Understanding Surging in Compressors
Surging — பொதுவாக கம்ப்ரசர் சர்ஜ் என்று அழைக்கப்படும் — இது மையவிலக்கு மற்றும் அச்சு கம்ப்ரசர்களில் ஏற்படும் கடுமையான வளிசாரல் நிலையற்றுமை ஆகும், இதில் இயந்திரத்தின் வழியான முழு ஓட்டமும் அவ்வப்போது திசை மாறுகிறது. இதன் விளைவாக அழுத்தம் மற்றும் ஓட்டம் அலைகிறது, வழக்கமாக 0.5–10 Hzஅதிர்வெண்களில். ஒவ்வொரு சர்ஜ் சுழற்சியிலும் ஓட்டம் தற்காலிகமாக தேங்குகிறது அல்லது மாறுகிறது, வெளியேற்ற அழுத்தம் சரிகிறது, பிறகு முன்னோக்கி ஓட்டம் மீண்டும் தொடங்கி அழுத்தம் மீளகட்டப்படுகிறது, மேலும் சுழற்சி மீண்டும் நிகழ்கிறது. இந்த திசை மாற்றங்கள் ரோட்டாரில் மிகவும் மாறுபடும் பெரும் சக்திகளை ஏற்றுத்திணிக்கின்றன, கடுமையான vibration — குறிப்பாக axial திசையில் — ஒரு சத்தமான இடிமுழக்கம் மற்றும் உடனடியாக நிறுத்தப்படாவிட்டால் நிமிடங்களுக்குள் கம்ப்ரசரை அழிக்கும் திறன் ஆகியவை உண்டாகும்.
சர்ஜ் அடிப்படையில் ஒரு system நிலையற்றுமை ஆகும், இது கம்ப்ரசர் மட்டுமல்லாமல் அதனுடன் இணைக்கப்பட்ட குழாய் அமைப்பு மற்றும் அளவையும் உள்ளடக்கியது. குறைந்த ஓட்டத்தில் இயந்திரம் தனது அழுத்த-உயர்வு திறனை மீறி தள்ளப்படும்போது இது உருவாகிறது; இதைத் தடுக்க சர்ஜ் கோட்டுக்கு மேலே ஓட்டத்தை பாதுகாப்பாக வைத்திருக்கும் சர்ஜ் எதிர்ப்பு கட்டுப்பாடு தேவைப்படுகிறது.
1. சர்ஜ் செயல்முறை
The surge cycle
A typical surge cycle progresses through a repeating sequence:
- ஓட்டம் குறைதல்: அமைப்பின் தேவை குறைகிறது, எனவே கம்ப்ரசர் வழியான ஓட்டம் குறைகிறது.
- Stall onset: மிகவும் குறைந்த ஓட்டத்தில் இறகு அமைப்பு தேங்குகிறது மற்றும் ஓட்டம் இறகு மேற்பரப்பிலிருந்து பிரிகிறது.
- Pressure collapse: தேங்கிய கம்ப்ரசரால் இனி வெளியேற்ற அழுத்தத்தை தாங்க முடியாது.
- Flow reversal: வெளியேற்ற குழாய் அல்லது அறையில் சிக்கிய அதிக அழுத்த வாயு கம்ப்ரசர் வழியாக பின்னோக்கி இயங்குகிறது.
- Pressure equalisation: discharge pressure falls as gas escapes backward.
- Forward flow resumes: அழுத்தம் குறைந்தவுடன், கம்ப்ரசர் மீண்டும் வாயுவை முன்னோக்கி நகர்த்த முடியும்.
- Pressure rises: புதுப்பிக்கப்பட்ட முன்னோக்கி ஓட்டம் வெளியேற்ற அழுத்தத்தை மீண்டும் கட்டமைக்கிறது.
- Cycle repeats: அதிக அழுத்தம் மீண்டும் இயந்திரத்தை நிறுத்துகிறது, மற்றும் சுழற்சி தொடர்கிறது.
Surge frequency
- கணினியின் கொள்ளளவு (குழாய்கள், பொட்டலங்கள், கலன்கள்) மற்றும் சுருக்கியின் பண்புகள் ஒருங்கிணைந்து அமைக்கப்படுகிறது.
- Larger volumes give a lower surge frequency.
- வழக்கமான வரம்பு: 0.5–10 Hz.
- Small systems: roughly 5–10 Hz.
- Large systems: roughly 0.5–2 Hz.
- கொடுக்கப்பட்ட அமைப்புக்கு அதிர்வெண் ஒப்பீட்டளவில் மாறாமல் இருக்கும்.
இந்த குறைந்த, அமைப்பு-நிலையான அதிர்வெண் ஒரு கையகப்படுத்தக்கூடிய பகுப்பாய்வியின் பணி வரம்பிற்குள் நன்கு அமைந்துள்ளது. குறிப்பிடத்தக்கது என்னவென்றால், Balanset-1A 5 Hz மேலே அதிர்வை அளவிடுகிறது, எனவே சிறிய அமைப்புகளின் அதிக-அதிர்வெண் சர்ஜ் சுழற்சிகள் அதன் அலைவரிசைக்குள் வருகின்றன; இருப்பினும், முக்கிய நோயறிதல் சரியான அதிர்வெண்ணை விட, திடீரென தோன்றும் பெரிய, நிலையற்ற, முதன்மையாக அச்சு திசையில் குறைந்த-அதிர்வெண் துடிப்பின் தவறான அடையாளம் செய்ய முடியாத வடிவம் ஆகும்.
2. சர்ஜுக்கு வழிவகுக்கும் நிலைமைகள்
சர்ஜ் கோட்டைத் தாண்டி இயக்குதல்
ஒவ்வொரு சுருக்கியின் செயல்திறன் வரைபடமும் அதன் நிலையான வரம்பை வரையறுக்கும் ஒரு சர்ஜ் கோட்டைக் கொண்டுள்ளது:
- Surge line: வரைபடத்தில் இடதுபுற மிகவும் நிலையான இயக்க எல்லை.
- Safe operation: அதிக ஓட்டங்களில், கோட்டிற்கு வலதுபுறம்.
- Surge zone: கோட்டிற்கு இடதுபுறம் — நிலையற்ற மற்றும் தடைசெய்யப்பட்ட பகுதி.
- Margin: இயந்திரங்கள் பொதுவாக சர்ஜ் கோட்டிற்கு வலதுபுறம் 10–20% ஓட்ட விளிம்புடன் இயக்கப்படுகின்றன.
Triggering events
- தேவை குறைப்பு: செயல்முறை குறைவாக எடுத்துக்கொள்வதால், ஓட்டம் சர்ஜ் கோட்டை நோக்கி குறைகிறது.
- Discharge restriction: a valve closing or a blockage downstream.
- Speed reduction: தேவையான ஓட்டத்தில் விகிதாசார குறைவு இல்லாமல் சுருக்கி மெதுவாவது.
- Density changes: வாயு மூலக்கூறு எடை அல்லது வெப்பநிலையில் மாற்றங்கள் சுருக்கியின் பண்பினை மாற்றுகின்றன.
- Fouling: காலப்போக்கில் இயந்திரத்தின் திறனை குறைக்கும் இறகு படிவுகள்.
3. விளைவுகள் மற்றும் விளைவுகள்
Vibration
- Amplitude: 25–50 mm/s (1–2 in/s) அல்லது அதிகமாக இருக்கலாம்.
- அச்சு கூறு: தண்டு அச்சு திசையில் குறிப்பாக தீவிரமாக உள்ளது.
- குறைந்த அதிர்வெண்: 0.5–10 Hz pulsations.
- முழு இயந்திர இயக்கம்: முழு சுருக்கி அமைப்பும் அலைக்கழிக்கிறது மற்றும் நடுங்குகிறது.
Mechanical damage
- தாங்கு உறுப்பு தோல்வி: அதிர்ச்சி சுமைகள் சில மணி நேரங்களில் தாங்கல்களை அழிக்கலாம்.
- Seal damage: அச்சு இயக்கம் மற்றும் அழுத்த தலைகீழ்மாறல்கள் சீல்களை சேதப்படுத்துகின்றன.
- Shaft damage: ஓட்ட தலைகீழ்மாறல்களால் வளைவு மற்றும் முறுக்கு அழுத்தம்.
- இறகு சேதம்: alternating aerodynamic loads cause fatigue மற்றும் இறகு விடுதலைக்கு வழிவகுக்கலாம்.
- இணைப்பி சேதம்: torsional shock damages couplings.
- Thrust bearing: விரைவாக மாறி மாறி வரும் அச்சு உந்துவிசை அழிக்கலாம் thrust bearing — பெரும்பாலும் சர்ஜின் முதல் பலி.
Process consequences
- அழுத்தம் மற்றும் ஓட்ட அலைவுகள் கீழ்நிலை செயல்முறையில் பரவுகின்றன.
- திரும்பத்திரும்ப சுருக்கம் மற்றும் விரிவாக்கத்தால் வெப்பநிலை மாறுபாடுகள் எழுகின்றன.
- Process upsets or safety-system trips may follow.
- நிலையற்ற நிலைமைகளால் தயாரிப்பு தரம் பாதிக்கப்படலாம்.
4. கண்டறிதல்
அதிர்வு இலக்ষணம்
- பெரிய வீச்சு, குறைந்த-அதிர்வெண் துடிப்பின் திடீர் தொடக்கம்.
- 0.5–10 Hz வரம்பில் அதிர்வெண்.
- Severe அச்சு அதிர்வன.
- Unstable, continually varying amplitude.
அந்த அடையாளம் ஒரு அதிர்வ நிறமாலை and on a time waveform: திடீரென்று running speed, அச்சு சேனலில் ஆதிக்கம் செலுத்தும், நிலையாக இல்லாமல் வளர்ந்து சுருங்கும் ஆற்றலின் வெடிப்பு. அதிர்வு கண்காணிப்பு கம்ப்ரசரின் த்ரஸ்ட் தாங்கியில் இருப்பது இயங்கிக்கொண்டிருக்கும் சர்ஜைக் கண்டறிய மிக விரைவான வழிகளில் ஒன்றாகும், ஏனெனில் அச்சு இடைப்பு அங்கேயே மிக வலுவாகப் பதிவாகிறது.
Acoustic signature
- A loud booming or whooshing sound.
- surge அதிர்வெண்ணில் கேட்கக்கூடிய தாள துடிப்பு.
- தனித்துவமானது மற்றும், அதை ஒருமுறை கேட்டவர்களுக்கு, தவறுதலாக புரிந்துகொள்ள முடியாதது.
Process indicators
- Oscillating discharge pressure.
- Oscillating flow, which may actually reverse.
- Temperature fluctuations.
- Motor current fluctuations.
5. Prevention: Anti-Surge Control
System components
Recycle valve. வெளியேற்ற வாயுவை உறிஞ்சல் பக்கத்திற்கு திரும்ப கடத்தும் வேகமாக செயல்படும் வால்வு. இயக்க புள்ளி surge கோட்டை நெருங்கும்போது ஓட்டத்தை அதிகரிக்க இது திறக்கிறது, மேலும் தேவைப்பட்டால் முழு கம்ப்ரஸர் ஓட்ட அளவிற்கு வடிவமைக்கப்பட்டிருக்கும்.
Flow and pressure measurement. ஓட்ட வீதம் மற்றும் அழுத்த உயர்வின் தொடர்ச்சியான கண்காணிப்பு, கம்ப்ரஸர் வரைபடத்தில் நேரடி இயக்க புள்ளியை வரைந்து surge கோட்டை நெருங்குவதை கண்டறிகிறது.
Controller. கட்டுப்படுத்தி surge கோட்டுக்கான தூரத்தை கணக்கிட்டு, surge நெருங்கும்போது பாதுகாப்பு விளிம்புடன் recycle வால்வை திறக்கிறது, மேலும் — நவீன நிறுவல்களில் — தழுவல் வழிமுறைகளை பயன்படுத்துகிறது. மறுமொழி நேரம் முக்கியமானது, பொதுவாக ஒரு வினாடிக்குள் நடவடிக்கை தேவைப்படுகிறது.
Operating procedures
- surge கோட்டின் இடதுபக்கம் ஒருபோதும் இயக்காதீர்கள்.
- surge-இலிருந்து 10–20% ஓட்ட விளிம்பை பராமரிக்கவும்.
- சுமை மாற்றங்களை படிப்படியாக மேற்கொள்ளவும் மற்றும் திடீர் தேவை குறைவுகளை தவிர்க்கவும்.
- ஒவ்வொரு தொடக்கத்திற்கும் முன்பு anti-surge அமைப்பு செயல்படுகிறதா என்பதை சரிபார்க்கவும்.
- anti-surge அமைப்பை அவ்வப்போது சோதிக்கவும்.
6. Emergency Response
If surge occurs
- உடனடி நடவடிக்கை: தானியங்கி அமைப்பு செயலிழந்திருந்தால் recycle வால்வை கைமுறையாக திறக்கவும்.
- Increase flow: வெளியேற்றத்தை திறக்கவும், எதிர்ப்பை குறைக்கவும், அல்லது இணையான அலகுகளை தொடங்கவும்.
- Reduce pressure rise: மாறுபட்ட வேகம் கொண்ட கம்ப்ரஸராக இருந்தால் அதை மெதுவாக்கவும்.
- Emergency shutdown: surge-�ை 10–30 வினாடிகளுக்குள் நிறுத்த முடியாவிட்டால், இயந்திரத்தை நிறுத்தவும்.
- மறுதொடக்கம் செய்யாதிரு: காரணம் கண்டறியப்பட்டு சரிசெய்யப்படும் வரை.
Post-surge inspection
- Inspect for blade damage.
- Check the bearing condition.
- Verify seal integrity.
- Examine the thrust bearing.
- Perform vibration analysis இயந்திரத்தை மீண்டும் சேவைக்கு திருப்பியனுப்பும் முன்பு — ஒரு ஆரம்ப நிலை spectrum எந்த புதிய unbalance, misalignment அல்லது நிகழ்வினால் ஏற்பட்ட பேரிங் சேதத்தையும் வெளிப்படுத்தும்.
7. Surge vs. Other Instabilities
Surge vs. rotating stall
- Surge: a system-wide flow oscillation at very low frequency (0.5–10 Hz).
- சுழலும் தட்டல்: annulus-ஐச் சுற்றி அதிக அதிர்வெண்ணில் சுழலும் உள்ளூர்மயமான stall செல்கள், பொதுவாக 0.2–0.8× rotor வேகத்தில், இதை sub-synchronous phenomena.
- Severity: surge இரண்டில் அதிக சேதகரமானது; rotating stall ஆனது surge-க்கு முன்னோடியாக இருக்கலாம்.
Surge vs. recirculation
- Surge: a compressor-specific, system-wide flow reversal.
- Recirculation: பம்புகள் அல்லது கம்ப்ரஸர்களில் நிகழலாம், இது உள்ளூர்மயமான ஓட்ட தலைகீழமாகும், மேலும் பொதுவாக குறைவான தீவிரமானது.
- Relationship: கம்ப்ரஸர்களில் recirculation முழுமையான surge ஆக வளரலாம்.
Surging ஆனது மையவிலக்கு மற்றும் அச்சு கம்ப்ரஸர்களுக்கு மிகவும் ஆபத்தான இயக்க நிலையாகும், இது நிமிடங்களில் உபகரணங்களை அழிக்கும் திறன் கொண்டது. surge வழிமுறையை புரிந்துகொள்வது, surge-கோட்டு எல்லையை அங்கீகரிப்பது, பயனுள்ள anti-surge கட்டுப்பாட்டை செயல்படுத்துவது மற்றும் சரியான இயக்க விளிம்புகளை பராமரிப்பது ஆகியவை தொழில்துறை வாயு சுருக்கல் சேவையில் பாதுகாப்பான கம்ப்ரஸர் இயக்கத்திற்கு முற்றிலும் முக்கியமானவை.
