Обзор и сравнение существующих стандартов производительности промышленных воздуходувок.

Отрасль очистки сточных вод в значительной степени зависит от эффективного источника воздуха низкого давления, не содержащего масла, для подачи кислорода, необходимого для аэробного разложения органических веществ.

Первоначально этот воздух низкого давления подавался с помощью объемных роторно-лопастных воздуходувок, но из-за больших объемов воздуха, необходимых для аэрации, в отрасли очистки сточных вод быстро внедрили технологию динамических воздуходувок, в частности, многоступенчатые центробежные воздуходувки. Благодаря успеху в отрасли очистки сточных вод, динамические воздуходувки получили широкое распространение и используются в различных отраслях промышленности.

Необходимость повышения эффективности стимулировала разработку новых технологий воздуходувок, таких как высокоскоростные турбовоздуходувки и винтовые воздуходувки низкого давления. Со временем эти технологии продемонстрировали значительное повышение производительности. Подобные заявления вызвали интерес как у конечных пользователей, так и у инженеров-проектировщиков, и развернулись многочисленные дискуссии по поводу сравнения производительности динамических и объемных воздуходувок.

Понятно, что, указывая характеристики воздуходувки, пользователь ожидает, что производитель обеспечит заявленные характеристики. Это особенно актуально в сфере очистки сточных вод, где аэрация под низким давлением является одной из основных статей эксплуатационных расходов процесса.

Таким образом, необходим достоверный и надежный способ сравнения характеристик различных технологий воздуходувок, чтобы решения о покупке и выборе оборудования основывались на фактах и ​​данных. Сложность сравнения характеристик различных технологий воздуходувок, таких как динамические и объемные, заключается в том, что они работают по разным принципам сжатия. Это усложняет требования к испытаниям, необходимым для точного сравнения характеристик, и оставляет место для нестандартных методов составления отчетов о производительности.

Стандарты воздуходувок нового поколения

Существующие стандарты производительности для динамических компрессоров (PTC-10 и ISO 5389) и объемных компрессоров (ISO 1217) были разработаны несколько десятилетий назад.

Несмотря на то, что эти стандарты за прошедшие годы претерпели множество изменений и поправок, отрасль очистки сточных вод давно запрашивает новую методику испытаний производительности компрессоров низкого давления (воздуходувок) с использованием метода «провод-воздух», которая измеряет истинную производительность всего агрегата и позволяет проводить точное сравнение производительности различных технологий воздуходувок.

В ответ на эту проблему Институт сжатого воздуха и газа (CAGI), Международная организация по стандартизации (ISO) и Американское общество инженеров-механиков (ASME) независимо друг от друга разработали следующие три стандарта производительности для воздуходувок низкого давления:

Рассмотрим пример трех человек, путешествующих из Майами в Чикаго: один едет на машине, один летит самолетом, а третий едет поездом. Все трое прибудут в один и тот же пункт назначения, каждый по-своему, просто с разными впечатлениями от поездки. Аналогично, хотя каждый стандарт тестирования, при правильном соблюдении, должен давать одинаковые данные о производительности при применении к одному и тому же воздуходувке, каждый стандарт имеет свои нюансы, касающиеся методологии тестирования.

В данной статье рассматриваются установленные границы для определения того, что входит в состав воздуходувки, способы достижения сходства в каждом стандарте, а также проверка данных, необходимая для того, чтобы каждый стандарт позволял проводить сопоставимое сравнение любых двух воздуходувок независимо от их технологии.

В конце статьи приведена диаграмма для сравнения ключевых моментов трех стандартов тестирования.

ASME PTC 13 - 2018: Кодекс испытаний производительности системы воздуходувки с использованием проволоки.

ASME хорошо известна как внутри страны, так и за рубежом своими стандартами испытаний.

Как следует из названия, стандарт фокусируется на комплексных системах или узлах воздуходувок и предоставляет показатель производительности, представляющий собой отношение входной мощности узла к выходному потоку. Эта концепция известна как «от провода к воздуху» и отличается от предыдущих стандартов производительности, которые в основном фокусировались на производительности компрессорного блока, а не на производительности всего узла.

Цель стандарта — удовлетворить потребности в комплектных машинах, таких как высокоскоростные турбовоздуходувки и винтовые воздуходувки, которые проектируются, производятся, продаются и используются в виде комплектных узлов, состоящих из компрессорного блока воздуходувки, приводного двигателя, частотно-регулируемого привода и элементов комплектной конструкции. В качестве комплектных узлов стандарт рассматривает машины как коробку, которая всасывает воздух, подает его в нагнетательную трубу и потребляет энергию при работе.

Термодинамические и электрические границы производительности

Стандарт устанавливает типичный граничный уровень для системы воздуходувки, чтобы четко определить, какие элементы считаются частью системы/комплекта. Границы комплекта подразделяются на термодинамические и электрические характеристики. Термодинамические характеристики касаются компрессорного блока и его органов управления, а электрические — приводного двигателя и его органов управления. Эти две характеристики установлены для того, чтобы покупатель и поставщик могли согласовать элементы, которые должны быть включены в испытания комплекта.

Цель состоит в том, чтобы определить все необходимые компоненты для работы машины и включить их как в испытания машины, так и в данные, представленные в предложении.

Где проводить измерения?

Следующий важный аспект — это тестовая установка. Для обеспечения работы системы "провод-воздух" испытательный стенд имеет решающее значение, поскольку он гарантирует учет всей системы/пакета и всех задействованных компонентов.

Перечень элементов, подлежащих испытанию, определен в соответствии с границами испытаний, однако размещение измерительных приборов имеет не меньшее значение. Цель здесь состоит в том, чтобы зафиксировать давление и температуру всасывания до того, как воздух достигнет границы упаковки, в отличие от измерения давления и температуры воздуха на выходе из пограничного слоя.

Расход измеряется ниже по потоку от границы корпуса, а мощность — на входе в корпус. Теоретически это позволяет учесть все внутренние потери потока и всех потребителей энергии. Давление и температура необходимы для точного преобразования условий испытаний обратно в гарантированные условия в процессе проверки данных.

Как измерить расход

Для измерения расхода важно измерять его на выходе, поскольку не весь воздух, всасываемый через всасывающий фланец воздуходувки или впускной патрубок машины, достигает выходного отверстия. Этот поток воздуха может теряться из-за внутреннего проскальзывания или отводиться для охлаждения или других нужд. Измерение расхода воздуха в нагнетательном патрубке является наиболее точным способом подтверждения подаваемого потока воздуха под давлением.

Измерения мощности

Измерение мощности имеет не меньшее значение, поскольку на протяжении многих лет мощность, подаваемая на вал вентилятора, использовалась для теоретического расчета общей потребляемой мощности всего агрегата. Теперь, когда существуют готовые машины, фактическую потребляемую мощность машины можно измерить с помощью одного измерителя мощности. Все вспомогательные насосы, вентиляторы и другие устройства являются потребителями энергии, и их также необходимо учитывать при проведении испытаний.

Проверка данных и методология

Последняя часть стандарта, которая будет рассмотрена, посвящена проверке данных. Стандарт предоставляет методологию, необходимую для количественной оценки термодинамических свойств работы, точек подобия и проверки данных о результатах испытаний в соответствии с прогнозируемыми гарантированными условиями.

Здесь же устанавливаются важные сравнительные показатели. В случае PTC-13 их можно определить следующим образом::

• Объемное соотношение
• Объемный расход
• Изоэнтропическая головка (удельные характеристики системы "провод-воздух")
• число Маха
• Давление на выходе

Объемное соотношениеИспользуется в качестве точки подобия для плотности воздуха в условиях испытательного полигона по отношению к плотности воздуха в гарантированных условиях. Все эксплуатационные испытания предназначены для проведения в лаборатории, которая может не воспроизводить условия полигона, что повлияет на результаты.

Объемный расходрассчитывается на основе измеренного расхода на выходе, который преобразуется в расход на входе в условиях испытательного полигона для сравнения с гарантированным расходом на входе в условиях полигона.Изентропическая головкаЭто лежит в основе данного испытания. Оно определяет количество термодинамической работы, необходимой для достижения требуемого расхода и давления. Для обеспечения подобия условия на обеих испытательных площадках должны быть одинаковыми.

Номер машиныЭто снова точка подобия для динамических машин. Она представляет собой скорость молекул воздуха, покидающих вершину ротора. Это связано со сжимаемостью жидкости при различной плотности воздуха, а плотность воздуха, в свою очередь, зависит от условий испытательного полигона и условий гарантии. Опять же, для подобия, эти условия должны оставаться одинаковыми между испытанием и гарантией.

Это основные элементы тестового кода PTC-13.

Зачем разрабатывать эти стандарты испытаний воздуходувок?

Будучи крупными потребителями воздуха низкого давления, отрасль очистки сточных вод ожидает от производителей воздуходувок, что они будут выпускать воздуходувки, обеспечивающие производительность, соответствующую требованиям заказчика.

Для обеспечения возможности сопоставления характеристик любых двух воздуходувок, будь то объемные или динамические машины, необходимы стандарты испытаний воздуходувок. Стандарты испытаний PTC 13, BL300 и ISO 22484 предоставляют методики испытаний воздуходувок, которые можно использовать для проверки того, что производители обеспечивают заявленные производителем характеристики.

В данной статье были выявлены различия между этими стандартами и изложено, как эти стандарты тестирования призваны удовлетворить потребность рынка в простом, надежном и достоверном стандарте тестирования, позволяющем точно сравнивать любые два воздуходувных устройства.

Хотя стандарты в основном достигают этой цели схожим образом, применение законов подобия и критериев приемлемости различается.

Стандарт PTC-13 активно используется на рынке с 2019 года. Стандарт ANSI/BL300 был опубликован в качестве американского национального стандарта в 2022 году и доступен через [указать источник].Веб-сайт CAGIСтандарт ISO 22484 находится на стадии завершения и, как ожидается, будет опубликован в 2024 году.