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    隔膜壓力表運營,設計和操作與其他壓力表類型有何不同

    返回列表發布日期:2019-07-24 09:09:08    |    


          在隔膜壓力表中,壓縮氣體主要平行于旋轉軸線流動。隔膜壓力表具有高效率和大流量的優點,特別是在尺寸和橫截面方面。它們為大流量提供最緊湊,最輕便的壓力表設計,并為大流量應用提供最低的每流量成本。然而,它們確實需要幾排葉片(軸向級)以實現大的壓力升高,使得它們相對于諸如不銹鋼壓力表的其他壓力表設計而言復雜且易碎。它們是昂貴的機器,但是大流量的每流量成本可能低于其他壓力表類型。隔膜壓力表已用于許多工業應用,如大容量天然氣服務,大容量空氣分離裝置,
          粗略的說明是,隔膜壓力表的流量為100,000至1,500,000立方米/小時。壓力比可以在4到27之間。這些是粗略的容量和壓力范圍。一些現代隔膜壓力表在大體積范圍內可提供約40的壓力比,但它們僅用于特殊應用。
          作為一種指示,隔膜壓力表制造商通??商峁?至11種標準框架尺寸,每種尺寸可提供4至21級。通常應從這些可用的框架中選擇所需的隔膜壓力表。壓力比通常由級數決定。通常通過改變葉片的長度來改變每個框架的流動。
          隔膜壓力表由分別稱為葉片和定子的旋轉和靜止部件組成。軸驅動由軸承保持的中心鼓,軸承具有多個環形葉片對和定子。每對具有一個葉片(旋轉)和一個定子(靜止),并且這樣的一對也稱為平臺(或軸向平臺)。葉片加速了氣體。定子安裝在壓力表的固定管狀外殼上。定子,也稱為葉片,通過擴散將增加的旋轉動能轉換成靜壓,重新引導氣體的流動方向并為下一級的轉子葉片準備它。轉子鼓和殼體之間的橫截面積在流動方向上減小,以在氣體被壓縮時使用可變幾何形狀保持最佳馬赫數。
          工業隔膜壓力表通常是亞音速機器。對于亞音速軸向級,每級的壓力比可以在1.1和1.25之間,并且級效率可以在88%和93%之間。對于跨音速軸向級,壓力比可以更高,但效率通常低于亞音速。對于跨音速和超音速軸向級,每級的壓力比可以在1.2和2.1之間,并且級效率將在78%和89%之間。
          隔膜壓力表通常設計成提供良好的可接近性,因為它們是水平分開的并且通常在殼體外部提供可變的定子調節機構。排出壓力相對較低或較低,這允許使用水平分開的套管設計。通??梢詥为毟鼡Q轉子葉片,而無需將轉子從其殼體上拆下。吸氣和排氣蝸殼可以是鑄造鋼或鑄鋼,也可以向上或向下排列。
          在隔膜壓力表中,壓縮基于通道的擴散作用。定子的擴散作用將氣體的絕對動能轉換為壓力上升。能量方程中的相對動力學頭是僅由于葉片旋轉而存在的術語。葉片對氣體顆粒的沖擊增加了它們的速度(絕對速度),從而降低了氣體和葉片之間的相對速度。換句話說,葉片增加了氣體的絕對速度,定子將其轉換成壓力上升。在許多隔膜壓力表設計中,在葉片處獲得階段中的一部分壓力升高。設計具有擴散能力的轉子通道除了其正常功能之外還可以產生壓力升高。這會使每個階段產生更大的壓力,
    運營與設計
          隔膜壓力表中產生的流場很復雜,因為它具有高度三維的粘性氣體結構,強烈的沖擊邊界層相互作用和強烈的葉尖間隙效應,這對壓力表效率產生負面影響。在部分負載操作中增加了并發癥,其中可能發生與失速相關的現象。因此,需要相當大的努力來提高整個工作范圍的效率和失速/喘振裕度。換句話說,在優選的操作范圍內效率應該很高; 此外,應通過優化失速/喘振裕度來盡可能延長工作范圍。
          每個軸向級產生的壓力增加受到轉子和氣體之間的相對速度以及平臺的轉向和擴散能力的限制。為了實現不同的壓力比,隔膜壓力表設計有不同的級數和轉速。作為粗略指示,可以假設給定隔膜壓力表中的每個軸向級具有相同的溫升。因此,每級的溫度(每級進入的溫度)應逐漸通過壓力表增加,并且階段的溫升溫度比應減小,導致通過隔膜壓力表的級壓力比逐漸降低。因此,后級產生的壓力比低于第一級。如果氣體和轉子之間的相對速度非常高,則也可以實現更高的級壓力比; 速度變得超音速,但這是以犧牲效率和可操作性為代價的。這種隔膜壓力表級,其級壓力比大約為2或大于2,僅用于最小化壓力表尺寸或級數是關鍵的。它們僅用于特殊應用,當空氣動力學輪廓經過優化并匹配特定的速度和轉向時。
          在隔膜壓力表中,轉子或定子上的每個葉片產生的壓力變化很像旋轉螺旋槳。然而,與螺旋槳葉片不同,隔膜壓力表的葉片彼此靠近,這極大地改變了每個葉片周圍的流動。隔膜壓力表葉片連續通過上游葉片的尾流,引入不穩定的流量變化。先進的計算模型在前幾年已經取得了進展,但隔膜壓力表的設計和操作非常復雜,應該通過復雜的測試進行徹底的驗證。壓力表設計應在廣泛的風洞試驗中進行驗證,以確定性能。
          由于適當的隔膜壓力表設計,選擇和操作是強有力的挑戰,因此應該使用多學科過程。設計和操作決策基于所涉及的物理和經驗,因此必須將兩者合理地結合起來,以加速設計過程,選擇參數或操作決策。例如,關于轉子葉片數量的初始決定考慮了效率,成本,操作范圍,機器靈活性和穩定性。由于與壓縮氣體接觸的表面積增加,更多數量的葉片增加了制造成本并且可能降低效率。另一方面,較少數量的葉片提供較差的流動引導并且有時操作較差,例如,它減少了對氣體的最大轉移工作。因此,刀片數量有下限和上限。最吸引人的目標是較低的目標,節省成本。因此,葉片的數量必須是實現高性能隔膜壓力表的最佳選擇。該問題涉及的大量設計和操作參數使得必須使用多標準優化工具。在優化的隔膜壓力表中,設計點(額定點)和工作范圍應適合每種應用。整個運行范圍內的峰值效率和效率應該是合理的。該問題涉及的大量設計和操作參數使得必須使用多標準優化工具。在優化的隔膜壓力表中,設計點(額定點)和工作范圍應適合每種應用。整個運行范圍內的峰值效率和效率應該是合理的。該問題涉及的大量設計和操作參數使得必須使用多標準優化工具。在優化的隔膜壓力表中,設計點(額定點)和工作范圍應適合每種應用。整個運行范圍內的峰值效率和效率應該是合理的。
          同時,壓力表設計應該產生合理的成本,尺寸和重量。受這些限制,每個隔膜壓力表轉子的設計應符合預期的流量,最佳尺寸(如理想的軸向長度和前部面積),最高壓力比和最佳葉片數量。此外,穩定裕度應該足夠。
    操作靈活性和容量控制
          當隔膜壓力表根據下游或上游要求改變其工作點時,壓力表吸入和排出時的氣體壓力和流量將發生變化。為了在這些變化的條件下調整隔膜壓力表,需要適當的操作靈活性。
          雖然隔膜壓力表可以在不同流量,速度或壓力比的條件下(不同于它們的額定值)運行,但這可能導致效率損失。在極端情況下,在遠離額定值的條件下運行會導致流量部分或完全中斷,分別稱為壓力表失速和喘振。因此,階段數量和總壓力比的實際限制來自于在需要遠離其設計(額定)條件時工作的不同階段的相互作用。通過在隔膜壓力表中提供一些靈活性,可以在一定程度上減輕這些“非設計”條件。這通常通過變速,使用可調定子或“排放”閥來實現,這些閥可以從階段之間的主流中排出氣體(級間排氣)。
    定子葉片通常有不同的布置,例如固定和自動調節。固定葉片是傳統設計,可能僅適用于變速應用。固定葉片通常不能提供所需的操作靈活性。非自動可調葉片是老式設計,用于改變操作特性或需要偶爾調整葉片。這不建議用于現代應用。
          自動變量葉片通常用于隔膜壓力表,用于需要適當容量控制和操作靈活性的關鍵服務。它們可以提供所需的操作靈活性和現代應用所需的寬工作范圍,以及運行條件的變化或波動。使用(連續)自動變量定子通過連接到由執行器自動調節的驅動軸來調節所有(或大量)葉片。
          先進的可變定子系統設計使用可以圍繞其軸單獨旋轉的葉片。對于啟動,它們旋轉至關閉,減少壓縮,然后旋轉回壓力表操作條件所需的氣流。當壓力表速度下降時逐漸關閉可變定子通常會降低操作特性(或圖)上的喘振(或失速)線的斜率,并改善隔膜壓力表的喘振裕度。例如,這種系統用于能夠以大約“19”設計(額定)壓力比操作的14級隔膜壓力表。通過在前六個階段中加入可變定子,獲得了廣泛的操作靈活性和合適的容量控制范圍。
          排氣閥的使用是隔膜壓力表控制和操作的傳統方式,其可與其他壓力表類型中的氣體再循環相比。這樣,每個排放閥都會將氣體從壓力表的中間排出,以避免在最后階段壓縮過多的氣體。這也被用于幫助啟動隔膜壓力表,使其能夠在不壓縮太多氣體的情況下旋轉,盡可能地排出。排氣閥系統通常用于許多隔膜壓力表中。
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