnega tlaka
4. Obračanje toka: Visokotlačni plin v izpustni cevi/plenumu teče nazaj skozi kompresor
5. Izenačevanje tlaka: Izpustni tlak pade, ko plin teče nazaj
6. Življenjepisi naprej: Ko tlak pade, lahko kompresor spet teče naprej
7. Tlak narašča: Pretok naprej poveča izpustni tlak
8. Ponovitve cikla: Visok tlak ponovno povzroči zastoj in ponovitev cikla

Prenapetostna frekvenca

• Določeno z volumnom sistema (cevovodi, plenumi, posode) in značilnostmi kompresorja
• Večje količine → nižja frekvenca sunkov
• Tipično območje: 0,5–10 Hz
• Majhni sistemi: 5–10 Hz
• Veliki sistemi: 0,5–2 Hz
• Frekvenca relativno konstantna za dani sistem

Pogoji, ki vodijo do prenapetosti

Delovanje onkraj prenapetostne linije

Črta vzpona na zemljevidu delovanja kompresorja:

• Prenapetostna linija: Skrajno leva stabilna obratovalna meja na zemljevidu kompresorja
• Varno delovanje: Desno od linije porasta (višji pretoki)
• Območje prenapetosti: Levo od linije valovanja (nestabilno, prepovedano)
• Rob: Običajno delujejo z mejo pretoka 10-20% desno od tlačne linije

Sprožilni dogodki

• Zmanjšanje povpraševanja: Povpraševanje po procesu se zmanjša, pretok se zmanjša
• Omejitev izpusta: Zaprtje ali blokada ventila
• Zmanjšanje hitrosti: Upočasnitev kompresorja brez sorazmernega zmanjšanja pretoka
• Spremembe gostote: Spremembe molekulske mase ali temperature, ki vplivajo na karakteristike kompresorja
• Obraščanje: Usedline na lopaticah zmanjšujejo zmogljivost kompresorja

Učinki in posledice

Vibracije

• Amplituda: Lahko doseže 25–50 mm/s (1–2 in/s) ali več
• Aksialna komponenta: Posebej hudo v aksialni smeri
• Nizka frekvenca: Pulzacije 0,5–10 Hz
• Celoten stroj: Celoten sklop kompresorja se ziblje in trese

Mehanske poškodbe

• Okvara ležaja: Udarne obremenitve uničijo ležaje v nekaj urah
• Poškodba tesnila: Aksialno gibanje in spremembe tlaka uničujejo tesnila
• Poškodba gredi: Upogibna in torzijska napetost zaradi obrata toka
• Poškodba rezila: Izmenične aerodinamične obremenitve povzročajo utrujenost, možno sprostitev lopatic
• Poškodba sklopke: Torzijski udarci, ki poškodujejo sklopke
• Aksialni ležaj: Hitro spreminjanje potiska lahko uniči aksialni ležaj

Posledice procesa

• Nihanja tlaka in pretoka, ki vplivajo na postopek v nadaljevanju
• Temperaturna odstopanja zaradi ciklov kompresije/raztezanja
• Možne motnje v procesu ali izklopi varnostnih sistemov
• Težave s kakovostjo izdelkov zaradi nestabilnih razmer

Zaznavanje

Vibracijski podpis

• Nenaden pojav nizkofrekvenčnega pulziranja z veliko amplitudo
• Frekvenca v območju 0,5–10 Hz
• Huda aksialne vibracije
• Nestabilna, spremenljiva amplituda

Akustični podpis

• Glasen bobneč ali šumeč zvok
• Ritmično pulziranje, slišno pri sunkovitih frekvencah
• Prepoznaven in nezamenljiv

Kazalniki procesa

• Nihajoči izpustni tlak
• Nihajoči tok (lahko se obrne)
• Temperaturna nihanja
• Nihanja toka motorja

Preprečevanje: Nadzor prenapetosti

Komponente sistema proti prenapetosti

Reciklirni ventil

• Hitro delujoči ventil, ki obide izpust kompresorja v sesanje
• Odpre se za povečanje pretoka pri približevanju tlačnemu vodu
• Po potrebi dimenzionirano za polni pretok kompresorja

Merjenje pretoka in tlaka

• Neprekinjeno spremljanje pretoka in naraščanja tlaka
• Narišite delovno točko na zemljevidu kompresorja
• Zaznavanje približevanja prenapetostni liniji

Krmilnik

• Izračuna razdaljo do linije prenapetosti
• Odpre recirkulacijski ventil, ko se približuje prenapetosti (z varnostno rezervo).
• Sodobni sistemi uporabljajo prilagodljive algoritme
• Odzivni čas je kritičen (< 1 sekunda (tipična zahteva)

Operativni postopki

• Nikoli ne delajte levo od tlačne linije
• Ohranite pretočno rezervo 10-20% pred prenapetostjo
• Postopne spremembe obremenitve (izogibajte se hitrim padcem povpraševanja)
• Pred zagonom preverite delovanje sistema proti prenapetosti
• Redno preverjajte zaščito pred prenapetostjo

Odziv v sili

Če pride do prenapetosti

1. Takojšnje ukrepanje: Ročno odprite recirkulacijski ventil, če avtomatski sistem odpove
2. Povečaj pretok: Odprite praznjenje, zmanjšajte upor, zaženite vzporedne enote
3. Zmanjšajte dvig tlaka: Počasen kompresor pri spremenljivi hitrosti
4. Izklop v sili: Če prenapetosti ni mogoče ustaviti v 10–30 sekundah
5. Ne zaženi znova: Dokler vzrok ni ugotovljen in odpravljen

Pregled po prenapetosti

• Preverite morebitne poškodbe rezila
• Preverite stanje ležaja
• Preverite celovitost tesnila
• Preglejte aksialni ležaj
• Pred ponovnim zagonom opravite analizo vibracij

Prenapetost v primerjavi z drugimi nestabilnostmi

Prenapetost v primerjavi z vrtečo se zaporo

• Preval: Nihanje pretoka v celotnem sistemu, zelo nizka frekvenca (0,5–10 Hz)
• Vrtljiva stojnica: Lokalizirane celice zastoja, ki se vrtijo okoli obroča, višja frekvenca (0,2–0,8 × hitrost rotorja)
• Resnost: Preval je bolj uničujoč, zastoj je lahko predhodnik prevalce

Prenapetost v primerjavi z recirkulacijo

• Preval: Kompresorsko specifično, obrat pretoka, nestabilnost sistema
• Recirkulacija: Lahko se pojavi v črpalkah ali kompresorjih, lokaliziran obrat pretoka, manj hudo
• Razmerje: Recirkulacija lahko povzroči prenapetost kompresorjev

Prenapetost je najnevarnejši obratovalni pogoj za centrifugalne in aksialne kompresorje, saj lahko v nekaj minutah uniči opremo. Razumevanje mehanizma prenapetosti, prepoznavanje meja prenapetostnih linij, izvajanje učinkovitega nadzora proti prenapetosti in vzdrževanje ustreznih obratovalnih rezerv so bistvenega pomena za varno delovanje kompresorja v industrijskih aplikacijah za stiskanje plina.

---

← Nazaj na glavno kazalo