In che modo le condizioni di ingresso influiscono sulle prestazioni del compressore d'aria centrifugo
Di Rick Stasyshan, consulente tecnico CAGI e Neil Breedlove, Atlas Copco
La rivista Compressed Air Best Practices ® (CABP) ha recentemente parlato con Rick Stasyshan , consulente tecnico di Compressed Air and Gas Institute (CAGI) e Neil Breedlove della sezione compressori centrifughi di CAGI e la società membro, Atlas Copco Compressors, sui compressori d'aria centrifughi. Nello specifico, la discussione ha delineato in che modo le diverse condizioni di ingresso possono influire sulle prestazioni dei compressori d'aria centrifughi.
I parametri ambientali influenzano le prestazioni centrifughe
CABP: Signori, i nostri lettori sono sempre ansiosi di saperne di più su come i loro sistemi di compressione sono influenzati dalle condizioni ambientali. Puoi far luce su come le condizioni di ingresso possono influire sulle prestazioni di un sistema di compressore centrifugo?
CAGI: la tecnologia centrifuga si basa sulla compressione dinamica. Nei compressori dinamici, l'aria viene aspirata tra le pale di una girante a rotazione rapida e accelera ad alta velocità. L'aria viene quindi scaricata attraverso un diffusore, dove l'energia cinetica si trasforma in pressione statica. La maggior parte dei compressori dinamici sono compressori turbo con un flusso assiale o radiale e sono progettati per portate volumetriche maggiori.
Le prestazioni di un compressore dinamico dipendono molto dalle condizioni ambientali. Di seguito spiegheremo l'impatto dei diversi parametri ambientali e il loro effetto sulle prestazioni. Quando si considera un investimento in un tipo di compressore centrifugo, è fondamentale considerare gli estremi annuali e le condizioni medie quando si dimensionano le apparecchiature per l'applicazione per ottenere le massime prestazioni.
I parametri ambientali che influenzano le prestazioni sono:
Temperatura di ingresso
Pressione di ingresso
Umidità relativa (RH)
Temperatura dell'acqua di raffreddamento
CABP: Potete fornire ai nostri lettori una comprensione di come ciascuno di questi parametri potrebbe influire sulle prestazioni?
CAGI: Per comprendere l'impatto di questi parametri, dobbiamo prima esaminare le curve di prestazione di un compressore dinamico e vedere come le prestazioni sono influenzate dalla modifica dei parametri ambientali.
Temperatura di ingresso
La temperatura di ingresso dell'aria ha un impatto sulla densità dell'aria all'ingresso del compressore e influenzerà l'energia cinetica trasferita dalle pale all'aria. L'aumento della densità a temperature di aspirazione inferiori comporterà una maggiore erogazione di aria libera (acfm) e anche un maggiore consumo di energia del compressore .
Un altro effetto del cambiamento nella densità dell'aria o del gas è il turndown disponibile del compressore. Questo è l'intervallo di flusso in cui è possibile una regolazione efficiente attraverso l'uso di una valvola a farfalla o delle palette di guida in ingresso. Dalle illustrazioni seguenti, è chiaro che con temperature più basse è disponibile un intervallo di turndown più elevato .
Le figure 1 e 2 mostrano gli effetti della temperatura di ingresso sulle prestazioni di un turbocompressore.
I cambiamenti nella temperatura di ingresso producono grandi cambiamenti nelle prestazioni. In climi freddi, una centrifuga può erogare molto più flusso d'aria in peso che in climi caldi, se l'unità è dimensionata per fornire la potenza aggiuntiva richiesta.
Temperatura di ingresso inferiore:
Aumenta la pressione di picco.
Aumenta la capacità massima (flusso di peso) a una data pressione di scarico.
Aumenta il consumo di energia (potenza).
Figura 1: la densità dell'aria aumenta con la riduzione della temperatura dell'aria.
Temperatura di ingresso superiore:
Diminuisce la pressione di picco.
Riduce la capacità massima (flusso di peso) a una data pressione di scarico.
Riduce il consumo di energia (potenza).
Figura 2: In che modo la temperatura dell'ingresso influisce sulla potenza
I parametri citati hanno effetti simili sulle prestazioni del compressore. L'impatto di questi parametri può essere compreso anche dai grafici performamce usati sopra.
Pressione di ingresso
Una diminuzione della pressione di ingresso ridurrà la densità dell'aria all'ingresso del compressore. Come con temperature più elevate, si tradurrà in una minore erogazione e potenza di aria libera. Le variazioni della pressione di ingresso possono essere causate da filtri di ingresso sporchi o dal cambiamento della pressione barametrica. Lo stesso vale per il turndown disponibile: una pressione di aspirazione inferiore comporterà un turndown disponibile più piccolo (vedere la Figura 3).
Pressione di ingresso inferiore:
Riduce la pressione di scarico lungo l'intera curva.
Riduce la capacità massima (flusso di peso).
Riduce il consumo di energia o la potenza (a causa del flusso di peso ridotto).
Figura 3: impatto della pressione di ingresso sulle prestazioni del compressore centrifugo
Umidità relativa (RH)
Un aumento dell'umidità relativa (RH) riduce il flusso e la potenza, mentre una diminuzione dell'umidità relativa aumenta il flusso e la potenza. L'aggiunta di vapore acqueo all'aria rende l'aria umida e riduce la densità dell'aria. Ciò è dovuto al fatto che la massa molare dell'acqua è inferiore a quella dell'aria (vedere la figura 4).
Maggiore umidità relativa:
Diminuisce la pressione di scarico all'improvviso.
Riduce la capacità di flusso massima (flusso di peso).
Diminuisce il flusso a cui si verifica l'ondata.
Riduce il consumo di energia (potenza).
Le maggiori perdite di condensa nei giorni ad alta umidità comportano una portata ridotta erogata al sistema dell'aria dell'impianto.
Figura 4: impatto dell'umidità relativa sulle prestazioni del compressore centrifugo
Temperatura dell'acqua di raffreddamento
Le temperature dell'acqua di raffreddamento influenzeranno le temperature di aspirazione al secondo stadio e ad eventuali altri stadi, se presenti. L'acqua più fredda aumenta il flusso e la potenza e l'acqua più calda riduce il flusso e la potenza.
CABP : In che modo suggerisci ai nostri lettori di tenerne conto quando dimensionano il loro compressore centrifugo?
CAGI: per dimensionare un compressore centrifugo, è necessario considerare il modello di flusso della domanda del sito di lavoro dell'utente e considerare le condizioni di ingresso del sito (minimo / medio / alto) per prestazioni ottimali.
Un altro punto importante da considerare è il dimensionamento del motore. Se il motore / driver viene selezionato in base alle prestazioni a temperature di ingresso più basse, si assicurerà che anche a basse temperature di ingresso, il motore disponga di una potenza sufficiente per occuparsi degli aumenti di flusso. Il cliente può trarre vantaggio dall'aumento del flusso disponibile dal proprio compressore (vedere la Figura 5).
La temperatura dell'acqua di raffreddamento influirà sulle prestazioni dello stadio del compressore dopo il primo stadio. L'effetto sulle prestazioni è simile a quello della temperatura dell'aria in ingresso. Questo, ovviamente, è vero perché le variazioni di temperatura dell'acqua di raffreddamento influenzeranno direttamente la temperatura dell'aria che entra nella seconda, terza e successive fasi, dove ci sono intercooler situati tra le fasi.
Temperatura di raffreddamento inferiore:
Aumenta la pressione di scarico.
Aumenta la capacità massima (flusso di peso).
Aumenta il consumo di energia (potenza).
Figura 5: effetto della temperatura dell'acqua di raffreddamento sulle prestazioni centrifughe
Maggiore temperatura dell'acqua di raffreddamento:
Diminuisce la pressione di scarico.
Riduce la capacità massima (flusso di peso).
Riduce il consumo di energia (potenza).
Ulteriori informazioni sui compressori centrifughi
CABP : da questa breve spiegazione, i nostri lettori probabilmente vorranno capire meglio questi elementi e come hanno un impatto specifico sulle loro operazioni. In che modo i nostri lettori possono ottenere maggiori informazioni e assistenza da CAGI e dai suoi membri della sezione compressori centrifughi?
CAGI : CAGI e i suoi membri della sezione compressori centrifughi, che includono Atlas Copco, Cameron, FS Elliott e Ingersoll Rand, hanno formato ingegneri per assistere e guidare gli utenti nella scelta del compressore di dimensioni adeguate per il loro funzionamento. Si consiglia una valutazione del sistema del compressore quando si aggiorna e / o si sostituiscono i sistemi esistenti per garantire che le prestazioni del sistema siano massimizzate.
Per informazioni più dettagliate su CAGI, i suoi membri, le applicazioni di aria compressa o le risposte a qualsiasi domanda relativa all'aria compressa, contattare l'Istituto di aria compressa e gas. Le risorse didattiche di CAGI includono corsi di e-learning su SmartSite, guide di selezione, video e il manuale di aria compressa e gas.
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