새로 단장한 원심 압축기에 두 번째 생명을 불어넣다

작성자: Andrea Fusi, Andrea Betti, Emanuele Burberi2022년 3월 7일

원심 압축기 수명 동안 최종 사용자와 서비스 회사는 종종 성능 저하와 구성품 품질 저하/오작동을 경험하거나 심지어 새로운 요구 작동 조건에 따라 기계를 재평가해야 하는 경우도 있습니다. 분명히 가능하다면 쓸모없고 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸리는 기계 교체를 방지하는 것이 기본입니다. 따라서 오래된 원심 압축기를 재가공/재평가할 때 점점 더 많은 기회를 활용하여 두 번째 효율적인 수명을 제공하는 것이 중요합니다.

지난 수십 년 동안 개발된 여러 혁신적인 기술을 통해 얼마 전에는 불가능했던 개조 활동을 수행할 수 있게 되었습니다. 향상된 기계적 특성을 갖춘 혁신적인 재료의 개발과 함께 최신 제조 기술을 통해 오늘날 산업 응용 분야에 대한 이전 기술 한계를 뛰어넘을 수 있게 되었습니다. 더욱이, 기하학 획득을 위한 최신 고급 도구(예: 3D 스캔)를 사용하면 다른 방법으로는 감지할 수 없는 손상, 결함 및 기타 기하학적 세부 사항을 조사할 수 있습니다. 결국 CFD, FEA, 회전자 동역학(측면 및 비틀림) 해석과 같은 최신 시뮬레이션 도구의 정확성과 신뢰성이 향상되면서 발생할 수 있는 문제를 일으키는 물리적 현상에 대해 보다 정확한 조사를 수행할 수 있게 되었습니다.

이 문서의 주요 목적은 이러한 혁신에 대한 지식을 전파하고 최종 사용자, 서비스 회사 및 산업 공정 플랜트에 관련된 모든 사람들이 원심 압축기 서비스 분야에서 신기술이 창출한 수많은 기회를 인식할 수 있도록 하는 것입니다. 그리고 업그레이드. 지난 몇 년간 Compression Service Technology(CST)가 터보 기계에 대해 수행한 여러 개조/재평가 활동 중 두 가지 사례 기록이 이 문서에 설명되어 있으며, 매우 오래된 기계의 효율성을 향상시키기 위해 다양한 성격의 문제를 어떻게 성공적으로 해결할 수 있는지 보여줍니다. .

전기 모터로 구동되고 IGV(Inlet Guide Vane)로 제어되는 황산 생산 공장의 연소 공기 송풍기는 대기 조건에서 공기를 흡입하여 1.4 bara 배출 압력으로 전달합니다. 요청된 공기 질량 유량은 약 200,000kg/h이고 샤프트 출력은 약 2.6MW입니다. 그림 1에 도시된 바와 같이, 압축기는 단일 스테이지 오버행 임펠러로, 흡입구 블레이드 팁에 연결 링이 있는 용접형 3D 반 개방형 임펠러(외경 1600mm), 짧은 베인리스 디퓨저 및 용접된 임펠러로 구성됩니다. - 직사각형 단면을 가진 볼류트형.

수명 기간 동안 최종 사용자는 원래 성능을 회복하기 위해 개조하기로 결정할 때까지 전달되는 유량과 효율성 측면에서 압축기 성능의 점진적인 감소를 경험했습니다. CST는 연소 공기 송풍기 유지 관리를 담당하는 서비스 제공업체의 이러한 활동에 참여했습니다.

조사를 위한 압축기 3D 모델을 얻기 위해 3D 레이저 스캐닝을 수행했습니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 임펠러 스캔을 통해 높은 클리어런스가 감지되었습니다. 임펠러 블레이드 팁과 고정자 슈라우드 사이에 침식으로 인해 강화된 높은 간격이 관찰되었습니다. 그 크기는 일반적인 예상 범위인 1~2‰ 대신 임펠러 직경의 3.5‰~8‰까지 블레이드 길이를 따라 가변적인 것으로 나타났습니다. 더욱이 임펠러 블레이드 링과 관련 고정 슬롯 사이의 간격이 상당히 큰 것으로 나타났습니다.

위에서 언급한 높은 팁 간격 간격이 압축기 성능에 얼마나 영향을 미칠 수 있는지에 초점을 맞춰 손상된 압축기의 유체 역학 거동을 검증하기 위해 CFD 분석을 수행했습니다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 과도한 클리어런스가 있으면 유동장이 최적화되지 않습니다. 최적의 흐름에 부정적인 영향을 미치는 두 가지 주요 유체 역학 현상이 확인되었습니다.

이러한 이상 현상은 스테이지 효율성과 전달 유량 감소의 주요 원인으로 간주되었습니다.

임펠러 블레이드 링과 고정 슬롯 사이에 발견된 높은 간격을 고려하면 원래 압축기 구성에 미로 씰이 있을 가능성이 있는 것으로 추론되었습니다. 해당 씰은 압축기 작동 중 침식이나 기타 상황으로 인해 느슨해질 수 있습니다. 불행히도, 이용 가능한 문서와 도면에서는 그러한 가정을 확인하는 정보가 발견되지 않았습니다.