Wie sich Einlassbedingungen auf die Leistung des Zentrifugalluftkompressors auswirken
Von Rick Stasyshan, technischer Berater von CAGI, und Neil Breedlove, Atlas Copco
Das Compressed Air Best Practices ® -Magazin (CABP) sprach kürzlich mit Rick Stasyshan , dem technischen Berater des Compressed Air and Gas Institute (CAGI), und Neil Breedlove von der CAGI-Sektion für Radialkompressoren und dem Mitgliedsunternehmen Atlas Copco Compressors über Radialkompressoren. Insbesondere wurde in der Diskussion dargelegt, wie sich verschiedene Einlassbedingungen auf die Leistung von Zentrifugalluftkompressoren auswirken können.
Umgebungsparameter beeinflussen die Zentrifugalleistung
CABP: Meine Herren, unsere Leser sind immer bemüht, mehr darüber zu erfahren, wie sich die Umweltbedingungen auf ihre Kompressorsysteme auswirken . Können Sie etwas Licht ins Dunkel bringen, wie sich die Einlassbedingungen auf die Leistung eines Kreiselverdichtersystems auswirken können?
CAGI: Die Zentrifugaltechnologie basiert auf dynamischer Kompression. Bei dynamischen Kompressoren wird Luft zwischen die Schaufeln eines schnell rotierenden Laufrads gesaugt und auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt. Die Luft wird dann durch einen Diffusor abgegeben, wo die kinetische Energie in statischen Druck umgewandelt wird. Die meisten dynamischen Kompressoren sind Turbokompressoren mit axialem oder radialem Strömungsverlauf und sind für größere Volumenströme ausgelegt.
Die Leistung eines dynamischen Kompressors hängt stark von den Umgebungsbedingungen ab. Im Folgenden werden die Auswirkungen der verschiedenen Umgebungsparameter und ihre Auswirkungen auf die Leistung erläutert. Bei einer Investition in einen Radialverdichter ist es wichtig, sowohl die jährlichen Extreme als auch die durchschnittlichen Bedingungen bei der Auslegung der Ausrüstung für die Anwendung zu berücksichtigen, um eine maximale Leistung zu erzielen.
Die Umgebungsparameter, die die Leistung beeinflussen, sind:
Einlasstemperatur
Eingangsdruck
Relative Luftfeuchtigkeit
Kühlwassertemperatur
CABP: Können Sie unseren Lesern erläutern , wie sich die einzelnen Parameter auf die Leistung auswirken können?
CAGI: Um die Auswirkung dieser Parameter zu verstehen, müssen wir uns zunächst die Leistungskurven eines dynamischen Kompressors ansehen und herausfinden, wie sich die Änderung der Umgebungsparameter auf die Leistung auswirkt.
Einlasstemperatur
Die Einlasstemperatur der Luft hat Einfluss auf die Dichte der Luft am Einlass des Kompressors und beeinflusst die kinetische Energie, die von den Schaufeln auf die Luft übertragen wird. Eine höhere Dichte bei niedrigeren Ansaugtemperaturen führt zu einer höheren Luftzufuhr (acfm) und einem höheren Stromverbrauch des Kompressors .
Ein weiterer Effekt der Änderung der Luft- oder Gasdichte ist das verfügbare Herunterfahren des Kompressors. Dies ist der Durchflussbereich, in dem eine effiziente Regelung über eine Drosselklappe oder Einlassleitschaufeln möglich ist. Aus den folgenden Abbildungen geht klar hervor, dass bei niedrigeren Temperaturen ein höherer Turndown-Bereich verfügbar ist.
Die Abbildungen 1 und 2 zeigen die Auswirkungen der Einlasstemperatur auf die Leistung eines Turbokompressors.
Änderungen der Einlasstemperatur führen zu großen Leistungsänderungen. Bei kaltem Wetter kann eine Zentrifuge einen viel größeren Luftstrom liefern als bei warmem Wetter - wenn der Antrieb so dimensioniert ist, dass er die erforderliche zusätzliche Leistung liefert.
Niedrigere Einlasstemperatur:
Erhöht den Druckstoß.
Erhöht die maximale Kapazität (Gewichtsfluss) bei einem bestimmten Auslassdruck.
Erhöht den Stromverbrauch (PS).
Abbildung 1: Die Luftdichte steigt mit der Verringerung der Lufttemperatur.
Höhere Vorlauftemperatur:
Verringert den Druckstoß.
Verringert die maximale Kapazität (Gewichtsfluss) bei einem bestimmten Auslassdruck.
Verringert den Stromverbrauch (PS).
Abbildung 2: Wie die Einlasstemperatur die Leistung beeinflusst
Die genannten Parameter haben ähnliche Auswirkungen auf die Kompressorleistung. Die Auswirkung dieser Parameter kann auch anhand der oben verwendeten Leistungsdiagramme verstanden werden.
Eingangsdruck
Eine Verringerung des Eingangsdrucks verringert die Dichte der Luft am Kompressoreinlass. Wie bei höheren Temperaturen führt dies zu einer geringeren Luftzufuhr und Leistung. Änderungen des Eingangsdrucks können durch verschmutzte Eingangsfilter oder sich ändernden Luftdruck verursacht werden. Gleiches gilt für den verfügbaren Turndown - ein geringerer Ansaugdruck führt zu einem geringeren verfügbaren Turndown (siehe Abbildung 3).
Unterer Eingangsdruck:
Verringert den Ausstoßdruck entlang der gesamten Kurve.
Verringert die maximale Kapazität (Gewichtsfluss).
Verringert den Stromverbrauch oder die Leistung (aufgrund des verringerten Gewichtsflusses).
Abbildung 3: Wie sich der Eingangsdruck auf die Leistung des Kreiselverdichters auswirkt
Relative Luftfeuchtigkeit
Eine Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit (RH) verringert den Durchfluss und die Leistung, und eine Verringerung der relativen Luftfeuchtigkeit erhöht den Durchfluss und die Leistung. Die Zugabe von Wasserdampf zur Luft macht die Luft feucht und verringert die Dichte der Luft. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Molmasse von Wasser geringer ist als die von Luft (siehe Abbildung 4).
Höhere relative Luftfeuchtigkeit:
Verringert den Entladungsdruck bei Druckstoß.
Verringert die maximale Durchflusskapazität (Gewichtsfluss).
Verringert den Durchfluss, bei dem ein Druckstoß auftritt.
Verringert den Stromverbrauch (PS).
Die höheren Kondensatverluste an Tagen mit hoher Luftfeuchtigkeit führen zu einem verringerten Durchfluss in das Anlagenluftsystem.
Abbildung 4: Wie sich die relative Luftfeuchtigkeit auf die Leistung des Kreiselverdichters auswirkt
Kühlwassertemperatur
Die Kühlwassertemperaturen wirken sich auf die Ansaugtemperaturen der zweiten Stufe und ggf. weiterer Stufen aus. Kälteres Wasser erhöht den Durchfluss und die Leistung und wärmeres Wasser verringert den Durchfluss und die Leistung.
CABP : Wie schlagen Sie unseren Lesern vor, dies bei der Auslegung ihres Kreiselverdichters zu berücksichtigen?
CAGI: Um einen Kreiselkompressor zu dimensionieren, sollten Sie das Bedarfsflussmuster der Baustelle des Benutzers berücksichtigen und die Einlassbedingungen der Baustelle (Minimum / Durchschnitt / Hoch) für eine optimale Leistung berücksichtigen.
Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt ist die Motorauslegung. Wenn der Motor / Treiber auf der Grundlage der Leistung bei niedrigeren Einlasstemperaturen ausgewählt wird, wird sichergestellt, dass der Motor auch bei niedrigen Einlasstemperaturen über ausreichend Leistung verfügt, um die Durchflusssteigerung zu gewährleisten. Der Kunde kann den erhöhten Durchfluss seines Kompressors nutzen (siehe Abbildung 5).
Die Kühlwassertemperatur beeinflusst die Leistung der Kompressorstufe nach der ersten Stufe. Die Auswirkungen auf die Leistung sind ähnlich wie bei der Zulufttemperatur. Dies ist natürlich der Fall, da sich Änderungen der Kühlwassertemperatur direkt auf die Temperatur der Luft auswirken, die in die zweite, dritte und nachfolgende Stufe eintritt, in der sich zwischen den Stufen Zwischenkühler befinden.
Niedrigere Kühltemperatur:
Erhöht den Auslassdruck.
Erhöht die maximale Kapazität (Gewichtsfluss).
Erhöht den Stromverbrauch (PS).
Abbildung 5: Der Einfluss der Kühlwassertemperatur auf die Zentrifugalleistung
Höhere Kühlwassertemperatur:
Verringert den Auslassdruck.
Verringert die maximale Kapazität (Gewichtsfluss).
Verringert den Stromverbrauch (PS).
Weitere Informationen zu Radialkompressoren
CABP : Aufgrund dieser kurzen Erklärung möchten unsere Leser diese Elemente wahrscheinlich besser verstehen und wissen , wie sie sich speziell auf ihre Abläufe auswirken. Wie können unsere Leser mehr Informationen und Unterstützung von CAGI und seinen Mitgliedern der Sektion für Radialkompressoren erhalten?
CAGI : CAGI und seine Mitglieder der Sektion für Radialkompressoren, zu denen Atlas Copco, Cameron, FS Elliott und Ingersoll Rand gehören, haben Ingenieure geschult, die den Benutzer bei der Auswahl des Kompressors mit der richtigen Größe für seinen Betrieb unterstützen und anleiten. Eine Bewertung des Kompressorsystems wird empfohlen, wenn vorhandene Systeme aktualisiert und / oder ersetzt werden, um sicherzustellen, dass die Systemleistung maximiert wird.
Weitere Informationen zu CAGI, seinen Mitgliedern, Druckluftanwendungen oder Antworten auf Ihre Druckluftfragen erhalten Sie vom Compressed Air and Gas Institute. Zu den Bildungsressourcen von CAGI gehören E-Learning-Kurse auf der SmartSite, Auswahlleitfäden, Videos und das Handbuch für Druckluft und Druckgas.
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