May -akda: Lukas Bijikli, Manager ng Portfolio ng Produkto, Pinagsamang Gear Drives, R&D CO2 Compression at Heat Pumps, Siemens Energy.
Sa loob ng maraming taon, ang integrated gear compressor (IGC) ay naging teknolohiya na pinili para sa mga halamang paghihiwalay ng hangin. Ito ay higit sa lahat dahil sa kanilang mataas na kahusayan, na direktang humahantong sa nabawasan na mga gastos para sa oxygen, nitrogen at inert gas. Gayunpaman, ang lumalagong pokus sa decarbonization ay naglalagay ng mga bagong hinihingi sa mga IPC, lalo na sa mga tuntunin ng kahusayan at kakayahang umangkop sa regulasyon. Ang paggasta ng kapital ay patuloy na isang mahalagang kadahilanan para sa mga operator ng halaman, lalo na sa maliit at katamtamang laki ng mga negosyo.
Sa nakalipas na ilang taon, sinimulan ng Siemens Energy ang ilang mga proyekto sa pananaliksik at pag -unlad (R&D) na naglalayong palawakin ang mga kakayahan ng IGC upang matugunan ang pagbabago ng mga pangangailangan ng merkado ng paghihiwalay ng hangin. Ang artikulong ito ay nagtatampok ng ilang mga tukoy na pagpapabuti ng disenyo na ginawa namin at tinalakay kung paano makakatulong ang mga pagbabagong ito na matugunan ang gastos ng aming mga customer at mga layunin sa pagbawas ng carbon.
Karamihan sa mga yunit ng paghihiwalay ng hangin ngayon ay nilagyan ng dalawang compressor: isang pangunahing air compressor (MAC) at isang boost air compressor (BAC). Ang pangunahing air compressor ay karaniwang pinipilit ang buong daloy ng hangin mula sa presyon ng atmospera hanggang sa humigit -kumulang na 6 bar. Ang isang bahagi ng daloy na ito ay pagkatapos ay karagdagang naka -compress sa BAC sa isang presyon ng hanggang sa 60 bar.
Depende sa mapagkukunan ng enerhiya, ang tagapiga ay karaniwang hinihimok ng isang steam turbine o isang de -koryenteng motor. Kapag gumagamit ng isang turbine ng singaw, ang parehong mga compressor ay hinihimok ng parehong turbine sa pamamagitan ng mga twin shaft na nagtatapos. Sa klasikal na pamamaraan, ang isang intermediate gear ay naka -install sa pagitan ng singaw turbine at HAC (Larawan 1).
Sa parehong electrically driven at steam turbine driven system, ang kahusayan ng compressor ay isang malakas na pingga para sa decarbonization dahil direktang nakakaapekto sa pagkonsumo ng enerhiya ng yunit. Mahalaga ito lalo na para sa mga MGP na hinimok ng mga turbin ng singaw, dahil ang karamihan sa init para sa paggawa ng singaw ay nakuha sa mga fossil fuel-fired boiler.
Bagaman ang mga de -koryenteng motor ay nagbibigay ng isang greener alternatibo sa mga singaw na turbine drive, madalas na isang mas malaking pangangailangan para sa kakayahang umangkop sa kontrol. Maraming mga modernong halaman ng paghihiwalay ng hangin na itinayo ngayon ay konektado sa grid at may mataas na antas ng nababagong paggamit ng enerhiya. Sa Australia, halimbawa, may mga plano na magtayo ng maraming mga berdeng halaman ng ammonia na gagamit ng mga yunit ng paghihiwalay ng hangin (ASUS) upang makabuo ng nitrogen para sa synthesis ng ammonia at inaasahang makakatanggap ng koryente mula sa kalapit na hangin at solar farm. Sa mga halaman na ito, ang kakayahang umangkop sa regulasyon ay kritikal upang mabayaran ang natural na pagbabagu -bago sa henerasyon ng kuryente.
Ang Siemens Energy ay binuo ang unang IGC (dating kilala bilang VK) noong 1948. Ngayon ang kumpanya ay gumagawa ng higit sa 2,300 mga yunit sa buong mundo, marami sa mga ito ay idinisenyo para sa mga aplikasyon na may mga rate ng daloy na higit sa 400,000 m3/h. Ang aming mga modernong MGP ay may rate ng daloy ng hanggang sa 1.2 milyong kubiko metro bawat oras sa isang gusali. Kasama dito ang mga walang gear na bersyon ng mga compressor ng console na may mga ratios ng presyon hanggang sa 2.5 o mas mataas sa mga bersyon ng solong yugto at mga ratios ng presyon hanggang sa 6 sa mga serial bersyon.
Sa mga nagdaang taon, upang matugunan ang pagtaas ng mga kahilingan para sa kahusayan ng IGC, kakayahang umangkop sa regulasyon at mga gastos sa kapital, gumawa kami ng ilang mga kilalang pagpapabuti ng disenyo, na naitala sa ibaba.
Ang variable na kahusayan ng isang bilang ng mga impeller na karaniwang ginagamit sa unang yugto ng MAC ay nadagdagan sa pamamagitan ng pag -iiba ng geometry ng talim. Sa bagong impeller na ito, ang variable na kahusayan ng hanggang sa 89% ay maaaring makamit kasabay ng maginoo na mga diffuser ng LS at higit sa 90% kasabay ng bagong henerasyon ng mga diffuser ng hybrid.
Bilang karagdagan, ang impeller ay may isang numero ng MACH na mas mataas kaysa sa 1.3, na nagbibigay ng unang yugto na may mas mataas na density ng lakas at ratio ng compression. Binabawasan din nito ang lakas na dapat ipadala ng mga gears sa tatlong yugto ng MAC system, na pinapayagan ang paggamit ng mas maliit na mga gears ng diameter at direktang mga gearbox ng drive sa mga unang yugto.
Kung ikukumpara sa tradisyonal na buong haba ng LS vane diffuser, ang susunod na henerasyon na hybrid diffuser ay may isang pagtaas ng kahusayan sa yugto ng 2.5% at control factor ng 3%. Ang pagtaas na ito ay nakamit sa pamamagitan ng paghahalo ng mga blades (ibig sabihin, ang mga blades ay nahahati sa buong taas at bahagyang-taas na mga seksyon). Sa pagsasaayos na ito
Ang daloy ng output sa pagitan ng impeller at diffuser ay nabawasan ng isang bahagi ng taas ng talim na matatagpuan na mas malapit sa impeller kaysa sa mga blades ng isang maginoo na diffuser ng LS. Tulad ng isang maginoo na LS diffuser, ang nangungunang mga gilid ng buong haba ng blades ay pantay-pantay mula sa impeller upang maiwasan ang pakikipag-ugnay sa impeller-diffuser na maaaring makapinsala sa mga blades.
Ang bahagyang pagtaas ng taas ng mga blades na mas malapit sa impeller ay nagpapabuti din sa direksyon ng daloy malapit sa pulsation zone. Dahil ang nangungunang gilid ng seksyon ng buong-haba na vane ay nananatiling parehong diameter bilang isang maginoo na LS diffuser, ang linya ng throttle ay hindi maapektuhan, na nagpapahintulot sa isang mas malawak na hanay ng aplikasyon at pag-tune.
Ang iniksyon ng tubig ay nagsasangkot ng pag -iniksyon ng mga patak ng tubig sa air stream sa suction tube. Ang mga droplet ay sumingaw at sumipsip ng init mula sa proseso ng gas stream, sa gayon binabawasan ang temperatura ng inlet sa yugto ng compression. Nagreresulta ito sa isang pagbawas sa mga kinakailangan sa power isentropic at isang pagtaas ng kahusayan ng higit sa 1%.
Pinapayagan ka ng hardening ng gear shaft na madagdagan ang pinapayagan na stress sa bawat yunit ng lugar, na nagbibigay -daan sa iyo upang mabawasan ang lapad ng ngipin. Binabawasan nito ang mga pagkalugi sa mekanikal sa gearbox ng hanggang sa 25%, na nagreresulta sa isang pagtaas sa pangkalahatang kahusayan ng hanggang sa 0.5%. Bilang karagdagan, ang mga pangunahing gastos sa tagapiga ay maaaring mabawasan ng hanggang sa 1% dahil mas kaunting metal ang ginagamit sa malaking gearbox.
Ang impeller na ito ay maaaring gumana gamit ang isang koepisyent ng daloy (φ) ng hanggang sa 0.25 at nagbibigay ng 6% na higit pang ulo kaysa sa 65 degree impeller. Bilang karagdagan, ang koepisyent ng daloy ay umabot sa 0.25, at sa dobleng daloy ng disenyo ng makina ng IGC, ang volumetric flow ay umabot sa 1.2 milyong m3/h o kahit na 2.4 milyong m3/h.
Pinapayagan ng isang mas mataas na halaga ng PHI ang paggamit ng isang mas maliit na diameter impeller sa parehong daloy ng dami, sa gayon binabawasan ang gastos ng pangunahing tagapiga hanggang sa 4%. Ang diameter ng unang yugto ng impeller ay maaaring mabawasan nang higit pa.
Ang mas mataas na ulo ay nakamit ng anggulo ng pagpapalihis ng 75 ° impeller, na pinatataas ang sangkap na bilis ng circumferential sa outlet at sa gayon ay nagbibigay ng mas mataas na ulo ayon sa equation ni Euler.
Kumpara sa mga high-speed at high-efficiency impeller, ang kahusayan ng impeller ay bahagyang nabawasan dahil sa mas mataas na pagkalugi sa volute. Maaari itong mabayaran sa pamamagitan ng paggamit ng isang medium-sized na snail. Gayunpaman, kahit na walang mga volutes na ito, ang variable na kahusayan ng hanggang sa 87% ay maaaring makamit sa isang bilang ng Mach na 1.0 at isang koepisyent ng daloy ng 0.24.
Ang mas maliit na volute ay nagbibigay -daan sa iyo upang maiwasan ang mga pagbangga sa iba pang mga volutes kapag ang diameter ng malaking gear ay nabawasan. Maaaring i-save ng mga operator ang mga gastos sa pamamagitan ng paglipat mula sa isang 6-post na motor sa isang mas mataas na bilis ng 4-post na motor (1000 rpm hanggang 1500 rpm) nang hindi hihigit sa maximum na pinapayagan na bilis ng gear. Bilang karagdagan, maaari itong mabawasan ang mga gastos sa materyal para sa helical at malalaking gears.
Sa pangkalahatan, ang pangunahing tagapiga ay maaaring makatipid ng hanggang sa 2% sa mga gastos sa kapital, kasama ang engine ay maaari ring makatipid ng 2% sa mga gastos sa kapital. Sapagkat ang mga compact volutes ay medyo hindi gaanong mahusay, ang desisyon na gamitin ang mga ito ay higit sa lahat ay nakasalalay sa mga prayoridad ng kliyente (gastos kumpara sa kahusayan) at dapat masuri sa isang batayan ng proyekto.
Upang madagdagan ang mga kakayahan sa control, ang IGV ay maaaring mai -install sa harap ng maraming yugto. Ito ay nasa kaibahan ng mga nakaraang proyekto ng IGC, na kasama lamang ang mga IGV hanggang sa unang yugto.
Sa mga naunang mga iterasyon ng IGC, ang koepisyent ng vortex (ibig sabihin, ang anggulo ng pangalawang IGV na hinati ng anggulo ng unang IGV1) ay nanatiling pare -pareho kahit na ang daloy ay pasulong (anggulo> 0 °, pagbabawas ng ulo) o reverse vortex (anggulo <0). °, ang pagtaas ng presyon). Ito ay hindi nakakapinsala dahil ang pag -sign ng anggulo ay nagbabago sa pagitan ng positibo at negatibong mga vortice.
Ang bagong pagsasaayos ay nagbibigay -daan sa dalawang magkakaibang mga ratios ng vortex na gagamitin kapag ang makina ay nasa pasulong at reverse vortex mode, sa gayon ay pinapataas ang saklaw ng control sa pamamagitan ng 4% habang pinapanatili ang patuloy na kahusayan.
Sa pamamagitan ng pagsasama ng isang LS diffuser para sa impeller na karaniwang ginagamit sa mga BAC, ang kahusayan ng multi-yugto ay maaaring tumaas sa 89%. Ito, na sinamahan ng iba pang mga pagpapabuti ng kahusayan, binabawasan ang bilang ng mga yugto ng BAC habang pinapanatili ang pangkalahatang kahusayan ng tren. Ang pagbabawas ng bilang ng mga yugto ay nag -aalis ng pangangailangan para sa isang intercooler, nauugnay na proseso ng gas piping, at mga sangkap ng rotor at stator, na nagreresulta sa pagtitipid ng gastos na 10%. Bilang karagdagan, sa maraming mga kaso posible na pagsamahin ang pangunahing air compressor at ang booster compressor sa isang makina.
Tulad ng nabanggit kanina, ang isang intermediate gear ay karaniwang kinakailangan sa pagitan ng singaw turbine at ang VAC. Gamit ang bagong disenyo ng IGC mula sa Siemens Energy, ang idler gear na ito ay maaaring isama sa gearbox sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang idler shaft sa pagitan ng pinion shaft at ang malaking gear (4 gears). Maaari itong mabawasan ang kabuuang gastos sa linya (pangunahing tagapiga kasama ang mga katulong na kagamitan) hanggang sa 4%.
Bilang karagdagan, ang 4-pinion gears ay isang mas mahusay na alternatibo sa compact scroll motor para sa paglipat mula sa 6-poste hanggang 4-post na motor sa malalaking pangunahing air compressor (kung may posibilidad ng pagbangga ng volute o kung ang maximum na pinapayagan na bilis ng pinion ay mababawasan). ) nakaraan.
Ang kanilang paggamit ay nagiging mas karaniwan sa ilang mga merkado na mahalaga sa pang -industriya decarbonization, kabilang ang mga heat pump at compression ng singaw, pati na rin ang compression ng CO2 sa pagkuha ng carbon, paggamit at pag -iimbak (CCUs).
Ang Siemens Energy ay may mahabang kasaysayan ng pagdidisenyo at pagpapatakbo ng mga IGC. Tulad ng napatunayan ng mga pagsisikap sa itaas (at iba pang) mga pagsisikap sa pananaliksik at pag -unlad, nakatuon kami na patuloy na makabago ang mga makina na ito upang matugunan ang mga natatanging pangangailangan ng aplikasyon at matugunan ang lumalagong mga kahilingan sa merkado para sa mas mababang gastos, pagtaas ng kahusayan at pagtaas ng pagpapanatili. KT2
Oras ng Mag-post: Abr-28-2024