Qual è la lunghezza ideale della tubazione di ingresso per i compressori centrifughi?

Mar 20, 2024

Di Christopher Braman e Tim Allison15 agosto 2022

La distribuzione del flusso sulla flangia di ingresso del compressore è fondamentale sia per le prestazioni della macchina che per la misurazione accurata delle condizioni di ingresso. Una distribuzione del flusso che sia radialmente uniforme è preferita per ridurre al minimo gli effetti aerodinamici all'ingresso del compressore.

Le fluttuazioni non uniformi di velocità o pressione, chiamate anche distorsioni, aumentano le perdite aerodinamiche sul bordo anteriore della pala e possono portare a un funzionamento instabile del compressore. Fortunatamente, le fluttuazioni si autocorreggono in modo da poter ottenere un flusso uniforme data una lunghezza sufficiente del tubo diritto.

Tuttavia, la lunghezza del tubo diritto dipende dall'entità delle fluttuazioni di velocità e pressione. Per i compressori, un lungo tratto di tubo diritto in ingresso non è sempre possibile a causa dei limiti di spazio e delle tubazioni di processo che solitamente contengono valvole, gomiti ed espansioni dei tubi. La preoccupazione principale è identificare la lunghezza del tubo diritto necessaria per ridurre al minimo le distorsioni del flusso in ingresso.

Questo articolo riassume le linee guida pratiche per la configurazione delle tubazioni che non influiscano negativamente sulle prestazioni del compressore, riconoscendo al contempo che le tubazioni devono essere ridotte al minimo per una progettazione economica dell'impianto. Presenta un approccio di base all'analisi delle configurazioni delle tubazioni.

Come punto di partenza, è possibile utilizzare il Performance Test Code (PTC) dell'American Society of Mechanical Engineers (ASME) su compressori e aspiratori per determinare la lunghezza del tubo diritto a monte dell'ingresso del compressore per fornire un flusso uniforme per le misurazioni di prova.

Il PTC [1] richiede un minimo di tre diametri di tubo diritto tra un gomito e l'ingresso del compressore e lunghezze maggiori fino a 10 o più diametri per tubazioni di diametro inferiore a 24 pollici, ingressi assiali o altri disturbi a monte. Una seconda raccomandazione, che fa parte della pratica del Gruppo Elliott, è che se la pressione di velocità (pressione dinamica, q) in ingresso all'ingresso del compressore è superiore all'1% della pressione statica (p1), è necessario utilizzare un equalizzatore di flusso all'uscita del gomito .

Il rapporto tra pressione dinamica e pressione statica viene calcolato utilizzando la seguente equazione. Poiché l'effetto della modifica di Z è piccolo, solitamente viene ignorato.

La vasta esperienza di Elliott nei test di fabbrica conferma che i requisiti ASME sul tratto rettilineo e il limite del rapporto velocità-pressione statica sono adeguati per le disposizioni delle tubazioni di prova. Poiché nella pratica i rapporti velocità-pressione statica possono essere molto inferiori a 0,01, i requisiti del PTC per i tubi diritti sono stati modificati, come elencato nella Tabella 1.

Tabella 1. Relazione tra il rapporto velocità-pressione statica e la lunghezza consigliata della tubazione di ingresso diritto

Lunghezza dritta

0,005

Utilizzando i valori di cui sopra come parametri di riferimento e risolvendo l'equazione q/p1, possiamo tracciare i diametri del tubo diritto a monte del compressore rispetto alla velocità di ingresso per vari pesi molecolari (Figura 1).

Poiché la maggior parte dei compressori ha un intervallo di temperatura in ingresso compreso tra 0°F e 100°F, la curva si basa su 50°F. In questo intervallo, l'errore incorporato è piccolo. Tuttavia, quando la temperatura in ingresso differisce considerevolmente, la lunghezza del tubo diritto può essere determinata con la Figura 1 correggendo la velocità effettiva del flusso in ingresso a 50°F utilizzando l'equazione seguente per i gas ideali.

Il processo descritto finora fornisce indicazioni su un punto di partenza di base per il numero di diametri di tubo diritto necessari a monte dell'ingresso del compressore.

Questo numero base verrà modificato con fattori correttivi basati sui componenti immediatamente a monte del compressore. Innanzitutto è necessario identificare alcune disposizioni comuni delle tubazioni e fattori di correzione.

Per i compressori, è normale che l'ingresso venga preceduto da un tratto rettilineo di tubo a valle di un tubo a gomito a lungo raggio. Il gomito può essere orientato con il tubo che entra nel gomito parallelo o normale al rotore del compressore, come mostrato nella Figura 2.

Quando il tubo a monte è parallelo al rotore del compressore, questa disposizione è considerata la meno disturbante per il flusso in ingresso e il fattore di correzione sarà 1.