HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD.

Awtor: Lukas Bijikli, Product Portfolio Manager, Integrated Gear Drives, R&D CO2 Compression ug Heat Pumps, Siemens Energy.
Sulod sa daghang katuigan, ang Integrated Gear Compressor (IGC) mao ang teknolohiya nga gipili alang sa mga planta sa pagbulag sa hangin. Kini tungod sa ilang taas nga kahusayan, nga direktang mosangpot sa pagkunhod sa gasto sa oksiheno, nitroheno ug inert gas. Bisan pa, ang nagkadako nga pokus sa decarbonization nagbutang ug bag-ong mga panginahanglan sa mga IPC, labi na sa mga termino sa kahusayan ug pagka-flexible sa regulasyon. Ang paggasto sa kapital nagpadayon nga usa ka hinungdanon nga hinungdan alang sa mga operator sa planta, labi na sa gagmay ug medium nga gidak-on nga mga negosyo.
Sulod sa miaging pipila ka tuig, ang Siemens Energy nagsugod og daghang mga proyekto sa panukiduki ug kalamboan (R&D) nga nagtumong sa pagpalapad sa mga kapabilidad sa IGC aron matubag ang nagbag-o nga mga panginahanglan sa merkado sa pagbulag sa hangin. Kini nga artikulo nagpasiugda sa pipila ka piho nga mga pag-uswag sa disenyo nga among nahimo ug naghisgot kung giunsa kini nga mga pagbag-o makatabang sa pagkab-ot sa mga katuyoan sa gasto ug pagkunhod sa carbon sa among mga kustomer.
Kadaghanan sa mga air separation unit karon adunay duha ka compressor: usa ka main air compressor (MAC) ug usa ka boost air compressor (BAC). Ang main air compressor kasagarang mo-compress sa tibuok nga air flow gikan sa atmospheric pressure ngadto sa gibana-bana nga 6 bar. Ang usa ka bahin niini nga flow dayon dugang nga gi-compress sa BAC ngadto sa pressure nga hangtod sa 60 bar.
Depende sa tinubdan sa enerhiya, ang compressor kasagaran gipadagan sa usa ka steam turbine o usa ka electric motor. Kung mogamit og steam turbine, ang duha ka compressor gipadagan sa parehas nga turbine agi sa twin shaft ends. Sa klasikal nga pamaagi, usa ka intermediate gear ang gibutang taliwala sa steam turbine ug sa HAC (Fig. 1).
Sa mga sistema nga gipadagan sa kuryente ug steam turbine, ang kahusayan sa compressor usa ka gamhanang himan alang sa decarbonization tungod kay kini direktang makaapekto sa konsumo sa enerhiya sa yunit. Kini labi ka importante alang sa mga MGP nga gipadagan sa mga steam turbine, tungod kay kadaghanan sa kainit alang sa produksiyon sa steam makuha sa mga boiler nga gipadagan sa fossil fuel.
Bisan tuod ang mga electric motor naghatag og mas lunhaw nga alternatibo sa mga steam turbine drive, kasagaran adunay mas dako nga panginahanglan alang sa pagkontrol sa pagka-flexible. Daghang modernong mga planta sa pagbulag sa hangin nga gitukod karon ang konektado sa grid ug adunay taas nga lebel sa paggamit sa renewable energy. Sa Australia, pananglitan, adunay mga plano nga magtukod og daghang mga planta sa berde nga ammonia nga mogamit og mga air separation unit (ASU) aron makahimo og nitrogen para sa ammonia synthesis ug gilauman nga makadawat og kuryente gikan sa duol nga mga wind ug solar farm. Niini nga mga planta, ang regulatory flexibility importante aron mabayran ang natural nga pag-usab-usab sa power generation.
Ang Siemens Energy ang nagpalambo sa unang IGC (kanhi nailhan nga VK) niadtong 1948. Karon ang kompanya naggama og sobra sa 2,300 ka yunit sa tibuok kalibutan, kadaghanan niini gidisenyo alang sa mga aplikasyon nga adunay flow rate nga sobra sa 400,000 m3/h. Ang atong modernong mga MGP adunay flow rate nga hangtod sa 1.2 milyon cubic meters kada oras sa usa ka bilding. Naglakip kini sa mga gearless nga bersyon sa mga console compressor nga adunay pressure ratios hangtod sa 2.5 o mas taas pa sa single-stage nga mga bersyon ug pressure ratios hangtod sa 6 sa serial nga mga bersyon.
Sa bag-ohay nga mga tuig, aron matubag ang nagkataas nga panginahanglan alang sa kahusayan sa IGC, pagka-flexible sa regulasyon, ug gasto sa kapital, naghimo kami og pipila ka hinungdanon nga mga pagpaayo sa disenyo, nga gisumada sa ubos.
Ang variable efficiency sa pipila ka mga impeller nga kasagarang gigamit sa unang MAC stage nadugangan pinaagi sa pag-usab-usab sa blade geometry. Uban niining bag-ong impeller, ang variable efficiencies nga hangtod sa 89% makab-ot kon iuban sa conventional LS diffusers ug sobra sa 90% kon iuban sa bag-ong henerasyon sa hybrid diffusers.
Dugang pa, ang impeller adunay Mach number nga mas taas kay sa 1.3, nga naghatag sa unang yugto og mas taas nga power density ug compression ratio. Kini usab nagpamenos sa gahum nga kinahanglan ipadala sa mga gears sa tulo ka yugto nga MAC systems, nga nagtugot sa paggamit sa mas gagmay nga diametro nga mga gears ug direct drive gearboxes sa unang mga yugto.
Kon itandi sa tradisyonal nga full-length LS vane diffuser, ang sunod nga henerasyon nga hybrid diffuser adunay dugang nga stage efficiency nga 2.5% ug control factor nga 3%. Kini nga pagtaas makab-ot pinaagi sa pagsagol sa mga blades (ie ang mga blades gibahin sa full-height ug partial-height nga mga seksyon). Niini nga configuration.
Ang agos nga gipagawas tali sa impeller ug diffuser gipakunhod sa usa ka bahin sa gitas-on sa blade nga nahimutang duol sa impeller kaysa sa mga blade sa usa ka naandan nga LS diffuser. Sama sa usa ka naandan nga LS diffuser, ang mga nag-unang ngilit sa mga full-length blades parehas ang gilay-on gikan sa impeller aron malikayan ang interaksyon sa impeller-diffuser nga mahimong makadaot sa mga blade.
Ang pagpataas sa gitas-on sa mga blades nga mas duol sa impeller makapaayo usab sa direksyon sa pag-agos duol sa pulsation zone. Tungod kay ang nag-unang ngilit sa full-length vane section nagpabilin nga parehas nga diametro sa usa ka naandan nga LS diffuser, ang throttle line wala maapektuhan, nga nagtugot sa mas lapad nga range sa aplikasyon ug tuning.
Ang pag-inject sa tubig naglambigit sa pag-inject og mga tinulo sa tubig ngadto sa agos sa hangin sa suction tube. Ang mga tinulo moalisngaw ug mosuhop sa kainit gikan sa agos sa gas sa proseso, sa ingon mokunhod ang temperatura sa pagsulod ngadto sa yugto sa kompresyon. Kini moresulta sa pagkunhod sa mga kinahanglanon sa isentropic power ug pagtaas sa efficiency nga labaw sa 1%.
Ang pagpagahi sa gear shaft motugot kanimo sa pagdugang sa gitugot nga stress kada unit area, nga motugot kanimo sa pagpakunhod sa gilapdon sa ngipon. Kini makapakunhod sa mekanikal nga mga pagkawala sa gearbox hangtod sa 25%, nga moresulta sa pagtaas sa kinatibuk-ang kahusayan hangtod sa 0.5%. Dugang pa, ang gasto sa main compressor mahimong makunhuran hangtod sa 1% tungod kay gamay ra ang metal nga gigamit sa dako nga gearbox.
Kini nga impeller maka-operate nga adunay flow coefficient (φ) nga hangtod sa 0.25 ug makahatag og 6% nga mas daghang head kaysa 65 degree impellers. Dugang pa, ang flow coefficient moabot sa 0.25, ug sa double-flow design sa IGC machine, ang volumetric flow moabot sa 1.2 milyon m3/h o bisan 2.4 milyon m3/h.
Ang mas taas nga phi value nagtugot sa paggamit sa mas gamay nga diametro sa impeller sa parehas nga volume flow, sa ingon makapakunhod sa gasto sa main compressor hangtod sa 4%. Ang diametro sa first stage impeller mahimong mas maminusan pa.
Ang mas taas nga head makab-ot pinaagi sa 75° impeller deflection angle, nga nagdugang sa circumferential velocity component sa outlet ug busa naghatag og mas taas nga head sumala sa Euler's equation.
Kon itandi sa mga high-speed ug high-efficiency impeller, ang efficiency sa impeller gamay ra nga mikunhod tungod sa mas taas nga losses sa volute. Mahimo kining mabayran pinaagi sa paggamit og medium-sized nga kuhol. Apan, bisan kon wala kini nga mga volute, ang variable efficiency nga hangtod sa 87% makab-ot sa Mach number nga 1.0 ug flow coefficient nga 0.24.
Ang mas gamay nga volute nagtugot kanimo sa paglikay sa mga bangga sa ubang mga volute kung ang diametro sa dako nga gear gipakunhod. Ang mga operator makadaginot sa gasto pinaagi sa pagbalhin gikan sa 6-pole motor ngadto sa mas taas nga speed nga 4-pole motor (1000 rpm ngadto sa 1500 rpm) nga dili molapas sa maximum nga gitugot nga gear speed. Dugang pa, mahimo niini nga makunhuran ang gasto sa materyal alang sa helical ug dagkong mga gears.
Sa kinatibuk-an, ang main compressor makadaginot hangtod sa 2% sa gasto sa kapital, dugang pa nga ang makina makadaginot usab og 2% sa gasto sa kapital. Tungod kay ang mga compact volute medyo dili kaayo episyente, ang desisyon sa paggamit niini nagdepende sa mga prayoridad sa kliyente (gasto vs. episyente) ug kinahanglan nga susihon sa matag proyekto.
Aron madugangan ang kapabilidad sa pagkontrol, ang IGV mahimong i-install atubangan sa daghang mga yugto. Kini lahi kaayo sa nangaging mga proyekto sa IGC, nga naglakip lamang sa mga IGV hangtod sa unang hugna.
Sa mga naunang pag-usab-usab sa IGC, ang vortex coefficient (ie, ang anggulo sa ikaduhang IGV gibahin sa anggulo sa unang IGV1) nagpabilin nga makanunayon bisan pa kon ang agos paabante (anggulo > 0°, nagpakunhod sa ulo) o paatras nga vortex (anggulo < 0). °, ang presyur motaas). Kini dili maayo tungod kay ang timaan sa anggulo mausab tali sa positibo ug negatibo nga mga vortex.
Ang bag-ong konfigurasyon nagtugot sa duha ka lain-laing vortex ratios nga magamit kung ang makina naa sa forward ug reverse vortex mode, sa ingon nagdugang sa control range og 4% samtang gipadayon ang makanunayon nga kahusayan.
Pinaagi sa paglakip sa usa ka LS diffuser para sa impeller nga kasagarang gigamit sa mga BAC, ang multi-stage efficiency mahimong madugangan ngadto sa 89%. Kini, inubanan sa ubang mga pag-uswag sa efficiency, makapakunhod sa gidaghanon sa mga BAC stages samtang gipadayon ang kinatibuk-ang efficiency sa train. Ang pagkunhod sa gidaghanon sa mga stages makawagtang sa panginahanglan alang sa usa ka intercooler, kaubang process gas piping, ug mga component sa rotor ug stator, nga moresulta sa pagdaginot sa gasto nga 10%. Dugang pa, sa daghang mga kaso posible nga ihiusa ang main air compressor ug ang booster compressor sa usa ka makina.
Sama sa nahisgotan na, kasagaran gikinahanglan ang usa ka intermediate gear tali sa steam turbine ug sa VAC. Uban sa bag-ong disenyo sa IGC gikan sa Siemens Energy, kini nga idler gear mahimong i-integrate sa gearbox pinaagi sa pagdugang og idler shaft tali sa pinion shaft ug sa dako nga gear (4 ka gears). Kini makapakunhod sa kinatibuk-ang gasto sa linya (main compressor ug auxiliary equipment) hangtod sa 4%.
Dugang pa, ang 4-pinion gears mas episyente nga alternatibo sa compact scroll motors para sa pag-ilis gikan sa 6-pole ngadto sa 4-pole motors sa dagkong main air compressors (kon adunay posibilidad sa volute collision o kon ang pinakataas nga gitugot nga pinion speed mokunhod). ) nangagi.
Nagkaanam na usab ka komon ang ilang paggamit sa daghang mga merkado nga importante sa industrial decarbonization, lakip ang mga heat pump ug steam compression, ingon man ang CO2 compression sa mga carbon capture, utilization and storage (CCUS) nga mga kalamboan.
Ang Siemens Energy adunay taas nga kasaysayan sa pagdesinyo ug pagpadagan sa mga IGC. Sama sa gipamatud-an sa nahisgutan (ug uban pa) nga mga paningkamot sa panukiduki ug kalamboan, kami komitado sa padayon nga pag-innovate niining mga makina aron matubag ang talagsaon nga mga panginahanglanon sa aplikasyon ug matubag ang nagkadako nga mga panginahanglanon sa merkado alang sa mas ubos nga gasto, dugang nga kahusayan ug dugang nga pagpadayon. KT2