Dobór wielkości sprężarek VFD do układów z pojedynczą sprężarką

Tim Dugan, prezes PE, Compression Engineering Corporation

Wprowadzenie

Czy jako użytkownik końcowy słyszałeś kiedyś wiadomość o zainstalowaniu największej sprężarki VFD , a system zawsze będzie niezawodny i wydajny. Dlaczego przeprowadzam audyt? Wystarczy dodać kompresory na miejscu i umieścić jeden VFD dla tego rozmiaru lub większego. Dlaczego złożoność wielu kompresorów, przechowywania, sekwencjonowania itp.? Co więcej, umieść dwa z nich, jeden dla całego systemu, a drugi dla kopii zapasowej. Gdybyś mógł machnąć różdżką, czy nie tak powinien wyglądać każdy system? Idealny spokój i wydajność, ze 100% pewnością niezawodności.

Czytelnicy, którzy byli zaangażowani w działalność związaną z rabatami za usługi komunalne, jako menedżer programu, ewaluator lub audytor, wiedzą, że tego rodzaju decyzje były zachęcane przez rabaty i że wiele systemów nie działa w trybie, w jakim powinny, lub w ogóle nie działają z powodu problemów z niezawodnością.

Większość moich audytów dotyczyła „dużych”, złożonych systemów, systemów z zainstalowanymi sprężarkami powietrza o łącznej mocy ponad 500 KM, z wieloma typami i pomieszczeniami sprężarek. Co z „normalnymi” systemami przewyższającymi te, na które patrzę 10: 1? Te z jednym kompresorem i zainstalowanym mniej niż 100 KM? Czy nie jest właściwe, aby jeden kompresor VFD działał w systemie z pełnowymiarowym zabezpieczeniem? A jeśli tak, to jak dobrać kompresor?

W tym artykule staram się odpowiedzieć na pytanie kwalifikowanym „tak”. Tak, istnieje wiele systemów, w których może to nastąpić. Opiszę, gdzie potrzebujesz tylko jednego, aw takich przypadkach, jak dopasować rozmiar tej sprężarki.

Podsumowanie

Krótko mówiąc, zalecam stosowanie pojedynczej kompresora VFD (z kopią zapasową), gdy:

1. Poziomy zapotrzebowania są znane, a wielkość sprężarki jest taka, że zapotrzebowanie wynosi od 30% do 80% maksymalnej wartości sprężarki.

2. Profil popytu często nie jest niski.

3. W ciągu najbliższych 10 lat nie przewiduje się większych zmian w użyciu.

4. System jest obecnie scentralizowany i prawdopodobnie tak pozostanie.

5. Możesz sobie pozwolić na pełnowymiarową kopię zapasową.

Popyt Zmienia się między 30 - 80%

Skąd znasz swoje zapotrzebowanie, aby ustawić sprężarkę tak, aby znalazła się w „ulubionym miejscu”? Niektórzy twierdzą, że przeprowadzają „audyt”. Myślę, że to świetnie, jeśli chcesz zapłacić facetowi jak ja od 3 tys. Do 10 tys. USD i uzyskać tylko jedno zdjęcie popytu i potrzebować porady konsultacyjnej, która mu towarzyszy. Lub możesz uzyskać jeden „bezpłatny” od sprzedawców, który pomoże ci dobrać jeden kompresor VFD. To dobrze, jeśli ich „czarna skrzynka” audytu dokładnie oblicza przepływ.

Powodem, dla którego mówię, że zapotrzebowanie nie powinno zmieniać się poniżej 30% wartości szczytowej, jest to, że wydajność większości sprężarek VFD zaczyna spadać przy prędkości 50%, a pogarsza się, gdy osiągniesz prędkość minimalną. Ponadto olej w sprężarce nie będzie wystarczająco ciepły, jeśli będzie pracował z minimalną prędkością przez dłuższy czas, powodując problemy z niezawodnością. Co ciekawe, silnik jest wyjątkiem. Działa najgorętiej przy najniższej prędkości. Wynika to z faktu, że jest to aplikacja o stałym momencie obrotowym oraz poślizg, dzięki czemu jest jeszcze wyższy moment obrotowy przy niskiej prędkości, a chłodzenie silnika jest znacznie zmniejszone przy niskiej prędkości. Jeśli zacisniesz przekładnik prądowy na prądzie uzwojenia silnika, zobaczysz, że prąd uzwojenia faktycznie rośnie przy niższych prędkościach.

Powodem, dla którego nie chcesz często przekraczać 80%, jest to, że jego efektywność spada również na wysokim poziomie, a prąd jest w tym momencie wysoki. Jest tak dlatego, że straty związane z „wiatrem” sprężarki są wysokie. Jego „prędkość szczytowa” jest wyższa niż idealna. Rysunek 1 pokazuje typową krzywą wydajności (z karty danych CAGI) dla sprężarki śrubowej VFD o mocy 50 KM.

Rysunek 1. Typowa krzywa wydajności dla sprężarki VFD o mocy 50 KM z karty danych CAGI.

Dla porównania porównałem tę sprężarkę z dwiema alternatywami tego samego producenta: pojedynczym rozładowaniem i podwójnym ładowaniem połowy wielkości. Patrz poniżej:

Ryc. 2. Porównanie VFD z alternatywnymi ładowaniami typu rozładunek i dupleks w połowie wielkości.

Mimo że „specyficzna wydajność” sprężarki VFD (kW / 100 acfm) jest niższa niż idealna przy niższych prędkościach, jej straty są niższe niż ustalone straty alternatywnych opcji obciążenia i rozładowania, szczególnie na niskim poziomie. Zwróć jednak uwagę, w jaki sposób kompresory odciążania są lepsze w wyższej klasie, a dupleks zamyka większą część profilu, z wyjątkiem 50% do 70%. Pamiętaj jednak o niskim ogrzewaniu olejowym i silnym ogrzewaniu uzwojenia silnika na niskim poziomie.

Spójrzmy na profil obciążenia (Rysunek 3), który może nie być odpowiedni dla pojedynczej sprężarki VFD. To jest ten, w którym istnieje wiele dużych wymagań, które pojawiają się i znikają, a pomiędzy nimi ciśnienie jest niskie. Patrz poniżej. Gdy dostosujesz sprężarkę o 25% w stosunku do szczytowego zapotrzebowania, możesz skończyć z problemem obniżenia wydajności na drugim końcu tego typu profilu. Zapotrzebowanie jest na najniższym poziomie dla sprężarki VFD o mocy 50 KM 34 godziny tygodniowo. W zależności od tego, czy produkcja jest wystarczająco wysoka, możesz chcieć użyć systemu z wieloma sprężarkami dla tego rodzaju zapotrzebowania, najlepiej z dupleksem 25 KM. To jest wyrok sądu.

Rysunek 3. Profile obciążenia z wieloma pikami zapotrzebowania mogą być problematyczne dla pojedynczego VFD.

Oto moja zasada dopasowywania profilu przepływu : jeśli jedna sprężarka VFD może być dobrana tak, aby przez większość czasu znajdowała się w zakresie przepływu 30-80%, może to być dobre dopasowanie.

Niski czas zapotrzebowania nie jest nadmierny

To przywodzi na myśl problem niskiej klasy. Jeśli instalacja jest cały czas pod ciśnieniem, ale pracuje tylko jedną zmianę, oznaczałoby to, że sprężarka zasila przecieki dwie trzecie czasu. Mniejsze instalacje, w których pojedyncze sprężarki VFD działają dobrze, charakteryzują się niższymi przeciekami i dłuższym czasem przestoju, aby je naprawić. Tabela z rysunku 4 dotyczy operacji dwuzmianowej z niską drugą zmianą. Poprawiłem to, żeby była o jedną zmianę poniżej. Najniższy czas poszedł do 80 godzin tygodniowo. Pojedyncze sprężarki VFD nadają się do pracy na dwie zmiany i na trzy zmiany, lub tych, w których sprężarka jest wyłączona w nocy, a nie do pracy na jednej zmianie, które pozostają pod ciśnieniem przez większość czasu.

Rysunek 4. Okresy pomiaru niskiego popytu.

Oto moja zasada dotycząca niskiego zapotrzebowania: jeśli zapotrzebowanie jest mniejsze niż 30% wielkości VFD, przez ponad 30% czasu, pojedynczy kompresor VFD może nie być dobrym dopasowaniem.

Proces produkcji jest stabilny

Niektóre zakłady są zbudowane tak, aby robić jedną rzecz, i działają, dopóki sprzęt nie osiągnie końca okresu użytkowania lub rynek zniknie. Jest to typowe, gdy ma miejsce poważna inwestycja, np. Producent folii stretch z dwiema liniami produkcyjnymi. Jest to stosunkowo niewielki zakład, który może być zasilany przez sprężarkę powietrza o mocy 50 KM, a wymagania nie są tak zmienne, głównie ciśnienie statyczne i małe cylindry. Na większym końcu może to być mała fabryka tektury falistej lub tektury falistej z jedną maszyną.

Jednak systemy, gdy stają się większe, stają się coraz bardziej losowe i zmieniają się częściej. Zwłaszcza rośliny, które nazywam „kolekcjami klasycznych samochodów”. Zakłady te to duży budynek magazynowy, do którego grupa inwestorów wrzuca losowo używane maszyny produkcyjne. Podobnie jak producent tworzyw sztucznych do żywności (proces formowania) lub „nutraceutyk” (producent pigułek zdrowotnych). Ponieważ dostępnych jest wiele używanych maszyn, które można łatwo kupić i umieścić na ciężarówce z płaską platformą, zakład jest zbiorem używanych maszyn, które pasują do nisz rynkowych. Małe systemy zwykle obsługują jedną lub dwie linie produkcyjne, a zakład jest zbudowany i wpada w ziemię z tymi liniami. Większe rośliny to czasem kolekcje ciągle zmieniających się linii produkcyjnych. Możesz mierzyć przepływ, ile chcesz i powinieneś, ale nie będziesz w stanie trafić w najlepsze miejsce jednej sprężarki VFD.

Oto moja zasada losowości na żądanie:   Jeśli system produkcyjny zakładu jest stabilny, dobrym rozwiązaniem może być pojedyncza sprężarka VFD.

System jest scentralizowany

Uruchomienie systemu sprężonego powietrza, który ma rzekomo jedną sprężarkę VFD w jednym obszarze i inne sprężarki wokół, które zamierzano wymienić, zazwyczaj nie działa dobrze po kilku latach. Inne sprężarki mogą uruchomić się automatycznie lub ręcznie i sprawić, że VFD przestanie działać w najsłodszym miejscu. Unikaj więc tych scenariuszy, stosując sprężarki VFD do już scentralizowanych systemów, lub scentralizuj systemy poprzez wycofanie z eksploatacji wartości odstających i rozbudowę centrum.

Ogólnie rzecz biorąc, większość mniejszych amerykańskich zakładów produkcyjnych w ogóle nie ma „kompresora”. Urządzenia na sprężone powietrze (sprężarki, suszarki, zbiorniki) są zatkane wszędzie tam, gdzie jest miejsce, często nie w tym samym miejscu. Nazywam te „obszary kompresora”. Większe, dobrze zaprojektowane instalacje mają (lub miały) scentralizowane pomieszczenie sprężarek, które jest wystarczająco duże - i ma odpowiednie zasilanie i chłodzenie - dla największego potencjalnego systemu sprężonego powietrza, który może być potrzebny. Jak często to się dzieje? Nie często. Nawet „scentralizowane” systemy ostatecznie znajdują się w „slumsach” zakładu, starej części, w której nie ma żadnych inwestycji, a nowy sprzęt i dodatki wychodzą na obrzeża, a do tego dodaje się kolejną sprężarkę. Czy wszystkie nowe budynki produkcyjne nie wymagają sprężarki? Projektanci budowlani uważają, że…

Jak widać z moich komentarzy, opartych na doświadczeniu w setkach zakładów, liczba instalacji ze scentralizowanymi sprężarkami, które pozostaną w ten sposób, nie jest większa. Jako inżynier obiektu, projektant systemu lub dostawca powinieneś stopniowo zmieniać zarządzanie w tym kierunku, jeśli nie wszystko za jednym zamachem. Rozważ dystrybucję rurociągów, przechowywanie i inne czynniki w tej decyzji.

W każdym razie, jeśli masz wystarczająco dużą pętlę rurociągów i jedno pomieszczenie sprężarki na co najmniej 50% w stosunku do aktualnego zapotrzebowania szczytowego, prawdopodobnie jesteś w porządku, zakładając, że położenie pomieszczenia sprężarki jest stabilne przez cały okres eksploatacji instalacji. Teraz możesz umieścić sprężarkę VFD w tym pomieszczeniu, zapewnić odpowiednie chłodzenie i wentylację, z jej trybem gotowości obok i suszarką (-ami) dla obu. Idealnie z kontrolą popytu. OK, znów zaczynam projektować system, przepraszam.

Oto moja zasada centralizacji:   Jeśli pomieszczenie sprężarki jest nowe lub można je zmodyfikować w celu stałego scentralizowania, dobrym rozwiązaniem może być pojedyncza sprężarka VFD.

Możesz sobie pozwolić na pełnowymiarową kopię zapasową

Jeśli wydasz wszystkie swoje środki na jedną sprężarkę powietrza i nie możesz uzyskać kopii zapasowej, po prostu znacznie zmniejszyłeś niezawodność swojego zakładu. Jesteś bardziej niezawodny dzięki dwóm działającym 20-letnim kompresorom niż jednemu nowiutkiemu. Sprężarki VFD mogą być trudne, gdy przechodzą przez „śmiertelność niemowląt”, a jeśli nie masz rezerwy, możesz wyłączyć instalację z powodu brudnej energii, wibracji, wysokiej temperatury powietrza chłodzącego i wielu innych rzeczy które twoje stare sprężarki tolerowały. Więc jeśli dostaniesz nową Teslę, upewnij się, że masz stary Lincoln Towncar gotowy do jazdy, lub idź i weź go w stan gotowości.

Oto moja zasada tworzenia kopii zapasowych:   Posiadaj pełnowymiarowe wsparcie dla pojedynczego układu kompresora VFD.

Wniosek

Jeśli zainstalujesz swoją pojedynczą sprężarkę VFD zgodnie z tymi zasadami, będziesz mieć dużą szansę na osiągnięcie celów - po prostu upewnij się, że są.

1. Pozostań w zakresie prędkości 30-80%.

2. Trzymaj się z dala od systemów zawsze pod ciśnieniem z jedną zmianą.

3. Zastosuj do stabilnych systemów.

4. Zastosuj do scentralizowanych systemów.

5. Posiadaj pełnowymiarowe kopie zapasowe.