Turbokompressor

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Aksialkompressor
Processymbol for en turbokompressor i et R&I flowdiagram
Aksialkompressor af en Wright J65 jetmotor
Radial kompressor af en Klimow WK-1 jetmotor
Turbokompressortog fra et luftseparationsanlæg

Den turbokompressor (også turbo kompressor ) er en kompressor og, som en termisk turbo arbejder maskine, tilhører turbo maskiner . Det fungerer i omvendt retning af turbinens princip .

konstruktion

Alle turbokompressorer ejer

  • et hus med passende styreenheder
  • en bølge med mindst en
  • Pumpehjul med knive eller en række knive trukket direkte på akslen.

Turbokompressorer er opdelt i hovedtyperne radiale og aksiale kompressorer . Med en aksial kompressor flyder den gas, der skal komprimeres, gennem kompressoren i en retning parallelt med akslen. Med radiale kompressorer flyder gassen aksialt ind i pumpehjulet på kompressortrinet og afbøjes derefter udad (radialt). I tilfælde af flertrinscentrifugalkompressorer er en strømningsafbøjning derfor nødvendig efter hvert trin. Generelt leverer aksiale kompressorer højere volumenstrømme, mens centrifugalkompressorer genererer højere tryk. Kombinerede designs suger store volumenstrømme med deres gruppe af aksiale trin, som derefter komprimeres til høje tryk i de efterfølgende radiale trin. De diagonale kompressorer er en kombination af begge principper.

For enkeltakslede maskiner, der ofte er bygget, og som også drives af et separat gear, er de enkelte kompressortrin anbragt bag hinanden på akslen. Arrangementet er ofte sådan, at der er en hovedretningsretning (fra sugning til udløbsdyse), undertiden vælges et "back to back" arrangement af individuelle kompressortrin eller grupper af trin for at kompensere for akselens aksiale tryk , så der er mere end en suge - eller trykforbindelsesresultat.
Gearkompressorer er et andet design, hvor de enkelte radiale kompressortrin er grupperet direkte omkring et gearhus. Dette gear har et stort stort (tandet) hjul, der driver flere parallelle tandhjulsaksler, der hver har et eller to løbende hjul. Det store hjul er enten direkte koblet til drivmotoren (motordrev) eller drives igen af ​​et drivdrev (turbinedrev), der normalt er placeret nedenunder.
Hver tringruppe kan køre med sin optimale hastighed afhængigt af diameteren. Gearkompressorer opnår meget høje trykforhold på op til omkring 70.

Ansøgning

Turbokompressorer anvendes, når store gasvolumenstrømme skal komprimeres, f.eks. B.

  • i gasturbiner og jetmotorer
  • som en højovn og en stålmølleventilator
  • i systemer til flydende luft eller gas
  • som en luft- eller lystgasskompressor i salpetersyresystemer
  • i petrokemiske planter og raffinaderier
  • til stigende tryk i gasrørledninger
  • som en vakuumblæser i papirindustrien

forretning

Et driftspunkt indstilles i skæringspunktet mellem tryktabskarakteristikken for nedstrøms systemkomponenter og den respektive kompressorkarakteristik. De specielle egenskaber ved det gasmedium, der skal transporteres, skal overholdes her: Når der påføres tryk, reduceres lydstyrken, og temperaturen stiger samtidig.

Primus motor

Effekten af ​​store turbokompressorer er mellem en megawatt og omkring 60 MW. Valget af drevmaskine er væsentligt påvirket af applikationen. Hvis der er  tilstrækkelig og sikker damp til rådighed - som i kemiske anlæg, stålværker eller jernværker - foretrækkes en dampturbine . Gasturbiner er ideelle til rørledning og offshore applikationer. Ofte leveres drevet også af en elektrisk motor, som også kan betjenes med variabel hastighed via en frekvensomformer . For at anvende ”overflødigt” tryk ved afslutningen af ​​kemiske processer anvendes varme gasekspandere, som kan ses som en særlig form for turbine .

Effektregulering

For at justere kompressorudgangen kan enten hastigheden på drevmaskinen eller kompressorens volumenstrøm reguleres. I tilfælde af elektriske motorer implementeres hastighedsregulering normalt ved hjælp af en frekvensomformer . Turbindrevet kan også varieres inden for visse grænser.
Justerbare styreskovle (aksial kompressor) eller justerbare indløbsstyreskovle (radial kompressor) bruges normalt til volumenstrømskontrol.
Reguleringen via sugegasventiler betragtes som forældet på grund af for store energitab.
Kombinerede kontroller (hastighed og volumenstrømskontrol) er mulige, men undgås, hvis det er muligt.

Kompressorpumper

Karakteristisk kort over en centrifugalkompressor

En af de typiske egenskaber ved enhver turbokompressor er tendensen til at "bølge" under ugunstige driftsforhold - et fænomen, der opstår, når et bestemt tryk falder under et minimum af massestrøm. Strømmen til kompressorbladene afhænger af dette. Hvis massestrømmen er for lille, bliver angrebsvinklen så stor, at strømmen bryder af . Som et resultat transmitteres der mindre impuls til mediet, så massestrømmen fortsætter med at falde, og strømmen bryder også af ved andre blade eller kompressortrin. Trykforskellen mellem udløbet og indløbet kan ikke opretholdes, der er en tilbagestrømning gennem kompressoren. Trykforholdet falder (sugetrykket stiger), og kompressoren leverer igen, indtil pumpepunktet (falder under den minimale afgivelseshastighed) er nået igen. Denne proces kører cyklisk med en frekvens på ca. 0,3-5  Hz og er forbundet med en typisk støj.
Pumpning sker ved forskellige intensiteter afhængigt af sværhedsgraden af ​​kompressorens uoverensstemmelse. Hvis der er en lille uoverensstemmelse, opstår der en "roterende stall", hvor kun individuelle blade af kompressoren oplever en stall. Stallen roterer mod kompressorens rotationsretning. Dette er forbundet med en knurrende eller brummende støj og fører til et let fald i kompressorens ydeevne. Kompressorbladene er allerede begejstrede for at vibrere, hvilket kan føre til knivbrud. Hvis uoverensstemmelsen bliver større, kan den komme til en total stall, hvor forestillingen kollapser fuldstændigt og et højt brag. Hvis kompressoren er en del af en mere moderne flymotor, er det normalt forbundet med ødelæggelse af motoren.

Næsten alle turbokompressorer har derfor en overspændingsgrænsekontrol , som har til formål at forhindre strømningshastigheden under et bestemt minimum. Denne minimale volumenstrøm skal forstås som det respektive trykafhængige sætpunkt for overspændingsgrænsestyringen og til gengæld danner styrelinjen for overspænding, der løber i det karakteristiske kort ca. 10% til højre for overspændingsgrænsen. Når denne kontrollinje krydses, øges volumenstrømmen igen ved at åbne en aflastningsventil (især luftkompressorer) eller en blæseventil (andre gasser), så driftspunktet i det mindste holdes på kontrolledningen.
Hvis man kan forvente en længere recirkulationsoperation, kræves en recirkulationskøler, da ellers ville den indsugede gas blive varmere, hvilket igen favoriserer pumpen af ​​kompressoren på grund af den faldende tæthed.

Især aksiale kompressorer reagerer meget følsomt over for pumpestød og skal derfor beskyttes særligt mod denne driftstilstand. De har ofte yderligere uafhængige enheder til beskyttelse mod overspænding , der beskytter maskinen mod ødelæggelse, hvis styringen af ​​overspændingsgrænsen mislykkes (fejl i måle- eller kontrolanordninger, ændret gassammensætning).

Afblæsningen eller udblæsningen forværrer kompressorens effektivitet dramatisk, da en delstrøm af gassen ubrugeligt føres tilbage til sugedysen eller ind i atmosfæren. Dette er grunden til, at denne proces ikke bruges til strømstyring , men primært tjener til at beskytte maskinen. Hvis en maskine kun kan betjenes med en delvist åben antipumpeventil under normale procesforhold, er maskinen ikke optimalt tilpasset til processen eller skal efterses (forurening / slid på knive og diffusorer).

I Linz ( Østrig ) omkring 1980 blev jordvibrationer på omkring 1 Hz målt, og årsagen blev fundet i kompressorer, der blev brugt til industriel ammoniak-tryk-syntese, hvor der blev truffet afhjælpende handling.

Intercooling

Tilstandskurver i en kompressor

Kompressionen i kompressoren er polytropisk i virkeligheden og fører til en temperaturforøgelse i henhold til trykforholdet; køling af kompressoren er fordelagtig, fordi det krævede kompressorarbejde er mindre. Afkøling kan muligvis også finde sted ud over det isentropiske forløb og teoretisk afkøle volumenstrømmen så meget, at kompressionen næsten er isoterm. Imidlertid kræves der mange mellemkølingsprocesser til dette.

Teknisk set implementeres dette ofte ved hjælp af eksterne intercoolere, især i gearkompressorer, der allerede har forbindelsesledninger mellem de enkelte faser. Derudover er almindelige kompakte konstruktioner almindelige, hvor kølere integreres i kompressorhuset parvis mellem trinene.

Individuelle beviser

  1. ^ [1] MAN Energy Solutions AG