Центробежные компрессоры. Характеристики

1. Центробежные компрессоры

Характеристики

2.

KPDrk,KPD,Omega,Psi
1.0
0.9
hрк
0.8
h
0.7
W
0.6
0.5
Y
0.4
0.3
0.2
0.1
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
0.300
Fir2
0.350
2

3.

Графики рабочих характеристик

4.

e
Газодинамические характеристики СПЧ-18/56-1,7
З н а ч е н и я р а с ч е т н ы х в е л и ч и н : Т н = 2 8 8 .1 5 К , R = 5 0 6 .0 8 Д ж /к г .К , Z= 0 .9 2 , k = 1 .3 1 2
2.00
1.90
0.82
5 250
1.80
0.83
0.84
0.85
3 630
1.70
4 750
0.85
1.60
4 500
0.84
0.83
0.82
1.50
4 000
1.40
3 500
580
1.30
490
420
Ni/Рн, [кВт/ата]
350
1.20
240
160
1.10
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Производительность комм. Qком, млн.м3/сут
4

5.

5

6.

6

7.

N,МВт
2.50
20
18
2.40
16
14
5 500
5 300
2.30
12
5 035
2.20
2.10
10
4 770
8
4 240
6
3 710
4
2
5 500
2.00
0.79
0.8
0
0.81
-2
5 300
1.90
-4
-6
5 035
0.81
1.80
-8
-10
0.8
4 770
1.70
-12
0.79
0.78
-14
1.60
-16
4 240
-18
1.50
-20
-22
1.40
3 710
-24
-26
1.30
-28
-30
1.20
100
-32
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
Производительность объемная Qн, м3/мин
7

8.

СТУПЕНЬ СЖАТИЯ
ПОТЕРИ ОДНОЙ СТУПЕНИ
1) ПОТЕРИ КАНАЛА ИЗ-ЗА
- ТРЕНИЯ
f (СКОРОСТЬ)
- ПОТЕРИ НАПОРА ЛОПАТОК
f (ОТКЛОНЕНИЕ = )
2.3
- УДАРНЫЕ
ПОТЕРИ
f (i)
2.4
70
Потери в каналах проточной части
-2) ВНЕШНИЕ ПОТЕРИ НА КОЛЕСЕ
2.2
-ИЗ-ЗА ТРЕНИЯ ДИСКА КРЫШКИ И СТУПИЦЫ КОЛЕСА
60
2.1
Теоретический напор: Hт=Cu2*U2 - Cu1*U1
2.0
50
1.9
1.8
1.7
1.6
Потери напора в РК
Внутренний напор Hi
Потери напора в проточной части
40
30
1.5
20
1.4
1.3
Политропный напор Hp
1.2
10
1.1
0
1.0
100
150
200
250
УРАВНЕНИЕ
БЕРНУЛЛИ:
Hi = 300
Hp + Hd + Hr350
400
Механическая работа, сообщаемая газу рабочим колесом, расходуется на сжатие и перемещение
газа, увеличение его кинетической энергии и преодолению сопротивления движению
450
500
РАСХОД

9.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ НА
ЛОПАТКЕ
УРАВНЕНИЕ ЭЙЛЕРА:
ИЗМЕНЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ДВИЖЕНИЯ HТ = Cu2*U2 – Cu1*U1

10.

Радиальная составляющая
скорости отвечает за расход
C
Cr
Умножив радиальный компонент
скорости на площадь сечения
получим объемный расход через
сечение
Тангенциальная составляющая
скорости отвечает за работу
совершаемую над потоком
C
Cu
Уравнение Эйлера
10

11.

Частота вращения ротора
Давление
Температура
Молекулярный вес

12.

Во всех случаях основные формулы для оценки:
Нp=zRТнδ[(pк/рн)1/δ-1]=Ср*ΔT/ηпол
Нp1 / n12=Нp2 / n22
ρн=Рн/RzTн
ε = (Нp/(zRTн δ)+1)δ
Ni=G Hi = G Hp / ηпол
Q1 / n1=Q2 / n2
3
Ni
N i n•1
n
н •1 н 2 2
hпол1 hпол2
Изменение оборотов ротора
↑n → (2)(4) ↑ε (1)(5) → ↑N
↑n → (6) ↑Q (5)→ ↑N
Изменение температуры на входе.
↑Т - z↑* → ε↓**
n=const →(1) Q=const → G=Q·ρн
↑Т → ↓ρн → ↓G (↓Qком ~ G) → ↓N
Изменение давления на входе
n=const →(2) Hp=const
↑P → ↑ ρн → ↑ G (↑Qком ~ G) → ↑N
↑P → z↓* → ε↑**
Изменение молекулярного веса газа
n=const →(2) Hp=const
↑M → ↓ R → ↑ ρн → ↑ G (↑Qком ~ G) → ↑N
↑M → z↓* → ε↑
* (см свойстват природного газа)
** (изменением (к/к-1) пренебречь)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)

13. Изменение характеристик при изменении условий работы Частота вращения

Ni
Ni
Hp
Hp
Qн
13
G, Qком

14.

Изменение давления на входе компрессора
14

15.

Изменение температуры газа на входе компрессора
15

16.

Изменение молекулярного веса газа на входе компрессора
16

17.

Зона отстройки от
границы помпажа
Газодинамическая характеристика компрессора НЦ-12/56-1,44
Превышение допустимого
давления газопровода
Граница помпажа
Зона недостаточной
мощности привода
Минимальные
обороты привода
Начальные
условия:
Зона запирания
Давление на
входе 3,81 МПа
Температура на
входе 15 С 17

18.

Газодинамическая характеристика компрессора НЦ-12/56-1,44
Граница ограничения
по давлению
Граница помпажа
Область устойчивой
работы компрессора
Линия ограничения по
мощности привода
Минимальные
обороты привода
Линия минимального
сопротивления сети
Начальные
условия:
Давление на
входе 3,81 МПа
Температура на
входе 15 С 18

19.

20.

21.

21

22.

Регулирование компрессоров
Для чего?
Регулирование процесса или пропускной способности компрессора
Регулирование давления на выходе
Согласование производительности с нагрузкой потребителя
Что?
Давление нагнетания
Давления всасывания
Расход
Температуру
Чем?
Изменение частоты вращения
Поворот лопаток направляющих аппаратов
Поворот лопаток диффузора
Дросселирование на всасывании
Дросселирование на нагнетании
Байпасирование (перепуск)
22

23.

Регулирование компрессоров
Изменение частоты вращения
Нp1 / n12=Нp2 / n22
Q1 / n1=Q2 / n2
N
Ni
N i n•1
n
н 2
н 1
Pd
Ni
Ni
н
н • р
n• р
n
3
3
A
B
Q
23

24.

Регулирование компрессоров
Поворот лопаток направляющих аппаратов
N
УРАВНЕНИЕ ЭЙЛЕРА: HТ = Cu2*U2 – Cu1*U1
A
Pd
B
Q
24

25.

Регулирование компрессоров
Дросселирование на нагнетании
N
Pd
ΔN
A
ΔPv
B
Q
25

26.

Регулирование компрессоров
Дросселирование на всасывании
ΔN
N
Pd
A
B
Q
26

27.

Регулирование компрессоров
Байпасирование (перепуск)
N
Pd
ΔN
B
A
ΔPv
Расход на байпас
Q
27

28. Эффективность способов регулирования

Удельная мощность
5
1 - Изменение частоты вращения
2 - Поворот лопаток направляющих аппаратов
3 - Дросселирование на всасывании
4 - Дросселирование на нагнетании
5 - Байпасирование (перепуск)
4
3
2
1
QS
28

29.

Пересчет приведенных характеристик
Приведенная частота вращения
n• р n
Приведенный объемный расход
Qн• р Qн
Приведенный политропный напор
Z • р R• р Tн • р
ZRTн
Z • р R• р Tн • р
ZRTн
H пол • р H пол
Qн
Z • р R• р Tн • р
ZRTн
n• р
n
n
H пол • р
n
2
1
e •р
Приведенная степень сжатия
2 m
n• р V
ZRTн
mV
1
e 1
Z • р R• р Tн • р
n
n
ZRTн
e 1 • р
1
Z • р R• р Tн • р
n
Приведенная удельная внутренняя мощность
Ni
N i Z • р R• р Tн • р
ZRTн
н • р н
Приведенная коммерческая производительность
Qk • р Qk
Политропный КПД при этом остается неизменным
hпол • р hпол
ZR• рTн
Z• р R Tн • р
2
3
3
N i n• р
н n

30. Антипомпажное регулирование

Явление „помпажа“
Явление помпажа проявляется в циклическом изменении давления газа в
компрессоре и изменении объёмного расхода; при этом так же возможно
изменение направления потока. Причиной помпажа является срыв потока на
лопатках компрессора.
На рисунке представлен цикл изменения значения давления
в процессе помпажа.
За счёт снижения отбора происходит перемещение рабочей
точки компрессора из точки (1) в точку (2), при этом
происходит повышение давления на выходе компрессора.
Точка (2) находится при этом на границе устойчивости, в
которой давления является максимальным.
Происходит срыв потока с лопаток компрессора и за счёт
этого рабочая точка скачкообразно смещается в точку (3).
Изменение направления потока приводит в свою очередь к
снижению давления и смещению рабочей точки в
точку (4). Снижение давления и повышение расхода опять
приводят к тому, что срыв потока на лопатках пропадает.
Восстановление потока опять приводит к скачкообразному
изменению параметров – переход в точку (1).
Если в данный момент не предпринять меры по устранению
помпажа, то цикл помпажа снова повторится.
30

31. Универсальная характеристика компрессора

В координатах
Политропный напор –
объемный расход
Hp
Граничная точка помпажа
для данного компрессора
имеется единственная
характеристика и
единственная точка
помпажа.
Инвариантна к
-Давлению всаса
-Температуре на всасе
-Соcтаву газа
(молекулярный вес газа,
удельная теплоемкость)
QS2
31

32.

H P Z ср RTн
(e 1)
Z срTн (e 1)
Mw
P Z срTн P
Qн Z ср RTн
Pн
M w Pн
2
Для учета изменения состава газа и
производительности вычисляется параметр:
Тк
log
Тн
Рк
log
Рн
32

33. Определение положения рабочей точки

В координатах
Политропный напор –
объемный расход
Hp
Рабочая точка
для данного компрессора
рабочая точка может быть
определена как точка
пересечения характеристики
компрессора с лучем,
проведенным из начала
координат под углом , при
этом:
tg = SlopeРТ = Hp/Qs2
QS2
33

34. Упрощенное уравнение регуляторов

Z срTн (e 1)
HP
Mw
Qн
2
Z срTн P
M w Pн
Z нTн
Mw
Сократим на
при этом Zср/ Zн меняется незначительно и
может не учитываться тогда для приведенного напора и расхода:
A
hPreg
(e 1)
qнreg
2
P
Pн
34

35. Определение положения рабочей точки в преобразованных координатах

tg = SlopeРТ =
hp reg
Рабочая точка
Hp/Qs2 =
(Hp/А)/(Qs2/А) =
hpreg/qs2reg
Характеристика позволяет
производить вычисление
положения рабочей точки
без лабораторных
измерений состава газа и
определения его свойств.
Характеристика не зависит
от входных условий
qs2reg
35

36. Линия помпажа

Угол наклона линии
помпажа в реальном
компрессоре непостоянный
hp reg
Относительный
наклон линии рабочей
точки:
Ss = SlopeРТ / SlopeЛП
Относительный наклон линии
помпажа определяется
помпажными тестами или
предоставляется
производителем компрессора
Расстояние между
рабочей точкой и
линией помпажа
d = 1- Ss
qs2reg
36

37. Ошибка регулирования

Ошибка регулирования:
DEV = d-b1* f(ΔP,s)
hp reg
где
d = 1- Ss - расстояние между
рабочей точкой и линией помпажа
f(ΔP,s) = 1
Рабочая точка
f(ΔP,s) – функция, определяющая
форму линии запаса надежности
b1 – относительная ширина зоны
безопасности
Ошибка регулирования
(DEV) – расстояние между
рабочей точкой и линией
заданного запаса
надежности
qs2reg
37