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隔膜压力表运营,设计和操作与其他压力表类型有何不同

返回列表发布日期:2019-07-24 09:09:08    |    


      在隔膜压力表中,压缩气体主要平行于旋转轴线流动。隔膜压力表具有高效率和大流量的优点,特别是在尺寸和横截面方面。它们为大流量提供最紧凑,最轻便的压力表设计,并为大流量应用提供最低的每流量成本。然而,它们确实需要几排叶片(轴向级)以实现大的压力升高,使得它们相对于诸如不锈钢压力表的其他压力表设计而言复杂且易碎。它们是昂贵的机器,但是大流量的每流量成本可能低于其他压力表类型。隔膜压力表已用于许多工业应用,如大容量天然气服务,大容量空气分离装置,
      粗略的说明是,隔膜压力表的流量为100,000至1,500,000立方米/小时。压力比可以在4到27之间。这些是粗略的容量和压力范围。一些现代隔膜压力表在大体积范围内可提供约40的压力比,但它们仅用于特殊应用。
      作为一种指示,隔膜压力表制造商通??商峁?至11种标准框架尺寸,每种尺寸可提供4至21级。通常应从这些可用的框架中选择所需的隔膜压力表。压力比通常由级数决定。通常通过改变叶片的长度来改变每个框架的流动。
      隔膜压力表由分别称为叶片和定子的旋转和静止部件组成。轴驱动由轴承保持的中心鼓,轴承具有多个环形叶片对和定子。每对具有一个叶片(旋转)和一个定子(静止),并且这样的一对也称为平台(或轴向平台)。叶片加速了气体。定子安装在压力表的固定管状外壳上。定子,也称为叶片,通过扩散将增加的旋转动能转换成静压,重新引导气体的流动方向并为下一级的转子叶片准备它。转子鼓和壳体之间的横截面积在流动方向上减小,以在气体被压缩时使用可变几何形状保持最佳马赫数。
      工业隔膜压力表通常是亚音速机器。对于亚音速轴向级,每级的压力比可以在1.1和1.25之间,并且级效率可以在88%和93%之间。对于跨音速轴向级,压力比可以更高,但效率通常低于亚音速。对于跨音速和超音速轴向级,每级的压力比可以在1.2和2.1之间,并且级效率将在78%和89%之间。
      隔膜压力表通常设计成提供良好的可接近性,因为它们是水平分开的并且通常在壳体外部提供可变的定子调节机构。排出压力相对较低或较低,这允许使用水平分开的套管设计。通??梢缘ザ栏蛔右镀?,而无需将转子从其壳体上拆下。吸气和排气蜗壳可以是铸造钢或铸钢,也可以向上或向下排列。
      在隔膜压力表中,压缩基于通道的扩散作用。定子的扩散作用将气体的绝对动能转换为压力上升。能量方程中的相对动力学头是仅由于叶片旋转而存在的术语。叶片对气体颗粒的冲击增加了它们的速度(绝对速度),从而降低了气体和叶片之间的相对速度?;痪浠八?,叶片增加了气体的绝对速度,定子将其转换成压力上升。在许多隔膜压力表设计中,在叶片处获得阶段中的一部分压力升高。设计具有扩散能力的转子通道除了其正常功能之外还可以产生压力升高。这会使每个阶段产生更大的压力,
运营与设计
      隔膜压力表中产生的流场很复杂,因为它具有高度三维的粘性气体结构,强烈的冲击边界层相互作用和强烈的叶尖间隙效应,这对压力表效率产生负面影响。在部分负载操作中增加了并发症,其中可能发生与失速相关的现象。因此,需要相当大的努力来提高整个工作范围的效率和失速/喘振裕度?;痪浠八?,在优选的操作范围内效率应该很高; 此外,应通过优化失速/喘振裕度来尽可能延长工作范围。
      每个轴向级产生的压力增加受到转子和气体之间的相对速度以及平台的转向和扩散能力的限制。为了实现不同的压力比,隔膜压力表设计有不同的级数和转速。作为粗略指示,可以假设给定隔膜压力表中的每个轴向级具有相同的温升。因此,每级的温度(每级进入的温度)应逐渐通过压力表增加,并且阶段的温升温度比应减小,导致通过隔膜压力表的级压力比逐渐降低。因此,后级产生的压力比低于第一级。如果气体和转子之间的相对速度非常高,则也可以实现更高的级压力比; 速度变得超音速,但这是以牺牲效率和可操作性为代价的。这种隔膜压力表级,其级压力比大约为2或大于2,仅用于最小化压力表尺寸或级数是关键的。它们仅用于特殊应用,当空气动力学轮廓经过优化并匹配特定的速度和转向时。
      在隔膜压力表中,转子或定子上的每个叶片产生的压力变化很像旋转螺旋桨。然而,与螺旋桨叶片不同,隔膜压力表的叶片彼此靠近,这极大地改变了每个叶片周围的流动。隔膜压力表叶片连续通过上游叶片的尾流,引入不稳定的流量变化。先进的计算模型在前几年已经取得了进展,但隔膜压力表的设计和操作非常复杂,应该通过复杂的测试进行彻底的验证。压力表设计应在广泛的风洞试验中进行验证,以确定性能。
      由于适当的隔膜压力表设计,选择和操作是强有力的挑战,因此应该使用多学科过程。设计和操作决策基于所涉及的物理和经验,因此必须将两者合理地结合起来,以加速设计过程,选择参数或操作决策。例如,关于转子叶片数量的初始决定考虑了效率,成本,操作范围,机器灵活性和稳定性。由于与压缩气体接触的表面积增加,更多数量的叶片增加了制造成本并且可能降低效率。另一方面,较少数量的叶片提供较差的流动引导并且有时操作较差,例如,它减少了对气体的最大转移工作。因此,刀片数量有下限和上限。最吸引人的目标是较低的目标,节省成本。因此,叶片的数量必须是实现高性能隔膜压力表的最佳选择。该问题涉及的大量设计和操作参数使得必须使用多标准优化工具。在优化的隔膜压力表中,设计点(额定点)和工作范围应适合每种应用。整个运行范围内的峰值效率和效率应该是合理的。该问题涉及的大量设计和操作参数使得必须使用多标准优化工具。在优化的隔膜压力表中,设计点(额定点)和工作范围应适合每种应用。整个运行范围内的峰值效率和效率应该是合理的。该问题涉及的大量设计和操作参数使得必须使用多标准优化工具。在优化的隔膜压力表中,设计点(额定点)和工作范围应适合每种应用。整个运行范围内的峰值效率和效率应该是合理的。
      同时,压力表设计应该产生合理的成本,尺寸和重量。受这些限制,每个隔膜压力表转子的设计应符合预期的流量,最佳尺寸(如理想的轴向长度和前部面积),最高压力比和最佳叶片数量。此外,稳定裕度应该足够。
操作灵活性和容量控制
      当隔膜压力表根据下游或上游要求改变其工作点时,压力表吸入和排出时的气体压力和流量将发生变化。为了在这些变化的条件下调整隔膜压力表,需要适当的操作灵活性。
      虽然隔膜压力表可以在不同流量,速度或压力比的条件下(不同于它们的额定值)运行,但这可能导致效率损失。在极端情况下,在远离额定值的条件下运行会导致流量部分或完全中断,分别称为压力表失速和喘振。因此,阶段数量和总压力比的实际限制来自于在需要远离其设计(额定)条件时工作的不同阶段的相互作用。通过在隔膜压力表中提供一些灵活性,可以在一定程度上减轻这些“非设计”条件。这通常通过变速,使用可调定子或“排放”阀来实现,这些阀可以从阶段之间的主流中排出气体(级间排气)。
定子叶片通常有不同的布置,例如固定和自动调节。固定叶片是传统设计,可能仅适用于变速应用。固定叶片通常不能提供所需的操作灵活性。非自动可调叶片是老式设计,用于改变操作特性或需要偶尔调整叶片。这不建议用于现代应用。
      自动变量叶片通常用于隔膜压力表,用于需要适当容量控制和操作灵活性的关键服务。它们可以提供所需的操作灵活性和现代应用所需的宽工作范围,以及运行条件的变化或波动。使用(连续)自动变量定子通过连接到由执行器自动调节的驱动轴来调节所有(或大量)叶片。
      先进的可变定子系统设计使用可以围绕其轴单独旋转的叶片。对于启动,它们旋转至关闭,减少压缩,然后旋转回压力表操作条件所需的气流。当压力表速度下降时逐渐关闭可变定子通?;峤档筒僮魈匦裕ɑ蛲迹┥系拇瘢ɑ蚴伲┫叩男甭?,并改善隔膜压力表的喘振裕度。例如,这种系统用于能够以大约“19”设计(额定)压力比操作的14级隔膜压力表。通过在前六个阶段中加入可变定子,获得了广泛的操作灵活性和合适的容量控制范围。
      排气阀的使用是隔膜压力表控制和操作的传统方式,其可与其他压力表类型中的气体再循环相比。这样,每个排放阀都会将气体从压力表的中间排出,以避免在最后阶段压缩过多的气体。这也被用于帮助启动隔膜压力表,使其能够在不压缩太多气体的情况下旋转,尽可能地排出。排气阀系统通常用于许多隔膜压力表中。
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