Fonaments bàsics del compressor d’aire centrífug Part II - Comprensió de la corba bàsica de rendiment

De Hank van Ormer, Editor col·laborador

La primera part explicà la terminologia necessària per comprendre les operacions centrífugues. La segona part revisa les corbes de rendiment operatiu típiques i la forma d'interpretar-les.

Un compressor d'aire centrífug opera a través de diversos fluxos i pressions de descàrrega. La corba de rendiment operatiu està configurada pels components interns seleccionats i afectada per condicions de funcionament com la pressió d’entrada, la temperatura d’entrada i la temperatura de l’aigua de refrigeració.

El procés de compressió dinàmica, aplicat en un estadi operatiu del compressor centrífug, és convertit en velocitat i energia cinètica a pressió i temperatura, ja que el flux és restringit. Un altre terme per a aquest procés és el cabal de massa : el requisit de potència per lliurar el flux de cms nominal a la pressió nominal (psig) està determinat pel pes de l'aire (alguns fabricants també utilitzen el terme "densitat").

El requisit de potència en aquest tipus de procés de compressió, quan no es consideren les peces del disseny intern, depèn bàsicament del pes de l’aire que travessa la màquina. Ignorar les càrregues de peces controla qualsevol cosa que augmenti o disminueixi el pes de l’aire que passa pels estadis fins al flux final i la pressió tindrà un impacte directe sobre la potència d’entrada.

Figura 1a. Efecte de la temperatura de l’aire d’entrada sobre la pressió de descàrrega

Figura 1b. Efecte de la temperatura de l’aire d’entrada sobre la potència

Si s’incrementa la temperatura d’entrada, s’aconseguirà augmentar el flux d’aire fix fix i lliurar menys aire útil a l’usuari (scfm) i reduir el requeriment d’energia d’entrada. Les temperatures més fredes produiran l’efecte contrari.

La reducció de la pressió d’entrada (altitud, pressió de l’habitació del compressor negativa, filtre d’entrada brut / mal dimensionada) alleugerirà el flux d’aire comprimit (cfm) que recorre els estadis, resultant també menys aire útil (scfm) amb un requeriment d’alimentació d’entrada reduït. Una pressió d’entrada més alta tindrà l’efecte contrari.

L’augment de les temperatures de l’aigua de refrigeració tornarà a tenir el mateix efecte “alleugeriment” sobre l’aire comprimit a través dels estadis i requisits de potència que les condicions anteriors.

L’efecte net real de qualsevol d’aquestes condicions depèn de la corba de rendiment real i de les característiques aerodinàmiques del disseny. Aquest és també el cas de la pressió de descàrrega amb una roda fixa, o impulsor / difusor / velocitat, fase del compressor.

L'augment de la pressió de descàrrega normalment deixarà l'efecte d'augmentar el pes del corrent d'aire comprimit a través de les etapes i això donarà lloc a un menys flux d'aire utilitzable (scfm) sovint a la mateixa potència d'entrada o propera. Baixar la pressió sovint permetrà més flux a la mateixa entrada d’alimentació similar o similar. El rendiment real de la màquina es cobreix més endavant en aquest document.

Comprensió de les corbes de funcionament del fabricant centrífug

Les dades s’han d’igualar amb:

• SCFM o Nm ³ / h a càrrega completa i parcial

• Potència d’entrada a kW

• Pressions en psig o en barra (utilitzant només psia per convertir de icfm / acfm a scfm)

Figura 2. Corbes de rendiment centrífugues típiques

Què són Turndown, Stonewall i Rise to Surge?

Un cop dissenyat un impulsor i una velocitat ajustada, s’estableix l’energia que absorbirà una lliura d’aire en passar per l’impulsor.

Un compressor centrífug subministrarà una lliura d’aire amb una despesa constant d’energia: hivern o estiu. El volum real d’aire d’entrada a comprimir variarà durant un període de temps amb la condició d’entrada de la pressió i la temperatura.

Rise to Surge : Com que es produeix més aire comprimit del que es necessita, el compressor centrífug s’ha de descarregar, o lliurar menys aire per evitar la pressió. Cada compressor centrífug té una pressió màxima que pot assolir per a condicions específiques d’entrada que faran que el flux d’aire es reverteixi i sobrecorri , apagant el compressor per evitar danys a les vibracions.

Això és una sobredimplicació de l'acció de sobretensió, però, cada unitat té un augment al límit de sobretensió o màxima pressió. Turndown és el percentatge per sota del cabal de càrrega completa que pot comptar el compressor sense experimentar sobretensions. Per exemple, un 15% de tendència significa que la unitat pot funcionar amb un 85% de cabal o superior, ja que està equipada sense colpejar-lo. A més gran, estarà a prop o en excés.

Pedra de pedra : En algun moment, a mesura que la descàrrega cau i el flux d'aire a través dels augments a plena càrrega, les limitacions físiques no permetran més aire a través dels estadis; aquest punt es coneix com a pedra de pedra . El funcionament continuat en aquest punt o més enllà pot provocar cabals tan elevats amb un major diferencial de pressió que els impulsors no ompliran totalment les zones de pal i es produirà una acció similar a la cavitació creant un altre tipus de sobrecàrrega amb vibracions potencialment perjudicials.

La figura 3 és una representació mostral de la corba de rendiment del fabricant general i les dades es poden desenvolupar amb una previsible i probable eficiència operativa real projectada.

Figura 3. Exemple de corbes de rendiment del compressor de càrrega completa a 125 psig

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

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

Utilitzant les corbes de rendiment operatiu centrífugu per a l’optimització del sistema

El treball amb un proveïdor d’OEM i les seves corbes de rendiment operatiu ajudaran eficaçment. Per tal que l'usuari proporcioni les dades adequades al proveïdor OEM, l'usuari hauria de familiaritzar-se amb la informació presentada per comprendre i demanar dades addicionals significatives, com ara:

• Quines són les característiques de funcionament de l’impulsor / difusor pel que fa al punt de sobreeiximent, al desviament, a la càrrega completa de potència específica, etc.

• Quins són els conjunts d’impulsor / difusor estàndard per tenir més capacitat de distribució?

Controls de capacitat i guies d’entrada

Les corbes de rendiment operatiu de la figura 4 mostren que hi havia dos valors de kW de càrrega parcial diferent per a la vàlvula de papallona d’entrada (IBV) i la paleta de guia d’entrada (IGV). Com totes les coses centrífugues, les dades reals són específiques a la màquina.

Per què tot això té sentit?

Quan el compressor centrífug dissenyat i aplicat es queda sense sortida, no pot produir aire comprimit que el sistema no pot prendre de manera bàsica una de les dues coses:

• Un control de capacitat disponible de gairebé tots els fabricants descarrega el compressor tancant la vàlvula d’entrada i obrint la vàlvula de bufatge, permetent a la unitat anar a ralentí a una potència d’entrada reduïda sense flux d’aire.

Un altre perfeccionament permet apagar el motor; com més gran sigui el motor d’inducció, menys arrenques per hora o dia. Aquest tipus de control pot ser molt eficaç i també depèn de l'emmagatzematge, ja que la recàrrega o el reinici de la unitat de classe psig pot trigar fins a 1 minut o més. Les unitats d'alta pressió (de 500 a 550 psig) poden trigar fins a 3 minuts més a arribar a la càrrega completa.

• El control de capacitat més utilitzat és el cop d’extinció. Quan la unitat arriba a la seva gamma completa (segons s'ajusta), la vàlvula de buit s'obre i permet excés de capacitat a l'atmosfera. El kW d'entrada ja no es reduirà, independentment de les reduccions de la demanda d'aire.

Figura 4. Comparació de control de compressors centrífugs

Furges guia típiques d’entrada

La figura 4 mostra la corba de rendiment generat per DOE (Departament d’Energia) per als controls d’entrada d’IBV estàndard (vàlvula de papallona d’entrada) o IGV (paleta de guia d’entrada) amb un nivell de pantalla nominal del 30%.

Els IGV no permeten més canvis, però sí que permeten millorar la eficiència reduint les pèrdues de turbulència de l’aire que entra als impulsors.

La tercera corba mostrada a la figura 4 representa una nova tecnologia d’accionament centrífug amb motors de coixinet magnètics. Aquest control és un sistema VSD molt eficaç (unitat de velocitat variable) del 100% al 75% amb la potència d’entrada directament proporcional. Al punt de gira final, la unitat es descarrega completament en 7 a 12 segons i es pot carregar en 12 a 15 segons. El funcionament eficaç requereix un emmagatzematge adequat.

Què hi ha de la pressió de descàrrega d'aigua de refrigeració?

A la taula 1 es mostra una unitat de rendiment projectat a l’aigua de refrigeració de 85 ° F i l’aigua de refrigeració a 60 ° F a diferents pressions de descàrrega.

Taula 1. Unitat amb un punt de sobreeiximent de 135 psig a un refredador de 85 ºF i un refrigerant de 60 ºF

ME = nominal 0,95

Taula 1 Notes: Des de la pressió de descàrrega de 125 psig (aigua de refrigeració de 85 ° F) fins a la pressió de descàrrega de 100 psig (aigua de refrigeració de 60 ° F), el cabal va de 1.572 acfm a 1.707 acfm; la potència de l’eix passa de 334 CV a 335 CV (175 acfm més per a 1 CV); i la plataforma de pas va del 35,8% al 51,2%.

Lliçons apreses

Aquest document es va crear per identificar i explicar les definicions darrere de les dades de rendiment centrífugu i la seva importància. Amb aquesta informació, l’usuari pot treballar amb el seu proveïdor d’OEM local o amb grups d’enginyeria tècnica per seleccionar i aplicar adequadament una unitat que s’ajusti a les condicions específiques del lloc d’una manera òptima.

--- http: //www.hqcompressor.com