Nozioni di base sul compressore d'aria centrifugo Parte II - Comprensione della curva delle prestazioni di base

Di Hank van Ormer, Redattore collaboratore

La parte I ha spiegato la terminologia necessaria per comprendere le operazioni centrifughe. La parte II esamina le curve tipiche delle prestazioni operative e come interpretarle.

Un compressore d'aria centrifugo funziona su una vasta gamma di flussi e pressioni di scarico. La curva delle prestazioni operative è modellata dai singoli componenti interni selezionati e influenzata da condizioni operative quali pressione di ingresso, temperatura di ingresso e temperatura dell'acqua di raffreddamento.

Il processo di compressione dinamica, applicato in una fase operativa del compressore centrifugo, è la velocità e l'energia cinetica convertite in pressione e temperatura quando il flusso è limitato. Un altro termine per questo processo è flusso di massa - il fabbisogno di potenza per fornire il cfm nominale del flusso alla pressione nominale (psig) è determinato dal peso dell'aria (alcuni produttori usano anche il termine "densità").

Il requisito di potenza in questo tipo di processo di compressione, quando non vengono prese in considerazione le parti interne del progetto, dipende sostanzialmente dal peso dell'aria che attraversa la macchina. Ignorare i carichi parziali controlla qualsiasi cosa aumenti o riduca il peso dell'aria che attraversa le fasi fino al flusso finale e la pressione avrà un impatto diretto sulla potenza in ingresso.

Figura 1a Effetto della temperatura dell'aria in ingresso sulla pressione di scarico

Figura 1b Effetto della temperatura dell'aria in ingresso sul potere

L'aumento della temperatura di ingresso alleggerirà il flusso d'aria fisso totale e fornirà all'utente meno aria utilizzabile (scfm) e ridurrà il fabbisogno di potenza in ingresso. Temperature più fredde produrranno l'effetto opposto.

Ridurre la pressione di ingresso (altitudine, pressione negativa della sala del compressore, filtro di ingresso sporco / di dimensioni scadenti) alleggerirà il flusso di aria compressa (cfm) che viaggia attraverso gli stadi con conseguente riduzione dell'aria utilizzabile (scfm) con un fabbisogno di potenza in ingresso ridotto. Una pressione di ingresso maggiore avrà l'effetto opposto.

L'aumento delle temperature dell'acqua di raffreddamento avrà di nuovo lo stesso effetto "schiarente" sull'aria compressa attraverso le fasi e i requisiti di potenza delle condizioni precedenti.

L'effettivo effetto netto di una qualsiasi di queste condizioni dipende dall'effettiva curva delle prestazioni e dalle caratteristiche aerodinamiche del progetto. Questo è anche il caso della pressione di scarico con una ruota fissa, o girante / diffusore / velocità, stadio del compressore.

L'aumento della pressione di scarico normalmente lascia l'effetto di aumentare il peso del flusso di aria compressa attraverso gli stadi che si tradurrà in un flusso inferiore di aria utilizzabile (scfm) spesso alla stessa potenza di ingresso. Abbassare la pressione consentirà spesso più flusso allo stesso o simile input di potenza. Le prestazioni effettive specifiche della macchina sono descritte più avanti in questo documento.

Comprensione delle curve di funzionamento del produttore centrifugo

I dati dovrebbero essere equiparati a:

• SCFM o Nm ³ / ora a pieno carico e carico parziale

• Potenza assorbita a kW

• Pressioni in psig o bar (usando solo psia per convertire da icfm / acfm a scfm)

Figura 2. Curve di prestazione centrifughe tipiche

Cosa sono Turndown, Stonewall e Rise to Surge?

Una volta progettata una girante e impostata una velocità, viene stabilita l'energia che una libbra d'aria assorbirà nel passaggio attraverso la girante.

Un compressore centrifugo fornirà una libbra d'aria con un dispendio costante di energia - inverno o estate. Il volume effettivo di aria in ingresso da comprimere varierà per un periodo di tempo in base alle condizioni di ingresso di pressione e temperatura.

Rise to Surge : poiché viene prodotta più aria compressa del necessario, il compressore centrifugo deve scaricare o erogare meno aria per evitare la sovrapressione. Ogni compressore centrifugo ha una pressione massima che può raggiungere per specifiche condizioni di ingresso che causeranno l' inversione e l'ondata del flusso d'aria, spegnendo il compressore per evitare danni causati dalle vibrazioni.

Questa è una semplificazione eccessiva dell'azione di sovratensione, tuttavia, ogni unità ha un aumento del limite di sovratensione o della pressione massima. Il turndown è la percentuale al di sotto del flusso a pieno carico che il compressore può funzionare senza subire picchi. Ad esempio, un turndown del 15% indica che l'unità può funzionare con un flusso dell'85% o superiore, in quanto equipaggiata senza colpire il picco. In caso di maggiore turndown, sarà vicino o in aumento.

Stonewall : ad un certo punto, quando lo scarico cade e il flusso d'aria attraverso gli aumenti a pieno carico, i limiti fisici non consentiranno più aria attraverso le fasi - questo punto è noto come stonewall . Il funzionamento continuo a questo punto o oltre può causare portate così elevate con un maggiore differenziale di pressione che le giranti non riempiranno completamente le aree della pala e si verificherà un'azione simile alla cavitazione creando un altro tipo di picco con vibrazioni potenzialmente dannose.

La Figura 3 è una rappresentazione di esempio della curva delle prestazioni di un produttore generale e i dati possono essere sviluppati per un'efficienza operativa prevista prevista prevedibile e probabile.

Figura 3. Esempio di curve di prestazione per compressore a pieno carico a 125 psig

• 2.050 cfm a 125 psig a 430 HP (x .7457 = 321 kW)

• Turndown 1.535 cfm a 125 psig a 345 HP (x .7457 = 257 kW)

Utilizzo delle curve delle prestazioni operative centrifughe per l'ottimizzazione del sistema

Lavorare con un fornitore OEM e le relative curve delle prestazioni operative aiuterà a portare a un'applicazione di successo. Affinché l'utente possa fornire al fornitore OEM i dati appropriati, l'utente dovrebbe avere familiarità con le informazioni presentate per comprendere appieno e richiedere dati aggiuntivi significativi come:

• Quali sono le caratteristiche operative della girante / diffusore per quanto riguarda il punto di picco, il turndown, la potenza specifica a pieno carico, ecc.

• Quali sono i set di girante / diffusore standard per una maggiore capacità di turndown?

Controlli di capacità e palette guida di ingresso

Le curve delle prestazioni operative nella Figura 4 mostrano che c'erano due diversi valori di kW in ingresso del carico parziale per la valvola a farfalla di ingresso (IBV) e la pala di guida di ingresso (IGV). Come tutte le cose nei centrifugi, i dati effettivi sono specifici della macchina.

Perché tutto questo è significativo?

Quando il compressore centrifugo, come progettato e applicato, termina il turndown, non può continuare a produrre aria compressa che il sistema non può sopportare, in pratica si verifica una di queste due cose:

• Un controllo di capacità disponibile da quasi tutti i produttori scarica il compressore chiudendo la valvola di ingresso e aprendo la valvola di scarico, consentendo all'unità di andare al minimo a una potenza di ingresso ridotta senza flusso d'aria.

Un ulteriore perfezionamento consente al motore di spegnersi; maggiore è il motore a induzione, meno avviamenti all'ora o al giorno. Questo tipo di controllo può essere molto efficace e dipende anche dall'archiviazione poiché il ricaricamento e / o il riavvio dell'unità di classe 100 psig può richiedere fino a 1 minuto o più. Le unità ad alta pressione (da 500 a 550 psig) possono richiedere fino a 3 minuti in più per arrivare a pieno carico.

• Il controllo della capacità più comunemente usato è lo scarico. Quando l'unità raggiunge il suo valore massimo (regolato), la valvola di scarico si apre e scarica la capacità in eccesso nell'atmosfera. I kW in ingresso non diminuiranno più a prescindere da qualsiasi riduzione della domanda di aria si verifichi.

Figura 4. Confronto del controllo del compressore centrifugo

Tipiche palette di guida dell'iniettore

La Figura 4 mostra la curva di prestazione generata dal DOE (Dipartimento dell'Energia) per i controlli di ingresso IBV standard (valvola a farfalla in ingresso) o IGV (inlet guide vane) con un turndown nominale del 30%.

Gli IGV non consentono più turndown ma consentono il turndown a una migliore efficienza riducendo le perdite di turbolenza dell'aria che entra nelle giranti.

La terza curva mostrata nella Figura 4 rappresenta una nuova tecnologia di azionamento centrifugo con motori a cuscinetti magnetici. Questo controllo è molto efficace VSD (variatore di velocità) dal 100% al 75% con la potenza di ingresso direttamente proporzionale. Al completo turndown, l'unità si scarica completamente in 7-12 secondi e può essere caricata in 12-15 secondi. Un funzionamento efficace richiede una conservazione adeguata.

Che dire della pressione di scarico dell'acqua di raffreddamento?

La tabella 1 mostra le prestazioni previste per unità singole a 85 ° F di acqua di raffreddamento e 60 ° F di acqua di raffreddamento a diverse pressioni di scarico.

Tabella 1. Unità con punto di sovratensione naturale 135 psig a liquido di raffreddamento 85 ° F e liquido di raffreddamento 60 ° F

ME = nominale .95

Tabella 1 Note: da una pressione di scarico di 125 psig (acqua di raffreddamento a 85 ° F) a una pressione di scarica di 100 psig (acqua di raffreddamento a 60 ° F), il flusso va da 1.572 acfm a 1.707 acfm; la potenza dell'albero va da 334 CV a 335 CV (175 acfm in più per 1 CV); e il turndown va dal 35,8% al 51,2%.

Lezioni imparate

Questo documento è stato creato per identificare e spiegare le definizioni alla base dei dati sulle prestazioni centrifughe e la sua importanza. Con queste informazioni, l'utente può collaborare con il proprio fornitore OEM locale o con gruppi tecnici tecnici per selezionare e applicare correttamente un'unità per adattarsi in modo ottimale alle condizioni specifiche del sito.

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