8-900-374-94-44
Помпаж компрессора — очевидное явление, которое возникает из-за резкого изменения давления в системе сжатого воздуха. В результате этого происходит реверсирование потока сжатого воздуха внутри устройства, сопровождаемое резким изменением нагрузки. Скачки потребляемой мощности сопровождаются звуком «Вуумпф». Этот звук особенно хорошо слышен вблизи всасывающего фильтра.
Причиной помпажа компрессора является снижение расхода воздуха, проходящего через устройство, из-за чего возникает неконтролируемое повышение давления до значения нестабильной работы компрессора. Данное явление возникает при резком снижении расхода сжатого воздуха, когда локальная или дистанционная система управления не успевает среагировать на это изменение. Резкое снижение расхода приводит к скачкообразному увеличению давления воздуха на выходе из компрессора до давления помпажа — максимального давления на кривой характеристик центробежного компрессора.
Длительная работа в состоянии помпажа приводит к серьезным механическим повреждениям компрессора и выходу его из строя.
№ | Причина | Решение |
|---|---|---|
1 | Загрязнен впускной фильтр | Заменить элемент фильтра |
2 | Недостаточное сечение трубопровода впускного воздуха (удаленное расположение впускного фильтра) | Заменить трубопровод |
3 | Высокая межступенчатая температура сжатого воздуха | Выяснить причину (высокая температура, недостаточный расход, низкое давление охлаждающей воды; загрязнение теплообменных аппаратов) и устранить |
4 | Увеличение температуры воздуха на всасывании | Снизить температуру. |
5 | Давление нагнетания выше (равно) давлению натурального помпажа | Снизить уставку |
6 | Некорректная настройка ПИД регулятора давления и/или уставки TL | Проверить настройки, внести необходимые изменения |
7 | Некорректная калибровка I/P преобразователя, актуатора, позиционера впускного/байпасного клапанов | Откалибровать |
8 | Неисправен байпасный клапан | Отремонтировать или заменить |
9 | Чрезмерное сопротивление в системе сжатого воздуха | Сравнить показания датчика давления в системе и датчика давления на выходе из последней ступени. Выяснить причину (закрытая задвижка, повышенный перепад давления в системе фильтрации/осушения сжатого воздуха и т. |
10 | Чрезмерное сопротивление на охладителях сжатого воздуха | Может быть вызвано работой без впускного фильтра или его разрывом. Очистить охладители |
11 | Чрезмерное загрязнение лопаток импеллера | Очистить импеллер |
12 | Чрезмерное загрязнение каналов диффузора | Очистить диффузор |
13 | Некорректный осевой зазор | Перевыставить |
14 | Некорректный радиальный зазор | Перевыставить |
15 | Повышенный износ импеллера или его загрязнение | Заменить импеллер |
16 | Поломка штифта, фиксирующего тарелку байпасного клапана на штоке | Отремонтировать |
17 | Заклинивание обратного клапана на выходе из компрессора в закрытом положении | Сравнить показания датчика давления в системе и датчика давления на выходе из последней ступени. |
18 | Некорректный сигнал от датчика давления | Проверить соединительный кабель, калибровку датчика. Заменить датчик. |
19 | Завышенная чувствительность помпажа | Перевыставить |
Компрессорные установки в промышленности используются во многих технологических операциях. Сжатый воздух получают разными типами компрессорных установок. От роторного типа, до вихревых турбомашин. Центробежные компрессорные установки типа К-250 имеют широкое распространение в промышленности. Но у всех типов компрессоров есть критический режим работы – помпаж.
Динамическое сжатие газа в центробежных компрессорах достигается увеличением политропного напора потока газа.
Такой процесс описывается газодинамическими характеристиками компрессора, которые представлены на двухмерном графике кривой показывающей рабочие точки компрессора.
На режимах работы компрессора близких к расчетной точке (точка А), поток газа согласуется с формой элементов проточной части. При существенном отклонении режимов в потоке возникают различные вторичные течения, возникают сложные физические процессы.
Пересечение линии помпажа (точка В) сопровождается высокочастотными колебаниями, при этом происходит скачкообразное изменение расхода от максимального значения до отрицательного (реверсирование потока).
ПОМПАЖ – это нестационарный, автоколебательный режим работы компрессора с частотой колебаний давления и расхода порядка 0,5 – 2,0 Гц в зависимости от аккумулирующих характеристик сети.
Помпаж сопровождается быстрым ростом температуры газа, появлением сильных толчков и вибрации, что может привести к разрушению компрессора.
Помпаж – недопустимое явление для компрессоров.
Современные системы управления компрессорными установками в своем арсенале имеют много различных алгоритмов для защиты компрессора от помпажных явлений. Математические модели описывающие процессы, протекающие при сжатии воздуха, заложенные в системы управления компрессорными установками позволяют осуществить управление исполнительными механизмами по кривой помпажа КУ (компрессорной установки), для уменьшения эксплуатационных затрат, без ущерба механической части КУ. В процессе эксплуатации механические характеристики КУ меняются не в лучшую сторону. Мат. Модель может быть адаптивна к новым характеристикам КУ, но она сложна в реализации. Поэтому на стадии пусковой наладке, настраивают мат. модель под конкретную КУ. Но само детектирование начала помпажных явлений или установившегося помпажа имеет место быть в независимости от применяемой системы управления КУ.
В данной статье я расскажу, как детектировать помпажное явление в КУ, применяя
’ простую программную реализацию несложного алгоритма и единственный сигнал, по которому будет происходить оценка данного явления.
В момент перетекания нагрузка на валу двигателя резко уменьшается, возникает механический удар. Этот момент необходимо детектировать на ранней стадии, чтобы предотвратить механические повреждения КУ. Почему возникают эти помпажные явления, останутся за рамками этой статьи.
В рабочем режиме, ток меняется плавно и в небольших пределах.
В момент начинающегося или уже случившегося помпажа, колебания имеют большую амплитуду и частоту. Значит обычным, цифровым ФНЧ, можно детектировать данную аварийную ситуацию.
, проект STEP7, для ЦПУ 314-2PN/DP. В нем показана основная мысль детектирования помпажа. Код не оптимизирован и не доведен до ума.
Видео, демонстрирующее работу защиты от помпажа, смотри ниже.
Наряду с программными реализациями по глубокому дросселированию КУ по границе помпажа, необходимо иметь аварийную отработку уже начинающего или начавшегося помпажа в КУ.
Центробежные и осевые компрессоры могут испытывать потенциально разрушительное состояние, известное как помпаж. Михаил Ильченко из Emerson описывает это для меня.
Помпаж — это состояние, возникающее в компрессорах, когда количество газа, который они пытаются сжать, недостаточно для размера компрессора, и лопатки теряют способность передавать энергию от вала к жидкости, вызывая обратный поток газ. Это условие может иметь катастрофические последствия для машины, поэтому производители компрессоров включают антипомпажные клапаны, которые рециркулируют газ из нагнетания во всасывание при обнаружении низкого расхода. Обычно компрессоры сконструированы таким образом, что эти клапаны открываются только при запуске или при пониженной скорости.
Это помпажное состояние аналогично состоянию «сваливания» самолета — по сути, это те же явления.
Учитывая возможный вред оборудованию, для эффективной защиты компрессора требуется специальный алгоритм предотвращения помпажа. Время отклика контроллера также должно быть выше, чем для большинства других контуров управления. Контроллер Emerson DeltaV PK является хорошим примером быстродействующего контроллера для антипомпажного регулирования компрессора.
Для этого антипомпажного контура управления также требуются быстродействующие антипомпажные клапаны и датчики перепада давления, поскольку общая реакция управления зависит от времени отклика антипомпажного клапана, измерительных устройств и алгоритма управления относительно динамики параметров компрессора.
Скорость отклика системы становится более важной, чем ближе компрессор работает к пределу помпажа. Поскольку рециркуляция газа с нагнетания обратно на всасывание компрессора приводит к трате энергии, наиболее экономичной операцией является поддержание рециркуляционного потока на как можно более низком уровне, таким образом работая ближе к линии помпажа.
Михаил объяснил мне, что антипомпажный контроль необходим только при низком расходе газа, поэтому большинство компрессоров рассчитаны на то, чтобы их антипомпажные клапаны большую часть времени были закрыты.
Второе соображение заключается в том, что любая антипомпажная система обеспечивает регулирующее регулирование с обратной связью только до того, как компрессор перейдет в режим помпажа.
Когда компрессор испытывает помпаж, системе нужно только обнаружить это состояние и продолжать поэтапно открывать антипомпажный клапан, пока компрессор не прекратит помпаж.
Это дискретный ответ без обратной связи, который называется обнаружением перенапряжения, и требования к скорости для этой функции охватываются стандартом API 670, 5 th edition. Он устанавливает требование, чтобы электронный логический вычислитель имел общее время выполнения программы 100 мс или менее, а общее время реакции обнаружения помпажа компрессора должно быть менее 500 мс.
Когда речь идет о предотвращении помпажа до того, как он произойдет, общее требуемое время реагирования зависит от наихудшего сценария потенциального падения потока. Необходимо определить, что потенциально может произойти до или после компрессора, чтобы вызвать наиболее быстрое падение потока.
Как правило, чем больше компрессор, тем быстрее изменяется давление на входе и выходе в случае нарушения процесса.
Например, если ниже по потоку находится регулирующий клапан Fail-Close, и он внезапно теряет воздух. С другой стороны, чем больше объем между компрессором и этим потенциальным ограничением потока, тем медленнее будет меняться давление, и динамика будет плавнее.
Раньше очень часто имелся специальный специализированный контроллер, выполняющий антипомпажное управление компрессором. Благодаря современным передовым технологиям контроллеры стали быстрее, и такие системы, как система управления DeltaV, могут выполнять эту функцию безопасно и эффективно без необходимости в специализированном контроллере типа «черный ящик».
Посетите страницу SmartProcess Compressor на сайте Emerson.com, чтобы узнать больше о том, как эти алгоритмы управления в сочетании с интеллектуальными полевыми устройствами помогают повысить эксплуатационную безопасность, стабильность и эффективность компрессора. Вы также можете связаться и пообщаться с экспертами по антипомпажной защите компрессоров на форуме DeltaV в сообществе Emerson Exchange 365.
Приглашаем вас следить за нами на Facebook, LinkedIn, Twitter и YouTube, чтобы быть в курсе последних новостей новости, события и инновации, которые помогут вам справиться с самыми сложными задачами и решить их.
Пожалуйста, просто дайте ссылку на пост и отправьте нам небольшую заметку, чтобы мы могли поделиться вашей работой. Спасибо!
Наше глобальное сообщество
Emerson Exchange 365
Высказанные здесь мнения являются личными мнениями авторов. Публикуемый здесь контент не прочитывается и не утверждается Emerson до его публикации и не обязательно отражает взгляды и мнения Emerson.
Политика конфиденциальности | Политика в отношении файлов cookie | Заявление о защите данных
Сотрудники и участники TMI
Одной из ключевых проблем при обсуждении контроля перенапряжения является определение того, что находится под контролем. Это происходит по двум причинам: во-первых, помпаж — это системное явление, которое существует только благодаря взаимодействию системы труб, клапанов и объемов (сокращенно «системы трубопроводов») и компрессора.
Это отрывок из руководства «Что такое выброс» Джеффри Мура из Southwest Research Institute, Клауса Бруна из Southwest Research и Райнера Курца из Solar Turbines.
Вторая причина заключается в том, что понятия срыва, вращающегося срыва, умеренного помпажа и сильного помпажа часто используются неточно или взаимозаменяемо.
Итак, давайте начнем с нескольких определений: В целях данного обсуждения помпаж считается ситуацией, когда поток через весь компрессор периодически меняется на противоположный, другими словами, газ течет из нагнетательного сопла во всасывающее сопло.
Это то, что часто называют сильным помпажем, и прерывистый характер реверсирования потока создает большие силы, способные повредить подшипники компрессора, уплотнения и другие вращающиеся элементы. Существует также нечто, называемое легким всплеском. Это тоже неустойчивость, но без полного реверса потока. Существенным фактом является то, что в одном и том же компрессоре может возникать умеренный помпаж или резкий помпаж, в зависимости от геометрии (особенно объема) системы трубопроводов до и после компрессора. Точно так же частота помпажа зависит от системы трубопроводов.
Стабильность в смысле приведенного выше определения означает, что конечное колебание расхода в системе не будет усиливаться компрессором. В общем, карта компрессора с отрицательным наклоном кривой напор-расход реагирует на небольшое снижение расхода увеличением напора, тем самым противодействуя возмущению.
Компрессор с положительным наклоном уменьшит напор и, таким образом, усилит помехи. Поэтому удобно (но не совсем правильно, Botros, 2008) определить точку кривой напора с горизонтальной касательной как предел устойчивости.
С другой стороны, остановка является аэродинамическим явлением в компрессоре. Если поток через компрессор при постоянной скорости уменьшить, потери во всех аэродинамических компонентах увеличатся. В конце концов поток в одном из аэродинамических компонентов, обычно в диффузоре, но иногда и на входе в рабочее колесо, будет разделяться. Следует отметить, что останов обычно сначала возникает на одной ступени компрессора.
Срыв может быть предвестником скачка, но не обязательно. Особенно многоступенчатые компрессоры могут по-прежнему показывать повышенный напор при снижении расхода, несмотря на то, что на одной из ступеней происходит остановка. Остановку часто обнаруживают по повышенным вибрациям ротора компрессора.
Разделение потока в безлопаточном диффузоре означает, что весь или часть потока не будет выходить из диффузора на его нагнетательном конце, а будет образовывать области, где поток застаивается или меняет свое направление обратно на вход диффузора (т.
е. выход рабочего колеса).
Заклинивание на входе рабочего колеса или лопаточного диффузора происходит из-за того, что направление входящего потока (относительно вращающегося рабочего колеса) изменяется в зависимости от скорости потока через компрессор. Обычно лопатки в диффузоре сокращают рабочий диапазон ступени по сравнению с безлопастным диффузором. Следовательно, уменьшение расхода приведет к увеличению несоответствия между направлением входящего потока, для которого было спроектировано рабочее колесо, и фактическим направлением входящего потока. В какой-то момент это несоответствие становится настолько значительным, что поток через рабочее колесо срывается.
Разделение потока может приобретать характеристики вращающегося срыва. Когда поток через ступень компрессора уменьшается, в частях диффузора происходит разделение потока. Вращающийся срыв возникает, если области отрыва потока не являются стационарными, а движутся в направлении вращающегося рабочего колеса (обычно со скоростью 15-30% скорости рабочего колеса).
Вращающийся срыв часто можно обнаружить по увеличению вибрационных сигнатур в субсинхронной области. Начало остановки не обязательно является пределом работы компрессора.
На самом деле, во многих случаях поток может быть уменьшен до того, как будет достигнут фактический предел стабильности. При расходах ниже, чем расход на пределе стабильности, практическая работа компрессора невозможна, и компрессор не может создавать такой же напор, как на пределе стабильности. Поэтому компрессор больше не может преодолевать перепад давления между всасывающей и нагнетательной сторонами.
Поскольку объемы газа на выходе из компрессора теперь находятся под более высоким давлением, чем может достичь компрессор, газ будет следовать своей естественной тенденции течь от более высокого давления к более низкому: поток через компрессор реверсируется. Из-за реверсирования потока давление в системе на стороне нагнетания со временем будет снижаться, и в конечном итоге компрессор сможет снова преодолеть давление на стороне нагнетания.
При невозможности, увеличить уставку тока минимальной нагрузки (TL)
д.) и устранить
Отремонтировать