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Studio e analisi delle vibrazioni dei compressori alternativi per mantenerne l’integrità

Breve introduzione ai compressori alternativi
Principali problematiche relative a pulsazioni e vibrazioni
Problematicaaffrontata su un compressore di un impianto LDPE
Modifiche introdotte5.Conclusionie lessonlearned

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Atti di convegni o presentazioni contenenti case history
MCM ottobre 2018 Metodologie e tecniche di ingegneria di manutenzione: best practices, software gestionali e tecnologici, servitizzazione

Pubblicato
da Benedetta Rampini
MCM 2018Segui aziendaSegui




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Estratto del testo
Veronafiere 17-18 ottobre 2018 Vi aspettiamo a mcT Petrolchimico Milano, 29 novembre 2018 Cogenerazione Termotecnica Industriale Pompe di Calore 27 ottobre Cogenerazione Termotecnica Industriale Pompe di Calore Alimentare Alimentare Petrolchimico Alimentare 28 ottobre Alimentare Petrolchimico Alimentare Alimentare Petrolchimico Visione e Tracciabilit 28 ottobre Luce Energia Domotica LED Luce Energia Domotica LED Petrolchimico Alimentare Petrolchimico Petr STUDIO E ANALISI DELLE VIBRAZIONI DEI COMPRESSORI ALTERNATIVI PER MANTENERNE L'INTEGRIT MCM Verona 2018 October 18, 2018 Cosimo Carcasci, Consultative Service Leader - CST, Florence - Italy Presentatore: Cosimo Carcasci 2005 Graduate in Mechanical engineering at the University of Florence, Italy 2005 Design Engineer at Compression Service Technology ' CST 2010 Rotating Equipment Engineer at Compression Service Technology ' CST 2013 Consultative Service Leader at Compression Service Technology ' CST Presented other Technical Papers at Congresses on Rotating Equipment Overview 1.Breve introduzione ai compressori alternativi 2.Principali problematiche relative a pulsazioni e vibrazioni 3.Problematica affrontata su un compressore di un impianto LDPE 4.Modifiche introdotte 5.Conclusioni e lesson learned Principio base del compressore pS, TS, VN pD, TD Suction line Discharge line Battery limits Compressed gas System supplying gas to the compressor Compressor Scopo del compressore Per aumentare l'energia (pressione) del gas elaborato 100 Di sc h ar g e p re ss u re ( b ar ) 1 10 1,000 Volume flow (m3 / h) 1,000 10,000 100,000 Axial Centrifugal
barrel Screw Blowers Integral y geared 5,000 Hypercompressors Low speed
recips
Centrifugal
horizzontaly split High speed
recips
Non-lube limit Principali tipologie di compressore Il compressore alternativo Cilindro Testa a croce Biella Albero a gomiti Incastellatura Asta Premistoppa Pistone R = raggio di manovella
S = corsa = 2 x R dk = diametro pistone ds = diametro asta Compressori alternativi convenzionali Pulsazioni e vibrazioni ' Il pistone si muove creando modulazioni di pressione e flusso
(onde acustiche) che si propagano nel gas di processo,
mentre questo scorre nel sistema
di tubi. ' L'impulso di pressione che viaggia nei tubi genera aree con
pressione pi elevata e pressione
pi bassa rispetto al valore
medio. La trasformazione dell'onda di pulsazione
dal dominio del tempo al dominio delle
frequenze (trasf. di Fourier) consente
un'analisi accurata della fonte di tale
pulsazione. Parametri che influenzano le pulsazioni '" " ' $ % & ' ( ) 'P = pressure pulsation P = static pressure
K = ratio of specific heat D = piston bore
r = crank radius a = speed of sound S = pipe section Sistemi di riduzione pulsazioni Risonanza acustica Quando una frequenza eccitante coincide con una delle frequenze acustiche
naturali del sistema di tubazioni, pu sorgere un'onda stazionaria e, di
conseguenza, una "risonanza acustica".
In assenza di smorzamento, l'ampiezza dell'onda stazionaria risonante tende
all'infinito. Risposta meccanica e risonanza La pulsazione generano vibrazioni meccaniche nel sistema di tubazioni
se ci sono discontinuit geometriche che costituiscono punti di
accoppiamento acustico-meccanico in cui si creano forze dinamiche : ' Curve ' Riduzioni e allargamento ' Giunzioni ' Tratti ciechi Il Sistema di tubazioni risponde in base ai suoi coefficienti di trasmissione ' La pulsazione una variazione della pressione dinamica intorno alla pressione statica ' La pulsazione si verifica molto rapidamente ' Un trasduttore di pressione statico ha un tempo di risposta troppo basso ' Sono necessari trasduttori di pressione dinamici e sistemi di acquisizione veloci per rilevare le pulsazioni di pressione e interpretarne il segnale Misura delle pulsazioni Es: compressore a 600 rpm => 10 cicli al secondo => pulsazione principale 10 Hz 1. Strumentazione necessaria
2. Ricerca dei punti di misura
3. Analisi dei dati
-140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Am pl itude [ba r pk -pk ] Time [s] Compressor C202B - Point P01_0 - Ethylene 100%
Pressure pulsations - Time signal
1 2 3 Caso dei compressori di LDPE C2H4 Iper-compressori Pictures courtesy and of BHGE and Burckhardt Compression Pressione finale anche oltre a 4000 bar E se i trasduttori di pressione dinamica non fossero costruiti per i miei valori di pressione'
O se non ci fossero collegamenti a pressione disponibili o utilizzabili' Solution: Strain gages! Misure estensimetriche Le misurazioni degli estensimetri possono essere eseguite per mezzo di un
circuito a ponte di Wheatstone, attraverso la misurazione del cambiamento
di resistenza.
Attraverso la misura della deformazione della tubazione, per effetto della
pressione interna, si risale alla misura della pulsazione: misura indiretta.
L'uso di due rosette una configurazione che serve a separare il contributo
della flessione. Active SG Output E Bridge excitation (V) Strain gage amplifiers R0 R0 R0 R0 + DR1 + - + - K = gage factor Caso applicativo su un ipercompressore ' Misura vibrazioni sulla tubazione (tramite un accelerometro standard), in tutte le fasi del
compressore secondario, fino al reattore finale.
Pi di 450 misurazioni (in 2 o 3 direzioni, a
seconda della disposizione dei tubi). ' Misura pulsazioni di pressione (tramite estensimetri): i primi 12 punti in cui sono stati
rilevati i valori di vibrazione pi elevati. ' Bump test: trovate due frequenze meccaniche naturali molto vicine a 30 e 33 Hz sulle tubazioni
di mandata del 2 stadio. Aree pi critiche per le vibrazioni 2a fase, aspirazione e mandata 1. Peak in Y Hz 800m @30 Hz 2. Peak in Y Hz 380m @30 Hz 3. Peak in Z Hz 390m @36 Hz ~10 - 12 harmonic 1 2 3 x y z Confronto pulsazioni Confronto tra i valori misurati e quelli calcolati dal costruttore. Grafico relativo a uno dei punti pi critici. 1st stage discharge Point OA % p/p Cyl 1-1B outlet OEM calculation 18.0 Measure 25.2 Line 1-1B, below compressor floor OEM calculation 12.0 Measure 20.2 Line to intercooler 1 OEM calculation 11.0 Measure 11.2 Before intercooler 1 OEM calculation 8.0 Measure 13 2nd stage suction Cyl 2-2B inlet OEM calculation 9.0 Measure 16.6 Cyl 2-1A inlet OEM calculation 8.0 Measure 15.0 Central line from cooler OEM calculation 8.0 Measure 11.6 2nd stage discharge Cyl 2-1B outlet OEM calculation 5.8 Measure 12.8 Line 2-1B, below compressor floor OEM calculation 3.8 Measure 8.0 Line 2-1B, ground pipe OEM calculation 3.8 Measure 7.2 Line 2-1B, after cooler OEM calculation 3.4 Measure 4.4 Line 2-1B, before reactor OEM calculation 3.4 Measure 3.8 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 3. 3 6. 7 10. 0 13. 3 16. 7 20. 0 23. 3 26. 7 30. 0 33. 3 36. 7 40. 0 43. 3 46. 7 50. 0 53. 3 56. 7 60. 0 63. 3 66. 7 70. 0 73. 3 76. 7 80. 0 83. 3 Pr es sur e (ba r P/ p) Frequency (Hz) Cylinder 2-1B outlet - 2nd stage discharge calculated measured Modifiche introdotte ' Orifici acustici in mandata 2a fase ' Rinforzi alla supporteria delle tubazioni Conclusioni Misure di vibrazione eseguite dopo le principali modifiche hanno indicato una forte riduzione delle vibrazioni sulla maggior parte delle aree critiche: fino al 70%. Lesson learned: importanza dell'uso del modello giusto per i calcoli! vibr. without orifice vibr. with orifice Grazie pe r l'atte nzione . Domande '


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