Какова идеальная длина впускного трубопровода для центробежных компрессоров?

Mar 20, 2024

Кристофер Браман и Тим Эллисон15 августа 2022 г.

Распределение потока на впускном фланце компрессора имеет решающее значение как для производительности машины, так и для точного измерения условий на входе. Радиально однородное распределение потока является предпочтительным для минимизации аэродинамических эффектов на входе в компрессор.

Неравномерные колебания скорости или давления, также называемые искажениями, увеличивают аэродинамические потери на передней кромке лопатки и могут привести к нестабильной работе компрессора. К счастью, колебания самокорректируются, поэтому можно добиться равномерного потока при достаточной длине прямой трубы.

Однако длина прямой трубы зависит от величины колебаний скорости и давления. Для компрессоров использование длинной прямой трубы на входе не всегда возможно из-за нехватки места и технологического трубопровода, который обычно содержит клапаны, колена и удлинители труб. Основная задача заключается в определении длины прямой трубы, необходимой для минимизации искажений входного потока.

В этой статье обобщены практические рекомендации по конфигурации трубопроводов, которые не окажут отрицательного влияния на производительность компрессора, но при этом признается, что для экономичного проектирования установки необходимо свести к минимуму количество трубопроводов. В нем представлен базовый подход к анализу конфигураций трубопроводов.

В качестве отправной точки можно использовать Кодекс испытаний производительности (PTC) для компрессоров и выхлопных газов Американского общества инженеров-механиков (ASME) для определения длины прямой трубы перед входом в компрессор, чтобы обеспечить равномерный поток для тестовых измерений.

PTC [1] требует наличия прямой трубы как минимум трех диаметров между коленом и входом компрессора и большей длины до 10 или более диаметров для труб диаметром менее 24 дюймов, осевых входов или других помех выше по потоку. Вторая рекомендация, которая является частью практики Elliott Group, заключается в том, что если скоростное давление (динамическое давление, q), входящее во вход компрессора, превышает один процент от статического давления (p1), на выходе колена необходимо использовать выравниватель потока. .

Отношение скоростного давления к статическому давлению рассчитывается по следующему уравнению. Поскольку эффект изменения Z невелик, его обычно игнорируют.

Обширный опыт заводских испытаний компании Elliott подтверждает, что требования ASME к прямолинейным участкам и предельное соотношение скорости и статического давления являются достаточными для испытательных трубопроводов. Поскольку на практике соотношение скорости и статического давления может быть намного ниже 0,01, требования к прямым трубам PTC были изменены, как указано в Таблице 1.

Таблица 1. Взаимосвязь между соотношением скорости и статического давления и рекомендуемой длиной прямого впускного трубопровода

Прямая длина

0,005

Используя приведенные выше значения в качестве ориентиров и решая уравнение q/p1, мы можем построить график зависимости диаметров прямого участка трубы перед компрессором от скорости на входе для различных молекулярных масс (рис. 1).

Поскольку большинство компрессоров имеют диапазон температур на входе от 0°F до 100°F, кривая основана на 50°F. В этом диапазоне встроенная ошибка невелика. Однако, когда температура на входе значительно различается, длину прямой трубы можно определить с помощью рисунка 1, корректируя фактическую скорость потока на входе до 50°F, используя приведенное ниже уравнение для идеальных газов.

Подробно описанный до сих пор процесс дает рекомендации относительно базовой отправной точки для определения количества диаметров прямых труб, необходимых перед входом в компрессор.

Это базовое число будет изменено с помощью поправочных коэффициентов, основанных на компонентах, находящихся непосредственно перед компрессором. Во-первых, необходимо определить некоторые общие схемы расположения трубопроводов и поправочные коэффициенты.

В компрессорах впуск обычно начинается с прямого участка трубы после колена трубы большого радиуса. Колено может быть ориентировано так, чтобы труба входила в колено параллельно или перпендикулярно ротору компрессора, как показано на рисунке 2.

Когда входная труба параллельна ротору компрессора, такое расположение считается наименее разрушительным для входящего потока, и поправочный коэффициент будет равен 1.