Pengaruh Tekanan Sistem Udara Pemampat Kuasa - Bahagian 2: Pengaruh Tekanan Sistem pada Pemampat Sentrif

Ini adalah artikel kedua dalam siri udara mampatan tiga bahagian oleh Mark Krisa, Pengarah - Penyelesaian Perkhidmatan Global, Ingersoll Rand

Adalah biasa untuk melihat pakar penilaian tenaga merawat pemampat empar seperti pemampat anjakan positif apabila cuba mengurangkan penggunaan tenaga sistem udara yang dimampatkan. Malangnya, pemampat empar biasanya lebih besar, dan salah perhitungan boleh dengan mudah mewakili beratus-ratus ribu dolar dalam penjimatan tenaga yang terlalu banyak. Kesalahan ini tidak berniat jahat; ia hasil daripada amalan terbaik yang diselaraskan oleh individu yang mempunyai pengetahuan pemampat sentrifugal terhad. Pengetahuan jenis ini tidak tersedia dan kebanyakan pakar penilaian tenaga tidak mempunyai akses kepada pasukan kejuruteraan yang bertanggungjawab untuk pembangunan teknikal dan rekabentuk pemampat empar. Dari perspektif unit, pemampat sentrifugal adalah sebahagian kecil dari pasaran pemampat sehingga sumber yang berpengetahuan dari segi teknikal adalah terhad.

Mengenal pasti Sumber Pemampat Teknikal

Adalah penting untuk mengetahui bahawa orang-orang jualan udara termampat mewakili salah satu daripada sumber maklumat teknikal terbesar yang berkaitan dengan sistem dan komponen udara yang dimampatkan. Walaupun sesetengah orang jualan adalah jurutera yang berwibawa secara teknikal, tidak biasa untuk mencari perkataan "jurutera" yang digunakan sebagai kata sifat dalam tajuk pekerjaan. Sama ada jurutera adalah tajuk pendidikan atau fungsi pekerjaan, ia tidak menjamin maklumat yang tepat dari segi teknikal. Begitu juga, pengalaman adalah istilah yang sering digunakan untuk menyiratkan ilmu yang besar yang berkaitan dengan tahun amalan. Pengalaman mungkin mempunyai nilai untuk fungsi dengan sebab mudah dan kesan akibat atau tugas berulang-ulang di mana memori otot dapat meningkatkan prestasi. Walau bagaimanapun, dalam industri di mana hasilnya jarang diukur dengan menggunakan alat ukur yang tepat dalam persekitaran terkawal, banyak mitos teknikal yang menelan dan, melalui tahun pengulangan, dianggap sebagai fakta yang terbukti saintifik. Sebagai contoh, sebahagian daripada artikel ini yang dicetak pada bulan lepas, menjelaskan bagaimana kuasa 1 peratus kepada 2-psi andaian disalahgunakan dan mengapa ia tidak betul.

Bekerja di Ingersoll Rand, salah satu pengeluar dan inovator terbesar produk udara termampat di dunia, memudahkan peluang untuk banyak perbincangan teknikal dengan jurutera berbakat yang merancang pemampat untuk hidup. Penyertaan dalam banyak pasukan teknikal yang berkaitan dengan udara dengan ISO, CAGI dan CSA juga memberi peluang untuk perbincangan peringkat tinggi dengan para jurutera dari pengeluar pemampat lain. Menariknya, apabila membincangkan topik tekanan dan kuasa untuk pemampat, hampir setiap jurutera menghidupkan kuasa 1 peratus yang sama kepada andaian 2-psi. Selepas membincangkan atribut sistemik dan termodinamik, semua bersetuju bahawa penyataan 2: 1 tidak tepat tetapi banyak mengandaikannya menjadi fakta, dan menghubungkannya dengan bagaimana pemampat beroperasi relatif terhadap tekanan dalam paip rangkaian. Sebagai jurutera muda yang baru untuk industri, kenyataan 2: 1 adalah pengetahuan teknikal yang dikongsi oleh jurutera kanan. Pengalaman dan umur untuk fakta saintifik, banyak andaian yang tidak bersalah tidak dapat dipertikaikan.

Demi penutupan, teori itu nampaknya berasal dari awal tahun 1900-an sebagai anggaran yang munasabah berdasarkan persamaan kompleks yang digunakan untuk mengira kuasa kuda brek untuk kompresor reciprocating besar berbanding dengan tekanan di dalam silinder. Ini tidak berkenaan memandangkan semua komponen dan perubahan teknologi yang membentuk pemampat moden. Teori 2: 1 adalah seperti khabar angin yang berulang-ulang menjadi cerita yang berbeza dengan tafsiran setiap orang dan perkongsian berikutnya. Ini berlaku apabila kandungan teknikal yang rumit dipermudahkan dan umum sebelum sampai kepada orang-orang jualan lapangan dan orang lain yang menyebarkan pengetahuan pemampat ke pasaran.

Ciri-ciri Operasi Pemampat Centrifugal

Tidak seperti kompresor anjakan positif di mana tekanan adalah fungsi kuasa mekanik (kuasa) yang bertindak pada permukaan yang secara fizikal mengurangkan isipadu tertutup, pemampat empar tidak dapat meningkatkan keupayaan tekanan mereka dengan meningkatkan daya. Pemampat empar, juga dikenali sebagai pemampat dinamik, menjana tekanan dengan cara yang berbeza. Jisim udara yang diberikan dipercepatkan melalui pendesak, dan menghasilkan tenaga kinetik. Udara melewati peresap, mengurangkan halaju dan menukar sebahagian daripada tenaga kinetik ke haba dan tenaga yang berpotensi. Ini menunjukkan dirinya dalam bentuk peningkatan tekanan udara dan suhu. Bergantung pada keperluan tekanan pemampat, udara akan melalui proses yang sama melalui peringkat berikutnya dan membina ke arah keperluan tekanan reka bentuk. Untuk meningkatkan kecekapan, beberapa atau semua peringkat menyejukkan udara sebelum memasuki peringkat seterusnya. Untuk tujuan perbincangan, penjelasan operasi telah dipermudahkan dalam usaha untuk kekal dalam ruang lingkup. Keupayaan tekanan pemampat sentrifugal ditentukan oleh reka bentuk aerodinamik komponen dalaman, keadaan ambien, kelajuan berputar dan penyejukan udara antara peringkat.

Hubungan antara aliran, tekanan dan kuasa untuk pemampat empar biasanya dinyatakan menggunakan lengkung prestasi berdasarkan keadaan ambien tertentu, air penyejuk dan komponen dalaman yang digunakan. Akibatnya, prestasi - dan yang paling penting - keupayaan tekanan berubah apabila keadaan ambien berubah sepanjang tahun. Kurva kerja yang terdiri daripada data bertindih dari tiga set keadaan ambien digunakan untuk menggambarkan kesan ini dalam Rajah 1.

Rajah 1 - Keluk Prestasi Pemampat Sentrifugal

Keluk prestasi terdiri daripada dua bahagian: lengkung aliran tekanan dan lengkung aliran kuasa. Kurva aliran tekanan mempunyai tekanan pada paksi menegak dan aliran pada paksi mendatar. Kurva aliran kuasa mempunyai kuasa pada paksi menegak dan aliran pada paksi mendatar. Nilai aliran bagi setiap paksi mendatar menyelaraskan supaya setiap lengkung aliran tekanan mempunyai lengkung aliran kuasa sepadan. Perhatikan bagaimana lengkung semulajadi bergerak dan ke kanan apabila suhu ambien berkurang. Melihat keluk merah untuk kuasa dan tekanan berkenaan aliran, bergerak dari kiri ke kanan, garis menegak yang merentasi kedua-dua lengkung menggambarkan tekanan reka bentuk dan kuasa untuk aliran tertentu dan keadaan ambien. Bergerak dari kiri ke kanan, perhatikan bagaimana kuasa pada mulanya bertambah apabila tekanan turun dan kemudian berkurang apabila bergerak ke arah kanan. Ini menggambarkan bagaimana kuasa tidak sesuai dengan perubahan tekanan. Hubungan ini didasarkan pada reka bentuk aerodinamik komponen dalaman. Sesetengah pemampat yang menggunakan pendesak reka bentuk radial mempunyai kecekapan maksimum di bahagian atas lengkung sebelum lonjakan semulajadi. Reka bentuk bersandar mundur boleh meningkatkan kecekapan apabila tekanan berkurangan atau mungkin mencapai kecekapan puncak pada satu titik pada lengkung dan kemudian menurun pada tekanan yang lebih rendah.

Merujuk lengkung aliran tekanan merah, perhatikan bahawa apabila tekanan berkurangan, aliran untuk pemampat bertambah. Pemampat sentrifugal memainkan relatif terhadap lengkung semulajadi apabila pemasangan masuk terbuka 100 peratus, atau cukup yang membuka perhimpunan itu tidak mempunyai kesan pada tekanan tekak masuk. Pemampat yang beroperasi pada keadaan maksimum kadang-kadang dirujuk sebagai beroperasi pada beban penuh - atau pada bahagian aktif lengkung di mana aliran berubah dengan tekanan. Aliran meningkat apabila tekanan dikurangkan tetapi melihat bagaimana cerun kurva berubah sebagai tekanan mereput. Akhirnya lengkung menjadi asymptotik - lurus ke atas - ke bawah apabila pemampat bergerak ke kawasan yang dikenali sebagai tercekik atau stonewall.

Pada ketika ini, penurunan tekanan sangat sedikit tanpa sebarang aliran atau kuasa. Kuasa tidak berkurangan apabila pemampat beroperasi pada atau di bawah tercekik. Apabila pemampat tercekik, halaju telah mencapai ambang sonik di beberapa titik dalam pemampat. Selepas itu, pemampat mengekalkan tekanan dalaman pada nilai minimum bebas daripada tekanan pelepasan yang diluar pemampat. Pada dasarnya, tekanan dalaman berkurangan sehubungan dengan tekanan luaran sehingga ia mencapai tekanan dalaman minimum. Di bawah nilai minimum ini, tekanan hanya berkurangan dalam sistem manakala tekanan dalaman kekal pada nilai minimum yang dikekang oleh had halaju sonik.

Tekanan atas adalah terhad oleh keupayaan pemampat untuk menukar tenaga kinetik menjadi tekanan. Pada beberapa keseimbangan tenaga, tekanan yang dijana kurang daripada tekanan dalaman, menyebabkan ketidakstabilan kadang-kadang dirujuk sebagai pembalikan aliran atau lonjakan. Operasi pemampat adalah tidak stabil pada, atau dekat, tekanan lonjakan. Keupayaan tekanan, atau tekanan lonjakan semula jadi, hanya boleh meningkat jika ketumpatan udara masuk meningkat. Fenomena yang sama berlaku pada keadaan aliran stabil minimum yang dipanggil lonjakan pendikit. Sekiranya permintaan untuk udara kurang daripada bekalan untuk tekanan yang diperlukan, perhimpunan masuk memodulasi, mengurangkan tekanan tekak dan aliran tekak. Ini biasanya dirujuk sebagai pemampat yang beroperasi dalam modulasi, pada pendikit atau pada tekanan malar.

Pengaruh Tekanan pada Daya Pemampat Centrifugal

Melihat prestasi dalam bahagian aktif lengkung, Gambar 2 menggambarkan perubahan terperinci aliran dan kuasa berbanding dengan tekanan pelepasan.

Rajah 2 - Data Prestasi Pemampat Sampel Sampel

Data dalam Rajah 2 adalah berdasarkan prestasi yang diuji untuk pemampat empar tertentu. Melihat prestasi pemampat pada 121 psig dan 111 psig, mengurangkan tekanan dari 121 hingga 111 psig hanya menurunkan kuasa sebanyak 5 kuasa kuda. Ini mewakili kurang daripada 0.35 peratus pengurangan kuasa aci. The .5 peratus per psig rule (yang diterangkan dalam Bahagian 1: Pengesan Tekanan Pengesan Tekanan Sistem Udara yang dijalankan dalam terbitan Julai Amalan Terbaik Udara Mampat) tidak terpakai. Ia akan meramalkan pengurangan 5 peratus kuasa dengan anggaran penjimatan sebanyak $ 50,000 setahun, berbanding $ 3,000 yang direalisasikan. Dalam contoh ini, anggaran simpanan mungkin terlalu dibesar-besarkan hingga lebih daripada 16 kali nilai sebenar.

Oleh kerana pemampat dalam contoh ini beroperasi dalam julat aktif lengkung, aliran meningkat ~ 100 scfm. Dengan mengandaikan permintaan tetap sama dan perubahan kuasa pemampat secara langsung sama dengan perubahan aliran, kuasa aci pemampat dikurangkan sebanyak 27 kuasa kuda atau 1.8 peratus. Ini adalah kurang daripada 36 peratus daripada simpanan yang dianggarkan menggunakan .5 peratus per psig rule of thumb, menyerahkan $ 18,000 simpanan berbanding $ 50,000 menggunakan pengiraan yang salah diterapkan. Jika pemampat biasanya beroperasi dalam keadaan termodulat dengan menggunakan panduan panduan masuk yang betul, kuasa aci dikurangkan 1.7 peratus.

Adalah penting untuk diperhatikan bahawa tidak seperti pemampat skru berputar, nombor model pemampat sentrifugal tidak semestinya mewakili prestasi pemampat. Beberapa kombinasi pendesak / peresap yang berbeza boleh digunakan untuk pemutus luaran, reka bentuk dan motor luaran. Kombinasi impellers dan diffusers biasanya dirujuk sebagai "aero" pemampat. Beberapa pakej aero yang berbeza boleh digunakan untuk nombor model pemampat yang diberikan dan masing-masing mempunyai kemampuan sendiri yang unik. Kita tidak boleh menggunakan keluk generik - atau juga lengkung dari pemampat model yang sama - kecuali pengeluar mengesahkan bahawa pemampat telah dibuat menggunakan aero yang sama.

Adalah sama pentingnya untuk memastikan data diperbetulkan untuk keadaan tapak atau pelbagai syarat jika perubahan ambien berkenaan dengan masa. Rujukan Rajah 1, tiga lengkung (dari kiri ke kanan) mewakili data dari keadaan ambien pada 95 ° F, 70 ° F, dan 30 ° F. Berdasarkan pada bagaimana keluk prestasi beralih berbanding dengan suhu, tidak biasa untuk mencari pemampat yang beroperasi dalam keadaan tercekik selama beberapa bulan setahun. Ini adalah penting kerana apa-apa anggaran untuk penjimatan tenaga yang berkaitan dengan tekanan mesti mengambil masa, suhu dan lokasi pada lengkung. Tanpa data ini, apa-apa percubaan untuk menganggarkan simpanan yang berkaitan dengan tekanan mungkin mengelirukan. Dalam beberapa kes, kuasa boleh meningkat apabila tekanan dikurangkan.

Penjimatan Tenaga untuk Pemampat Centrifugal

Keupayaan tekanan maksimum pemampat tertentu adalah berdasarkan pakej aero, keadaan ambien dan keadaan mekanikal. Tekanan operasi maksimum dihadkan oleh pemampat pemampat di bahagian atas lengkung. Titik ini dipanggil tekanan lonjakan semula jadi. Rujukan Rajah 1, garis mendatar merah jambu mewakili garis tekanan malar. Apabila permintaan kurang daripada aliran maksimum dari pemampat, pendikit masuk untuk mengurangkan aliran. Dengan bilah panduan masuk, kecekapan tetap agak tetap sementara pemampat adalah pendikit. Kuasa pendikit ditunjukkan pada lengkung aliran kuasa yang lebih rendah sebagai garis pepenjuru. Aliran pendikit minimum untuk pemampat sentrifugal adalah terhad berdasarkan reka bentuk. Berikutan garis mendatar berwarna merah jambu pada Rajah 1 ke kiri, aliran stabil minimum ditentukan oleh titik di mana garisan tekanan malar memotong garis gelombang pendikit. Sekiranya pemampat cuba untuk mengehadkan aliran kepada kurang dari titik persimpangan ini, pemampat lonjakan. Atas alasan yang jelas, ini dipanggil lonjakan pendikit. Talian lonjakan pendikit boleh dilihat pada Rajah 1 sebagai garis pepenjuru biru pada plot aliran tekanan.

Sekiranya permintaan untuk udara adalah kurang daripada kekangan minimum ini, udara yang berlebihan dibebaskan ke atmosfera untuk mengimbangi perbezaan antara aliran minimum dan permintaan yang stabil. Malangnya, selepas pemampat berhenti mendesak, kuasa tidak berubah. Akibatnya, semua udara yang dibuang ke atmosfera terbuang. Untuk pemampat yang beroperasi dengan kerap dengan udara dipintas ke atmosfera, tekanan menurun mengurangkan aliran di mana lonjakan pendikit berlaku. Selepas menyesuaikan tetapan kawalan, pemampat yang beroperasi pada aliran minimum masih mengurangkan kuasa dengan meningkatkan keupayaan pendikit berbanding dengan aliran lonjakan pendikit pendikit. Ini hanya berlaku jika pemampat memintas udara ke atmosfera dan kawalan membolehkan pemampat memodulasi masuk, yang meningkatkan keupayaan pendikit dan mengurangkan kuasa. Sekali lagi, lengkung prestasi tapak yang dibetulkan diperlukan untuk mengukur potensi tabungan.

Keupayaan untuk mengendalikan pemampat dekat dengan lonjakan pendikit dihadkan oleh kerumitan algoritma kawalan, pemboleh ubah pendikit yang digunakan, dan bagaimana pemutar PID pemampat ditala berbanding dengan dinamik sistem. Rajah 1 menggambarkan pengurangan kuasa yang berkaitan dengan melaraskan had pendikit pemampat dari tetapan konservatif ke tetapan yang lebih cekap dengan menala pemampat PID pemampat supaya kadar tindak balas pemampat sepadan dengan kadar perubahan permintaan. Perubahan kuasa yang berkaitan dengan pelarasan dalam kawalan sistem boleh dilihat dengan melihat dua garis tegak, garis ungu dan coklat menegak dari garisan tekanan malar ke garisan kuasa terkikis dalam Rajah 1. Untuk pemampat ini, kuasa dikurangkan 160 hp tanpa pelaburan modal. Pemampat masih melepasi udara ke atmosfera, tetapi jumlahnya dikurangkan 980 scfm, yang berkaitan dengan modulasi pemampat yang lebih dekat dengan nilai surut pendikit. Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa had kawalan lonjakan pendikit biasanya ditetapkan tinggi untuk sebabnya. Analisis sebab akar yang sesuai diperlukan untuk menentukan masalah yang mempengaruhi tetapan yang tinggi. Sebagai sebuah organisasi yang telah mengaudit beratus-ratus sistem pemampat sentrifugal menggunakan terperinci teknikal dan analisis lanjutan, Ingersoll Rand menyedari tindakan pembetulan boleh berubah secara signifikan antara sistem. Dalam sesetengah keadaan, simpanan enam angka dapat direalisasikan dengan membetulkan masalah kompleks dengan pelaburan $ 100. Sebaliknya, penjimatan boleh memerlukan pembetulan yang rumit dan mahal yang tidak boleh dibenarkan.

Penilaian Pemampat Centrifugal

Adalah penting untuk menunjukkan bahawa prestasi pemampat empar boleh berubah secara dramatik dari masa ke masa disebabkan oleh degradasi mekanikal komponen dalaman. Walaupun isu utama dengan perhimpunan berputar boleh dikenalpasti melalui bacaan getaran yang tinggi, hakisan pendesak dan penyebar boleh mengurangkan keupayaan tekanan, kebolehpercayaan dan kecekapan pemampat empar dengan kesan yang tidak dapat diimbangi. Atas sebab ini, penilaian prestasi perlu dilakukan untuk setiap pemampat empar secara tetap dan sebagai sebahagian daripada mana-mana projek pemuliharaan tenaga. Mana-mana taksiran sistem udara termampat yang tidak termasuk ujian terperinci dan analisis prestasi pemampat akan mempunyai data yang tidak mencukupi atau dipersoalkan dan mungkin merupakan petunjuk kecekapan pemampat empar juruaudit.

Ia juga penting untuk diperhatikan bahawa pembaikan terdahulu kepada pemampat sentrifugal mungkin mengalami perubahan yang ketara. Beberapa pembekal perkhidmatan selepas jualan menggantikan komponen aero dalaman yang tidak sepadan dengan reka bentuk asal. Pada masa tertentu, alih-alih menggantikan komponen, kos boleh diselamatkan dengan menggiling bilah pendesak dan menyusun semula perhimpunan. Ini menangani isu getaran tetapi secara dramatik boleh mengubah prestasi.

Merujuk lengkung dalam Rajah 1, pemampat ini mampu menyampaikan 135 psig pada keadaan 95 ° F. Jika pemampat ini dijual sebagai unit 90 psig, banyak pembekal perkhidmatan empar menguji tekanan lonjakan semula jadi dan menganggapnya ujian prestasi. Setelah bekerja dengan banyak jurutera aero-pemampat mengenai pembangunan dan pengesahan analitik prestasi pemampat sentrifugal dan prosedur uji takintrusif di tapak, adalah selamat untuk mengatakan terdapat lebih banyak lagi untuk menilai prestasi pemampat daripada menguji tekanan lonjakan dan getaran. Anggapan perkhidmatan pemampat sentrifugal biasa mempertimbangkan tekanan lonjakan semula jadi yang lebih besar daripada 10-15 peratus di atas tekanan reka bentuk untuk menjadi normal, tanpa mengira suhu. Oleh itu, ujian lonjakan pemampat dalam Rajah 1 dan mencapai tekanan lonjakan semula jadi lebih daripada 103 psig dianggap pengesahan positif prestasi oleh banyak organisasi. Ini tidak dilakukan dengan niat jahat, ia mengikat kembali ke permulaan artikel ini dan isu-isu yang berkaitan dengan pengalaman dan pengetahuan yang dirasakan. Sama seperti jurutera yang berunsur maklumat yang tidak sengaja boleh menganggarkan $ 100,000 penjimatan apabila tidak ada, banyak juruteknik bidang yang akan melaksanakan apa yang mereka diberitahu adalah ujian prestasi, tanpa sengaja mengabaikan untuk mengenal pasti prestasi dan kebolehpercayaan pemampat yang terdegradasi.

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