원심 공기 압축기 용량 제어 이해

작성자 : Rick Stasyshan과 Ian Macleod, 압축 공기 및 가스 연구소

압축 공기 모범 사례 ® (CABP) 잡지는 최근 Rick Stasyshan, 압축 공기 및 가스 연구소 (CAGI) 기술 컨설턴트, CAGI 원심 압축기 섹션 및 회원 회사 Ingersoll Rand의 Ian Macleod를 만나게되었습니다.

CABP : 여러분, 원심 압축기에 관한 일련의 기사에 감사드립니다. 이 인터뷰에서 원심 압축기 용량 제어를 선택한 이유에 대해 간략하게 소개 할 수 있습니까?

CAGI : CAGI와 원심 분리 고객은 모두 압축기 시스템 효율을 최대화하고 시스템 에너지 사용량을 최적화하기 위해 공통의 관심과 목표를 공유합니다. 원심 압축기의 용량 제어는 포지티브 변위 유형의 압축기보다 약간 더 복잡하므로 항상 공장 교육을받은 기술자에게 문의하십시오. CAGI의 원심 압축기 섹션의 구성원이 해당 지원을 제공 할 수 있습니다.

원심 압축기는 동적이며 용량이 감소함에 따라 각각 상승 압력 특성 곡선이 있습니다. 제어 시스템이 없으면 컴프레서는이 자연스러운 곡선을 따라 작동합니다. 원심 압축기의 유량과 압력은 일반적으로 입구 제어 장치와 언로드 밸브 (UV)의 조합에 의해 제어됩니다.

CABP : 이러한 장치를 조합하여 원하는 결과를 얻고 사용 가능한 옵션을 공유하는 방법을 요약 할 수 있습니까?

CAGI : 원심 압축기의 제어가 조금 더 복잡하기 때문에 시스템과 사용 가능한 옵션을 독자에게 안내 할 것입니다.

입구 조절 솔루션

압축기 의 용량을 지속적으로 감소시키기 위해 동적 압축기 에서 흡입구를 조절할 수 있습니다. 최소 유량은 압력 비율이 펌프 한계에 도달하고 기계가 최대 압력에 도달 할 때 결정됩니다. 조절 범위 또는 턴 다운은 기계 설계에 의해 결정됩니다. 예를 들어, 턴 다운은 스테이지 수와 임펠러 설계의 영향을받습니다. 조절 범위는 입구 공기 조건 (온도, 압력 및 습도) 및 냉각수 온도와 같은 외부 요인의 영향을받습니다.

인 레트 통제 장치

다음은 흡입구를 조절하는 두 가지 방법입니다.

입구 버터 플라이 밸브 (IBV) : 입구 버터 플라이 밸브는 전자식 또는 공압식으로 구동 될 수 있으며 밸브가 닫힐 때 밸브를 가로 질러 압력 강하를 생성하여 압축기로 유입되는 압력을 효과적으로 줄이고 압축기의 압력 및 후속 흐름 능력을 조절합니다. .

입구 가이드 베인 또는 (IGV) : 입구 가이드 베인은 전자식 또는 공압식으로 구동 될 수 있으며 흡입구에 배열 된 일련의 방사형 블레이드입니다. 넓게 열린 위치에있는이 날개는 기류와 평행하고 완전히 닫힌 상태에서는 기류와 90 도입니다. 가이드 베인이 완전히 열린 상태에서 부분적으로 닫힌 상태로 회전함에 따라 유입 된 가스가 임펠러와 같은 방향으로 회전합니다. 프리 스월은 유입 공기가 임펠러의 유도기 부분에 접근함에 따라 유입 공기의 입사각을 변경하여 압력과 흐름을 생성하는 데 필요한 에너지를 효과적으로 줄입니다. IGV를 사용하면보다 효율적으로 압축기를 효과적으로 조절할 수 있습니다. 컴프레서 곡선에서 작동하는 위치에 따라 사용자는 표준 IBV 조절에 비해 최대 9 %의 효율 이득을 볼 수 있습니다.

원심 압축기 의 부하 설정 점은 일반적으로 주어진 압력에 있으므로 시스템 압력이 주어진 수준 아래로 떨어지면 압축기가 부하됩니다.

원심 압축기의 제어 및 조절 시스템

1. 자동 이중 제어 (그림 1 참조)

표준 레귤레이션은 입구 버터 플라이 밸브 (IBV) 또는 입구 안내 날개 (IGV) 및 컨트롤러를 통해 이루어집니다.

압축기 배출 압력 설정 점은 원하는 수준으로 설정되며 IBV 또는 IGV는 제어 (B®C) 범위에 걸쳐 일정한 배출 압력을 유지하기 위해 압축기 흡입구를 조절합니다.

최소 스로틀 지점 (C)에서 IBV 또는 IGV 밸브가 닫히지 않아 토출 압력이 언로드 설정 점으로 상승합니다. 이 순간 압축기가 언로드되고 IBV 또는 IGV가 닫 히며 언로드 밸브가 완전히 열립니다.

압축기가 최대 유량으로 부하를 재개하고 사이클이 반복 될 때까지 압축기는 언로드 상태로 유지됩니다. 재 장전 시간은이 제어 방법에 따라 다르며 수요 변동과 관련된 시스템의 저장 용량에 따라 공정과 압축기를 짧은 사이클링으로부터 보호하기위한 조치 (추가 압축 공기 저장)를 설치하는 것이 좋습니다.

고정 된 시간 내에 압축기를 다시로드 할 필요가 없으면 장치의 전원을 끄고 중지하도록 구성되어있을 수 있습니다. 시스템 압력이로드 설정 점 (A)으로 떨어지면 컨트롤러가 자동으로 다시 시작되고로드됩니다.

2. UV (변조 언로드 조절)를 통한 정압 제어 (그림 2 참조)

이 제어 방법은 IBV 또는 IGV, 변조 UV 및 컨트롤러를 사용합니다.

압축기 배출 압력 설정 점은 원하는 수준으로 설정되며 IBV 또는 IGV는 제어 (A®B) 범위에 걸쳐 일정한 배출 압력을 유지하기 위해 압축기 흡입구를 조절합니다.

최소 스로틀 지점 (B)에서 IBV / IGV의 위치는 고정 된 상태로 유지되고 언로드 밸브 (UV)는 개방을 조절하기 시작합니다.

이러한 방식으로, 압축기 (A®C)의 전체 작동 범위에서 일정한 배출 압력이 유지됩니다.

일부 컨트롤은 프로그래밍 할 최대 언로드 밸브 (UV) 위치를 제공 할 수도 있습니다. 이를 통해 소유자는 언로드 작업을 (B®C) 사이의 지점으로 제한함으로써 수요가 적은 기간 동안 비효율적 인 작업을 최소화 할 수 있습니다.

정압 제어 시스템은 순 압력 변동을 최소화하면서 공기 출력을 지속적으로 제어하도록 설계되었습니다. 많은 응용 분야에서 일정한 압력이 중요합니다.

외부 요인이 규제에 미치는 영향

CABP : 반대 압력, 흡입 온도 및 냉각 온도와 같은 외부 요인에 의해 규제가 크게 영향을받을 수 있다고 언급했습니다. 아마도이 주제에 대한 향후 면접은 순서가 맞을지 모르지만, 이러한 영향에 대한 미리보기와 압축 버전을 알려 주시겠습니까?

CAGI : 원심 성능에 대한 변수의 영향을 그래픽으로 쉽게 보여줍니다.

자동 이중 모드에서 작동하는 경우 원심 설계의 일반적인 턴 다운 비율은 30 ~ 40 %입니다. 백분율은 위에서 언급 한 흡입 공기 조건에 따라 달라지며 일반적으로 추운 온도에서는 더 크고 더운 여름에는 더 작아집니다. 원심 분리 설계에서는 공기 역학적 효율과 턴 다운간에 상충 관계가 있습니다. 더 큰 턴 다운을 달성 할 수 있지만 공기 역학적 효율은 낮아집니다. 이 분석은 최적의 시스템 설계를 결정하기 위해 필요한 흐름 프로파일을 기반으로 제조업체와 협력해야합니다.

이 그림은 입구 온도, 입구 압력 및 냉각수 온도와 같은 변수의 영향을 보여줍니다.

원심 압축기 에서 서지가 발생하는 방법

CABP : 서지 현상에 대해 언급했습니다. 언제 이런 일이 발생할 수 있는지 자세히 설명해 주시겠습니까?

CAGI : 서지는 원심 압축기에서 발생할 수있는 공기 역학적 불안정 현상입니다. 원심 압축기의 압력 상승은 임펠러를 통한 공기의 유동 경로에 고속 (운동 에너지)을 부여함으로써 생성됩니다. 컴프레서가 장착 된 경우, 속도를 압력 (잠재 에너지)으로 변환하는 것은 디퓨저에서 그리고 가능하면 볼 류트에서 발생합니다.

이 한계로 인해, 단일 압축 단계는 압력 헤드를 설계에 따라 약 2.5 비율의 한계 이상으로 증가시킬 수 없습니다.

압축기 작동 중 원심 압축기에 서지가 발생하면 불안정한 상태로 작동하는 것으로 간주됩니다. 제조업체는 압축기를 설계 할 때 서지 이벤트를 고려하므로 단일 또는 다수의 서지가 발생해도 압축기의 수명이 단축되거나 압축기가 손상되지는 않습니다. 반복적 인 서지가 발생하면 자격을 갖춘 기술자에게 문의하십시오. 제조업체는 모두 서지 예측 제어를 사용하여 안정적인 작동을 보장합니다. 서지 제어를 수행하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.

서지 제어 및 보호

CABP : 운영 중에 발생하는 이러한 상황을 어떻게 제어하고 보호합니까?

CAGI : 당사 회원들은 제품에 대한 서지 제어 및 보호를 설계했습니다. 서지는 피할 수있는 상황입니다. 자동 이중 및 정압 제어 시스템 모두에 대해 서지 제어 및 보호 기능을 사용할 수 있습니다. 실제로 시스템 스타트 업의 일환으로 기술자는 수동으로 압축기를 서지하여 제어 시스템을 설정합니다.

1. 모터 전류 제어 :

모터 전류는 컴프레서 유량과 상관 될 수 있습니다. 유량이 감소함에 따라 모터 전류도 감소합니다. 이것은 컴프레서의 서지 포인트와 상관 될 수 있습니다. 이 제어를 통해 모터가 최소 전류 설정 값에 도달하면 언로드 밸브가 열리기 시작하여 압축기의 서지를 방지합니다. 이 방법은 간단하고 간단하지만 항상 컴프레서의 실제 턴 다운 범위를 최적화하지는 않습니다.

2. 서지 예측 제어 최적화 :

서지 예측 제어를 최적화하기 위해 컨트롤러는 기존 주변 흡입구 조건과 관련하여 서지 라인의 실제 위치를 모니터링하고 압축기 흐름이 서지 지점에 도달 할 때 언 로딩 밸브를 열어 압축기가 서지되는 것을 방지합니다. 이 제어 기능은 턴 다운을 최적화하고 기존 주변 흡입구 조건에 따라 컴프레서가 실제 턴 다운 상태에서 작동하도록합니다.

대부분의 제조업체에서 사용하는 최신 제어 시스템은 문제없이 안정적이며 효율적으로 작동합니다. 고객은 몇 가지 제어 방법 중에서 선택할 수 있으므로 응용 분야 요구에 맞게 원심 압축기 성능을 최적화 할 수 있습니다. 압축기 성능에 대한 환경 조건의 영향을 이해하면 신뢰성과 효율성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

CABP :이 개요에 감사드립니다. 독자들에게 이러한 주제에 대한 자세한 정보 나 도움을 얻을 수있는 방법을 알려줄 수 있습니까?

CAGI : Atlas Copco, Cameron, FS Elliott 및 Ingersoll Rand를 포함한 CAGI의 원심 압축기 섹션 회원은 작동에 적합한 원심 압축기의 적절한 크기와 옵션을 선택하도록 사용자를 지원하고 안내하도록 엔지니어를 교육했습니다. 시스템 성능을 최대화하기 위해 기존 시스템을 업그레이드 및 / 또는 교체 할 때 압축기 시스템 평가가 권장됩니다. 당사 회원은 기존 장비 및 시스템 운영을 지원할 수도 있습니다.

CAGI, 회원, 압축 공기 응용 분야 또는 압축 공기 관련 질문에 대한 자세한 내용은 압축 공기 및 가스 연구소에 문의하십시오. CAGI의 교육 자료에는 SmartSite에 대한 e- 러닝 코스워크, 선택 안내서 및 비디오, 압축 공기 및 가스 안내서가 포함됩니다.

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