Даем вторую жизнь отремонтированному центробежному компрессору

Андреа Фузи, Андреа Бетти и Эмануэле Бурбери07 марта 2022 г.

В течение срока службы центробежных компрессоров конечные пользователи и сервисные компании часто сталкиваются со снижением производительности, а также с ухудшением/неисправностью компонентов или даже с необходимостью перенастроить машину для новых требуемых условий эксплуатации. Очевидно, что, когда это возможно, крайне важно предотвратить бесполезную, дорогостоящую и трудоемкую замену оборудования. Таким образом, крайне важно использовать постоянно растущие возможности ремонта/изменения характеристик старых центробежных компрессоров, чтобы дать им вторую эффективную жизнь.

Ряд инновационных технологий, разработанных за последние десятилетия, позволяют осуществлять ремонтные работы, которые некоторое время назад были невозможны. Новые производственные технологии вместе с разработкой инновационных материалов с улучшенными механическими свойствами позволяют сегодня выходить за пределы прежних технических ограничений для промышленного применения. Более того, последние усовершенствованные инструменты для получения геометрии (например, 3D-сканирование) позволяют исследовать возможные повреждения, дефекты и другие геометрические детали, которые иначе не были бы обнаружены. В конечном итоге, возрастающая точность и надежность современных инструментов моделирования, таких как CFD, FEA и роторно-динамический анализ (латеральный и крутильный), позволяют выполнять более точные исследования физических явлений, вызывающих проблемы, которые могут возникнуть.

Основная цель этой статьи — распространить информацию о таких инновациях и позволить конечным пользователям, сервисным компаниям и всем людям, участвующим в промышленных процессах, узнать о некоторых из бесчисленных возможностей, которые новые технологии создали в области обслуживания центробежных компрессоров. и обновления. Среди нескольких мероприятий по восстановлению/изменению характеристик турбомашин, проведенных компанией Compression Service Technology – CST за последние годы, в этой статье описаны две истории болезни, показывающие, как проблемы различного характера могут быть успешно решены для повышения эффективности даже очень старых машин. .

Нагнетатель воздуха для горения установки по производству серной кислоты, приводимый в движение электродвигателем и управляемый входным направляющим аппаратом (IGV), всасывает воздух при атмосферных условиях и подает его при давлении нагнетания 1,4 бара; требуемый массовый расход воздуха составляет около 200 000 кг/ч, а мощность на валу — около 2,6 МВт. Как показано на рисунке 1, компрессор представляет собой одноступенчатое консольное рабочее колесо, состоящее из полуоткрытого рабочего колеса сварного типа 3D (наружный диаметр 1600 мм), имеющего соединительное кольцо на кончике лопаток на впускной секции, короткого безлопастного диффузора и сварного -типа улитки прямоугольного сечения.

В течение срока службы конечный пользователь испытывал постепенное снижение производительности компрессора, как с точки зрения производительности, так и эффективности, пока он не решил отремонтировать его, чтобы восстановить первоначальные характеристики. Компания CST была вовлечена в такую ​​деятельность поставщиком услуг, отвечающим за техническое обслуживание нагнетателя воздуха для горения.

Было проведено 3D-лазерное сканирование для получения 3D-модели компрессора для исследования. Как показано на рисунке 2, при сканировании рабочего колеса был обнаружен высокий зазор. Наблюдался большой зазор, увеличенный эрозией, между вершиной лопаток рабочего колеса и бандажом статора: его величина оказалась переменной по длине лопатки от 3,5‰ до 8‰ диаметра рабочего колеса вместо обычного ожидаемого диапазона 1-2‰. Более того, зазор между кольцом лопаток рабочего колеса и соответствующей статической прорезью оказался довольно большим.

CFD-анализ был проведен для проверки гидродинамического поведения поврежденного компрессора с упором на то, насколько на производительность компрессора может повлиять упомянутый выше большой зазор между наконечниками. Как показано на рисунке 3, наличие чрезмерного зазора приводит к неоптимальному полю потока. Выявлены два основных гидродинамических явления, отрицательно влияющих на оптимальный поток:

Эти аномалии рассматривались как основные причины снижения эффективности ступени и скорости подачи.

Учитывая большой зазор между кольцом лопаток рабочего колеса и пазом статора, был сделан вывод о возможном наличии лабиринтного уплотнения в исходной конфигурации компрессора. Это уплотнение могло выйти из строя из-за эрозии или других событий во время работы компрессора. К сожалению, в имеющихся документах и ​​чертежах информации, подтверждающей такое предположение, обнаружено не было.