Comment les conditions d'admission impactent les performances du compresseur d'air centrifuge
Par Rick Stasyshan, consultant technique chez CAGI, et Neil Breedlove, Atlas Copco
Le magazine CABP (Best Air Practices) sur la qualité de l'air comprimé a récemment rencontré Rick Stasyshan , consultant technique du CAGI, et M. Neil Breedlove, de la section des compresseurs centrifuges et de la société membre, Atlas Copco Compressors, sur les compresseurs d'air centrifuges. Plus précisément, la discussion a montré comment diverses conditions d’alimentation peuvent influer sur les performances des compresseurs d’air centrifuges.
Paramètres environnementaux influant sur les performances centrifuges
CABP: Messieurs, nos lecteurs ont toujours hâte d’en apprendre davantage sur la façon dont leurs systèmes de compresseurs sont affectés par les conditions environnementales. Pouvez-vous nous expliquer dans quelle mesure les conditions d'entrée peuvent avoir une incidence sur les performances d'un système de compresseur centrifuge?
CAGI: La technologie centrifuge est basée sur la compression dynamique. Dans les compresseurs dynamiques, l’air est aspiré entre les aubes d’une turbine en rotation rapide et accélère à haute vitesse. L'air est ensuite évacué par un diffuseur où l'énergie cinétique est transformée en pression statique. La plupart des compresseurs dynamiques sont des turbocompresseurs à flux axial ou radial conçus pour des débits plus importants.
La performance d'un compresseur dynamique dépend beaucoup des conditions environnementales. Nous expliquerons ci-dessous l'impact des différents paramètres environnementaux et leur effet sur les performances. Lorsque vous envisagez un investissement dans un compresseur de type centrifuge, il est essentiel de prendre en compte les extrêmes annuels ainsi que les conditions moyennes lors du dimensionnement de l'équipement pour l'application afin d'obtenir les performances maximales.
Les paramètres environnementaux qui influencent la performance sont les suivants:
Température d'entrée
Pression d'entrée
Humidité relative (HR)
Température de l'eau de refroidissement
CABP: Pouvez-vous expliquer à nos lecteurs comment chacun de ces paramètres pourrait avoir un impact sur les performances?
CAGI: Pour comprendre l'impact de ces paramètres, nous devons d'abord examiner les courbes de performances d'un compresseur dynamique et voir comment les performances sont affectées par les paramètres environnementaux changeants.
Température d'entrée
La température d'entrée de l'air influe sur la densité de l'air à l'entrée du compresseur et influence l'énergie cinétique transférée par les pales à l'air. L'augmentation de la densité à des températures d'admission inférieures se traduira par une alimentation en air libre plus élevée (acfm) et une consommation d'énergie supérieure du compresseur .
Un autre effet de la variation de la densité de l'air ou du gaz est la disponibilité du compresseur. C'est la plage de débit dans laquelle une régulation efficace par l'utilisation d'un papillon des gaz ou des aubes directrices d'admission est possible. Les illustrations ci-dessous montrent clairement que, avec des températures plus basses , une plage de rabattement plus élevée est disponible.
Les figures 1 et 2 montrent les effets de la température d'entrée sur les performances d'un turbo-compresseur.
Les changements de température d'entrée produisent de grands changements dans les performances. Par temps froid, une centrifugeuse peut fournir beaucoup plus de flux d'air que par temps chaud - si le variateur est dimensionné pour fournir la puissance supplémentaire requise.
Température d'entrée inférieure:
Augmente la surpression.
Augmente la capacité maximale (débit massique) à une pression de refoulement donnée.
Augmente la consommation d'énergie (puissance).
Figure 1: La densité de l’air augmente avec la réduction de la température de l’air.
Température d'entrée plus élevée:
Diminue la surpression.
Diminue la capacité maximale (débit massique) à une pression de refoulement donnée.
Diminue la consommation d'énergie (chevaux).
Figure 2: Influence de la température d'entrée sur l'alimentation
Les paramètres mentionnés ont des effets similaires sur les performances du compresseur. L'impact de ces paramètres peut également être compris à partir des graphiques de performance utilisés ci-dessus.
Pression d'entrée
Une diminution de la pression d'entrée réduira la densité de l'air à l'entrée du compresseur. Comme avec des températures plus élevées, il en résultera une alimentation en air libre et une puissance plus faibles. Des modifications de la pression d'entrée peuvent être causées par des filtres d'entrée encrassés ou par une variation de la pression baramétrique. Il en va de même pour la réduction disponible - une pression d’admission inférieure se traduira par une réduction possible de la réduction disponible (voir Figure 3).
Pression d'entrée inférieure:
Diminue la pression de refoulement sur toute la courbe.
Diminue la capacité maximale (débit pondéral).
Diminue la consommation d'énergie ou de puissance (en raison du débit de poids réduit).
Figure 3: Impact de la pression d'entrée sur les performances du compresseur centrifuge
Humidité relative (HR)
Une augmentation de l'humidité relative (HR) réduit le débit et la puissance, et une diminution de la HR augmente le débit et la puissance. L'ajout de vapeur d'eau à l'air rend l'air humide et réduit sa densité. Cela est dû au fait que la masse molaire de l’eau est inférieure à celle de l’air (voir figure 4).
Humidité relative plus élevée:
Diminue la pression de décharge en cas de surtension.
Diminue le débit maximum (débit massique).
Diminue le débit auquel la surtension se produit.
Diminue la consommation d'énergie (chevaux).
Les pertes de condensat plus élevées les jours de forte humidité entraînent une réduction du débit fourni au système d'air de l'usine.
Figure 4: Impact de l'humidité relative sur les performances du compresseur centrifuge
Température de l'eau de refroidissement
Les températures de l'eau de refroidissement affecteront les températures d'entrée au deuxième étage et à tous les autres étages, le cas échéant. Une eau plus froide augmente le débit et la puissance, et une eau plus chaude réduit le débit et la puissance.
CABP : Alors, comment suggérez-vous que nos lecteurs prennent cela en considération lors du dimensionnement de leur compresseur centrifuge?
CAGI: Pour dimensionner un compresseur centrifuge, vous devez tenir compte du modèle de flux de demande du site de l'utilisateur, ainsi que des conditions d'entrée du site (minimum / moyen / élevé) pour obtenir des performances optimales.
Un autre point important à considérer est le dimensionnement du moteur. Si le moteur / pilote est sélectionné en fonction des performances obtenues à des températures d'entrée inférieures, cela garantit que, même à basses températures d'entrée, le moteur dispose de suffisamment de puissance pour gérer l'augmentation du débit. Le client peut tirer parti de l'augmentation du débit disponible sur son compresseur (voir Figure 5).
La température de l'eau de refroidissement affectera les performances de l'étage du compresseur après le premier étage. L'effet sur les performances est similaire à celui de la température de l'air entrant. Ceci, bien sûr, est vrai, car les variations de température de l'eau de refroidissement affectent directement la température de l'air entrant dans les deuxième, troisième et ultérieurs étages, où se trouvent des refroidisseurs intermédiaires situés entre les étages.
Température de refroidissement inférieure:
Augmente la pression de refoulement.
Augmente la capacité maximale (débit pondéral).
Augmente la consommation d'énergie (puissance).
Figure 5: Effet de la température de l'eau de refroidissement sur les performances centrifuges
Température d'eau de refroidissement plus élevée:
Diminue la pression de refoulement.
Diminue la capacité maximale (débit pondéral).
Diminue la consommation d'énergie (chevaux).
En savoir plus sur les compresseurs centrifuges
CABP : À partir de cette brève explication, nos lecteurs voudront probablement mieux comprendre ces éléments et leur impact spécifique sur leurs opérations. Comment nos lecteurs peuvent-ils obtenir plus d'informations et d'assistance de la part de CAGI et de ses membres de la section des compresseurs centrifuges?
CAGI : CAGI et ses membres de la section des compresseurs centrifuges, parmi lesquels Atlas Copco, Cameron, FS Elliott et Ingersoll Rand, ont formé des ingénieurs pour aider et guider les utilisateurs dans la sélection du compresseur correctement dimensionné pour leur fonctionnement. Une évaluation du système de compresseur est recommandée lors de la mise à niveau et / ou du remplacement de systèmes existants afin de garantir que les performances du système sont optimisées.
Pour des informations plus détaillées sur CAGI, ses membres, les applications d'air comprimé ou des réponses à vos questions, veuillez contacter le Compressed Air and Gas Institute. Les ressources pédagogiques de CAGI comprennent des cours d'apprentissage en ligne sur le SmartSite, des guides de sélection, des vidéos et le Manuel sur l'air et le gaz comprimés.
---- http: //www.hqcompressor.com
