Hiểu điều khiển công suất máy nén khí ly tâm
Bởi Rick Stasyshan và Ian Macleod, Viện Khí và Khí nén
Tạp chí Thực hành Tốt nhất về Khí nén (CABP) gần đây đã bắt gặp Rick Stasyshan, Chuyên gia tư vấn kỹ thuật của Viện Khí và Khí nén (CAGI) và Ian Macleod của Bộ phận Máy nén ly tâm CAGI và công ty thành viên Ingersoll Rand.
CABP: Các quý ông, cảm ơn về loạt bài viết về máy nén ly tâm. Tại sao bạn đã chọn điều khiển công suất máy nén ly tâm cho cuộc phỏng vấn này, và bạn có thể giới thiệu ngắn gọn không?
CAGI: CAGI và khách hàng ly tâm của chúng tôi đều có chung sở thích và mục tiêu - để tối đa hóa hiệu quả của hệ thống máy nén và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng của hệ thống. Do các bộ điều khiển công suất trên máy nén ly tâm phức tạp hơn một chút so với các loại máy nén dịch chuyển tích cực, nên luôn luôn tư vấn kỹ thuật viên được đào tạo tại nhà máy. Các thành viên của Bộ phận Máy nén ly tâm của CAGI có thể cung cấp hỗ trợ đó.
Máy nén ly tâm là động, và mỗi máy có một đường cong đặc trưng của áp suất tăng khi công suất giảm. Nếu không có bất kỳ hệ thống điều khiển nào, máy nén sẽ hoạt động theo đường cong tự nhiên này. Lưu lượng và áp suất của máy nén ly tâm thường được kiểm soát bởi sự kết hợp của thiết bị điều khiển đầu vào và van không tải (UV).
CABP: Bạn có thể tóm tắt cách thức các thiết bị này hoạt động kết hợp để đạt được kết quả mong muốn và chia sẻ những tùy chọn nào có thể có sẵn không?
CAGI: Chà, vì các điều khiển của máy nén ly tâm phức tạp hơn một chút, chúng tôi sẽ hướng dẫn người đọc qua các hệ thống và các tùy chọn có sẵn.
Giải pháp cho quy định đầu vào
Đầu vào có thể được điều tiết trên máy nén động để liên tục giảm công suất của máy nén. Lưu lượng tối thiểu được xác định khi tỷ lệ áp suất đạt đến giới hạn bơm và máy đạt áp suất tối đa. Phạm vi quy định, hoặc giới hạn, được xác định bởi thiết kế của máy. Ví dụ, turndown bị ảnh hưởng bởi số lượng giai đoạn và thiết kế bánh công tác. Phạm vi điều chỉnh cũng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài, chẳng hạn như điều kiện không khí vào (nhiệt độ, áp suất và độ ẩm) và nhiệt độ nước làm mát.
Thiết bị điều khiển đầu vào
Sau đây là hai phương pháp để điều chỉnh đầu vào:
Van bướm đầu vào (IBV): Van bướm đầu vào có thể được điều khiển bằng điện tử hoặc khí nén, và khi đóng lại, nó tạo ra một áp suất giảm trên van, làm giảm hiệu quả áp suất đầu vào máy nén và điều chỉnh khả năng của máy nén để tạo áp suất và sau đó chảy .
Van dẫn hướng đầu vào hoặc (IGV): Các van dẫn hướng đầu vào cũng có thể được điều khiển bằng điện tử hoặc khí nén, và là một loạt các lưỡi xuyên tâm được bố trí trong cửa hút. Các van này, ở vị trí mở rộng, song song với luồng khí và khi đóng hoàn toàn ở 90 độ so với luồng khí. Khi các van dẫn hướng được xoay từ mở hoàn toàn sang đóng một phần, chúng làm cho khí được kéo vào quay cùng hướng với bánh công tác. Vòng xoáy trước thay đổi góc tới của không khí đi vào khi nó tiếp cận phần cảm ứng của bánh công tác, giảm hiệu quả năng lượng cần thiết để tạo ra áp suất và lưu lượng. Việc sử dụng IGV có thể điều tiết hiệu quả máy nén với lợi ích tăng thêm là hiệu quả hơn. Tùy thuộc vào nơi bạn đang vận hành trên đường cong máy nén, người dùng có thể thấy mức tăng hiệu suất lên tới 9 phần trăm so với điều chỉnh IBV tiêu chuẩn.
Điểm đặt tải của máy nén ly tâm thường ở một áp suất nhất định, vì vậy khi áp suất hệ thống giảm xuống dưới một mức nhất định, máy nén sẽ tải.
Hệ thống điều khiển và điều tiết cho máy nén ly tâm
1. Điều khiển tự động kép (Xem hình 1)
 |
Quy định tiêu chuẩn đạt được bằng van bướm đầu vào (IBV) hoặc van dẫn hướng đầu vào (IGV) và bộ điều khiển.
Điểm đặt áp suất xả của máy nén sẽ được đặt ở mức mong muốn và IBV hoặc IGV sẽ điều chỉnh đầu vào máy nén để duy trì áp suất xả không đổi trong phạm vi điều khiển (B®C).
Tại điểm tiết lưu tối thiểu (C), van IBV hoặc IGV dừng đóng, cho phép áp suất xả tăng lên đến điểm đặt không tải. Tại thời điểm này, máy nén sẽ dỡ, IBV hoặc IGV sẽ đóng lại và một van không tải hoàn toàn mở ra.
Máy nén vẫn ở trong tình trạng không tải cho đến khi máy nén tiếp tục tải ở lưu lượng đầy đủ và chu trình được lặp lại. Thời gian tải lại khác nhau trong phương pháp điều khiển này và tùy thuộc vào dung lượng lưu trữ của hệ thống liên quan đến sự thay đổi nhu cầu, có thể nên cài đặt các biện pháp (lưu trữ khí nén bổ sung) để bảo vệ quá trình và máy nén chống lại chu kỳ ngắn.
Nếu máy nén không cần tải lại trong một khoảng thời gian cố định, thiết bị có thể được cấu hình để tắt nguồn và dừng. Bộ điều khiển sẽ tự động khởi động lại và tải theo áp suất của hệ thống rơi xuống điểm đặt tải (A).
2. Kiểm soát áp suất không đổi với Điều chỉnh dỡ tải (UV) (Xem Hình 2)
 |
Phương pháp điều khiển này sử dụng IBV hoặc IGV, UV điều chế và bộ điều khiển.
Điểm đặt áp suất xả của máy nén sẽ được đặt ở mức mong muốn và IBV hoặc IGV sẽ điều chỉnh đầu vào máy nén để duy trì áp suất xả không đổi trong phạm vi điều khiển (A®B).
Tại điểm tiết lưu tối thiểu (B), vị trí của IBV / IGV được duy trì ở mức cố định và van không tải (UV) bắt đầu điều chỉnh mở.
Theo cách này, áp suất xả không đổi được duy trì trong toàn bộ phạm vi hoạt động của máy nén (A®C).
Một số điều khiển cũng có thể cung cấp cho vị trí van dỡ tải tối đa (UV) được lập trình. Điều này cho phép chủ sở hữu giảm thiểu hoạt động không hiệu quả trong thời gian nhu cầu thấp bằng cách giới hạn hoạt động dỡ tải xuống một điểm giữa (B®C).
Hệ thống kiểm soát áp suất không đổi được thiết kế để liên tục kiểm soát lượng khí ra trong khi vẫn giữ dao động áp suất ròng ở mức tối thiểu. Áp lực không đổi là rất quan trọng trong nhiều ứng dụng.
Tác động của các yếu tố bên ngoài đến quy định
CABP: Bạn đã đề cập rằng quy định có thể bị tác động ở mức độ lớn bởi các yếu tố bên ngoài, chẳng hạn như áp suất ngược, nhiệt độ hút và nhiệt độ làm mát. Có lẽ một cuộc phỏng vấn trong tương lai về chủ đề này có thể theo thứ tự, nhưng bạn có thể cho chúng tôi xem trước lén lút và phiên bản cô đọng của những tác động này không?
CAGI: Ảnh hưởng của các biến đến hiệu suất ly tâm dễ dàng được hiển thị bằng đồ họa.
Tỷ lệ đầu kéo điển hình cho thiết kế ly tâm là 30 đến 40 phần trăm trong khi hoạt động ở chế độ kép tự động. Tỷ lệ phần trăm phụ thuộc vào điều kiện không khí đầu vào như đã đề cập ở trên, và thường sẽ lớn hơn ở nhiệt độ lạnh và nhỏ hơn trong điều kiện mùa hè nóng. Trong thiết kế ly tâm, có một sự đánh đổi giữa hiệu quả khí động học và đầu nguồn. Các mức độ lớn hơn có thể đạt được, nhưng dẫn đến hiệu quả khí động học thấp hơn. Phân tích này phải được thực hiện với sự hợp tác của nhà sản xuất dựa trên hồ sơ lưu lượng yêu cầu để xác định thiết kế hệ thống tối ưu.
Những số liệu này cho thấy ảnh hưởng của các biến như nhiệt độ đầu vào, áp suất đầu vào và nhiệt độ nước làm mát.
Làm thế nào Surge xảy ra trong máy nén ly tâm
CABP: Bạn đã đề cập đến hiện tượng tăng vọt. Bạn có thể giải thích khi điều này có thể xảy ra?
CAGI: Surge là hiện tượng mất ổn định khí động học có thể xảy ra trong máy nén ly tâm. Sự gia tăng áp suất trong máy nén ly tâm được tạo ra bằng cách truyền tốc độ cao (động năng) cho đường dẫn dòng khí qua bánh công tác. Sự chuyển đổi sau này của vận tốc thành áp suất (năng lượng tiềm năng) xảy ra trong bộ khuếch tán, và có thể trong ống xoắn, nếu máy nén được trang bị như vậy.
Do giới hạn này, bất kỳ giai đoạn nén đơn lẻ nào cũng không thể tăng đầu áp trên giới hạn khoảng 2,5 tỷ lệ (tùy theo thiết kế).
Nếu máy nén ly tâm gặp sự cố tăng trong quá trình vận hành máy nén, nó được coi là chạy trong điều kiện không ổn định. Các nhà sản xuất xem xét các sự kiện đột biến khi thiết kế máy nén khí của họ, và do đó, việc xuất hiện một hoặc thậm chí nhiều lần tăng sẽ không làm giảm tuổi thọ hoặc làm hỏng máy nén. Một kỹ thuật viên có trình độ nên được gọi nếu xảy ra đột biến lặp đi lặp lại. Các nhà sản xuất đều sử dụng kiểm soát dự đoán đột biến để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy. Có một số phương pháp khác nhau để thực hiện kiểm soát đột biến.
Kiểm soát và bảo vệ sốc
CABP: Làm thế nào để bạn kiểm soát và bảo vệ khỏi những tình huống phát sinh trong quá trình hoạt động?
CAGI: Các thành viên của chúng tôi đã thiết kế kiểm soát và bảo vệ đột biến vào các sản phẩm của họ. Surge là một tình huống có thể tránh được. Kiểm soát và bảo vệ sốc điện có sẵn cho cả hệ thống điều khiển áp suất tự động kép và liên tục. Trên thực tế, là một phần của quá trình khởi động hệ thống, các kỹ thuật viên tự nâng máy nén để thiết lập hệ thống điều khiển.
1. Điều khiển dòng động cơ:
Dòng điện động cơ có thể tương quan với lưu lượng máy nén. Khi lưu lượng giảm, dòng điện động cơ cũng sẽ giảm. Điều này có thể tương quan với điểm tăng của máy nén. Với điều khiển này, khi động cơ đạt đến giá trị đặt dòng tối thiểu, van không tải sẽ bắt đầu mở để ngăn máy nén tăng áp. Phương pháp này đơn giản và dễ hiểu, tuy nhiên, không phải lúc nào nó cũng tối ưu hóa phạm vi giới hạn thực tế của máy nén.
2. Tối ưu hóa kiểm soát dự đoán:
Để tối ưu hóa kiểm soát dự báo đột biến, bộ điều khiển theo dõi vị trí thực tế của đường tăng áp liên quan đến các điều kiện đầu vào xung quanh hiện có và ngăn máy nén tăng đột biến bằng cách mở van không tải khi lưu lượng máy nén đạt đến điểm đột biến. Điều khiển này tối ưu hóa mức độ đầu vào và cho phép máy nén chạy ở mức độ thực tế dựa trên các điều kiện đầu vào xung quanh hiện có.
Các hệ thống điều khiển hiện đại được sử dụng bởi hầu hết các nhà sản xuất dẫn đến hoạt động không gặp sự cố, đáng tin cậy và hiệu quả. Với một số phương pháp điều khiển để lựa chọn, khách hàng có thể tối ưu hóa hiệu suất máy nén ly tâm của mình để phù hợp với nhu cầu ứng dụng. Hiểu được tác động của các điều kiện môi trường đến hiệu suất máy nén cho phép cải thiện hơn nữa về độ tin cậy và hiệu quả.
CABP: Cảm ơn bạn đã tổng quan này. Bạn có thể nói với độc giả của chúng tôi làm thế nào họ có thể nhận thêm thông tin hoặc hỗ trợ về các chủ đề này?
CAGI: Các thành viên của Bộ phận Máy nén ly tâm của CAGI, bao gồm Atlas Copco, Cameron, FS Elliott và Ingersoll Rand, đã đào tạo các kỹ sư để hỗ trợ và hướng dẫn người dùng thông qua việc chọn đúng kích cỡ và tùy chọn của máy nén ly tâm cho hoạt động của họ. Đánh giá hệ thống máy nén được khuyến nghị khi nâng cấp và / hoặc thay thế các hệ thống hiện có để đảm bảo rằng hiệu suất hệ thống được tối đa hóa. Các thành viên của chúng tôi cũng có thể hỗ trợ vận hành các thiết bị và hệ thống hiện có.
Để biết thêm thông tin chi tiết về CAGI, các thành viên của nó, các ứng dụng khí nén hoặc câu trả lời cho bất kỳ câu hỏi nào về khí nén của bạn, vui lòng liên hệ với Viện Khí và Khí nén. Các tài nguyên giáo dục của CAGI bao gồm các khóa học về học tập điện tử trên SmartSite, hướng dẫn lựa chọn và video, cũng như Cẩm nang khí & khí nén.
---- http: //www.hqcompressor.com
