PROBLEMATIKA RÁZOVÉ KOMPRESE A EXPANZE U OBJEMOVÝCH KOMPRERSORŮ Ing. Zdeněk Šmída doc. Ing. Kamil Kolarčík, CSc. VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ, KATEDRA ENERGETIKY 17. LISTOPADU 15, OSTRAVA - PORUBA WWW. FS.VSB.CZ/361

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ, KATEDRA ENERGETIKY 17. LISTOPADU 15, OSTRAVA - PORUBA WWW. FS.VSB.CZ/361 PROBLEMATIKA RÁZOVÉ KOMPRESE A EXPANZE Z. ŠMÍDA, K. KOLARČÍK Co nás vedlo k otevření tohoto problematiky? Dlouholeté známost problematiky bez hlubšího probádání těchto jevů Snaha otevřít diskuzi na akademické i praktické půdě Havárie mobilní kompresorové jednotky se šroubovým kompresorem  Jednotka byla umístěna v areálu jedné ze společností v MS kraji  Typ kompresorové jednotky XAH 4 PTO, výrobce Atlas Copco  Pohon pneumatických souprav Rozsáhlost poškození vyvolala celou řadu otázek o skutečném vlivu těchto jevů

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ, KATEDRA ENERGETIKY 17. LISTOPADU 15, OSTRAVA - PORUBA WWW. FS.VSB.CZ/361 PROBLEMATIKA RÁZOVÉ KOMPRESE A EXPANZE Z. ŠMÍDA, K. KOLARČÍK Schéma kompresorové jednotky XAH 4 PTO AF – vzduchový filtr (sání) UA – odlehčovací ventil E – kompresor AR – separátor oleje OS – odlučovač oleje AV – kulový ventil (výtlak) RV – regulační ventil Co – chladič oleje FN – ventilátor OF – filtr oleje

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ, KATEDRA ENERGETIKY 17. LISTOPADU 15, OSTRAVA - PORUBA WWW. FS.VSB.CZ/361 PROBLEMATIKA RÁZOVÉ KOMPRESE A EXPANZE Z. ŠMÍDA, K. KOLARČÍK K havárii došlo tímto způsobem… Nezabezpečení pravidelné výměny vzduchových filtrů na sání kompresoru Průnik znečištěného vzduchu do pracovního prostoru kompresoru Znečištěná směs oleje a stlačeného vzduchu proudila do separátoru oleje Separátor odstraňuje olej ze směsi především průchodem přes filtrační vložku, která je umístěna v ocelovém koši separátoru. Zanesení filtrační vložky Nárůst tlakové diference před a za separátorem Při otevření kulového ventilu vzrůstala intenzita rázové expanze do „vyprázdněného“ potrubí Zborcení ocelového koše separátoru

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ, KATEDRA ENERGETIKY 17. LISTOPADU 15, OSTRAVA - PORUBA WWW. FS.VSB.CZ/361 PROBLEMATIKA RÁZOVÉ KOMPRESE A EXPANZE Z. ŠMÍDA, K. KOLARČÍK Olej v regulačních kanálcích znesnadnil funkci regulace kompresorové jednotky Bez separátoru začala proudit směs stlačeného vzduchu a oleje do potrubní sítě Úbytek oleje v olejovém hospodářství Nárůst intenzity tření doprovázený nárůstem teploty komprimovaného vzduchu Teplota v pracovním prostoru vzrostla nad úroveň vznícení olejových par Následný požár zničil kompresorovou jednotku

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ, KATEDRA ENERGETIKY 17. LISTOPADU 15, OSTRAVA - PORUBA WWW. FS.VSB.CZ/361 PROBLEMATIKA RÁZOVÉ KOMPRESE A EXPANZE Z. ŠMÍDA, K. KOLARČÍK Co je předmětem výzkumu? Rázová komprese a expanze se netýká všech druhů objemových kompresorů Pouze ty, které mají vestavěný tlakový poměr π [-], definovaný výrobcem Takový kompresor dokáže stlačit plyn pouze na konstrukční tlak bez ohledu na tlak plynu v potrubní síti (Vnitřní) vestavěný tlakový poměr π [-] se může lišit od (vnějšího) skutečného celkového tlakového poměru v síti σ [-] Při současné nabídce kompresní techniky na trhu se bude výzkum zabývat především typickými zástupci této kategorie kompresorů  Šroubové kompresory  Lamelové (křídlové) kompresory

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ, KATEDRA ENERGETIKY 17. LISTOPADU 15, OSTRAVA - PORUBA WWW. FS.VSB.CZ/361 PROBLEMATIKA RÁZOVÉ KOMPRESE A EXPANZE Z. ŠMÍDA, K. KOLARČÍK Rázová komprese a expanze Rázová komprese a expanze jsou tedy určité negativní jevy, které vznikají, když není (vnitřní) vestavěný tlakový poměr π [-] v rovnováze s celkovým (vnějším) tlakovým poměrem v síti σ [-]. Nebo lze tedy říci, že tyto jevy vznikají, když není tlak na výstupu z pracovního prostoru p 2 [Pa] v rovnováze s tlakem v síti p D [Pa]. Tyto jevy jsou obecně doprovázeny pulzacemi tlaku, ztrátami energie a celkovou nestabilitou provozu.

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ, KATEDRA ENERGETIKY 17. LISTOPADU 15, OSTRAVA - PORUBA WWW. FS.VSB.CZ/361 PROBLEMATIKA RÁZOVÉ KOMPRESE A EXPANZE Z. ŠMÍDA, K. KOLARČÍK Rázová komprese Vzniká, když: π < σ (p 2 < p D ) Polytropická komprese Rázová komprese. Známá také jako vnější komprese (Rootsova dmychadla) Snaha o reverzní tok plynu. Jedná se o tzv. (cirkulační ztráty) Plyn o vyšší entalpii zvyšuje teplotu teprve stlačovanému plynu, což se projeví v nárůstu kompresní práce. Tlakové pulzace, větší axiální síly na ložiska, nárůst teploty stlačovaného plynu, nárůst příkonu a zvýšení provozních nákladů.

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ, KATEDRA ENERGETIKY 17. LISTOPADU 15, OSTRAVA - PORUBA WWW. FS.VSB.CZ/361 PROBLEMATIKA RÁZOVÉ KOMPRESE A EXPANZE Z. ŠMÍDA, K. KOLARČÍK Rázová expanze Vzniká, když: π > σ (p 2 > p D ) Expanze do „vyprázdněného“ výtlačného potrubí Tlakové pulzace na výtlačné straně mohou poškodit zařízení. Stlačování plynu na zbytečně vysoký tlak Potřeba větší kompresní práce Nutnost větší kompresní práce se projeví ve vyšším příkonu a zhoršené ekonomice provozu.

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ, KATEDRA ENERGETIKY 17. LISTOPADU 15, OSTRAVA - PORUBA WWW. FS.VSB.CZ/361 PROBLEMATIKA RÁZOVÉ KOMPRESE A EXPANZE Z. ŠMÍDA, K. KOLARČÍK Měření rázové komprese a expanze Laboratoř objemových kompresorů Měřicí trať vyrobená ve spolupráci se společnosti MATTECH, s.r.o. Zdroj tlakového vzduchu: Kompresorová souprava SE 25 se šroubovým kompresorem NK 40 (Atmos – Chrást, s.r.o.)

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ, KATEDRA ENERGETIKY 17. LISTOPADU 15, OSTRAVA - PORUBA WWW. FS.VSB.CZ/361 PROBLEMATIKA RÁZOVÉ KOMPRESE A EXPANZE Z. ŠMÍDA, K. KOLARČÍK Na čem budeme simulovat reálné děje Přiblížení ke skutečným dějům bude simulováno pomocí tlakových lahví (vzdušníků)  5 lahví (V=29l) je statických a nevyměnitelných  1 láhev je vyměnitelná a lze střídat lahve o objemu 1 l a 0,5 l Každá láhev je opatřena snímači teploty a tlaku Měření bude provedeno pro: Různé celkové tlakové poměry v síti σ [-] Pro různé objemy vzdušníků Samotný proces přiblížení k reálné rázové kompresi či expanzi bude proveden pomocí přepouštění vzduchu z lahví o vyšším tlaku do lahví o tlaku nižším.

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ, KATEDRA ENERGETIKY 17. LISTOPADU 15, OSTRAVA - PORUBA WWW. FS.VSB.CZ/361 PROBLEMATIKA RÁZOVÉ KOMPRESE A EXPANZE Z. ŠMÍDA, K. KOLARČÍK Dále bude měřeno… Teplota a tlak vzduchu na sání Teplota a tlak vzduchu ve vzdušnících (výtlak) Výkonnost kompresoru V d [m 3 /s] se určí nepřímo pomocí:  Centrické clony DN50 PN40 s komorovými odběry  Naměřeného diferenční tlak Δp [mm Hg ]  U-Trubice s rtuťovou náplní Příkon kompresoru měřený na svorkách pomocí multimetru.

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ, KATEDRA ENERGETIKY 17. LISTOPADU 15, OSTRAVA - PORUBA WWW. FS.VSB.CZ/361 PROBLEMATIKA RÁZOVÉ KOMPRESE A EXPANZE Z. ŠMÍDA, K. KOLARČÍK Co očekáváme? Ověřit teoretický vliv těchto jevů pomocí praktického měření Předpokládáme, že se změnou celkového tlakového poměru v síti dojde především ke změně:  Výkonnosti kompresoru  Příkonu kompresoru Především tyto veličiny totiž mají vliv na efektivní a ekonomicky výhodný provoz těchto kompresorů.

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ, KATEDRA ENERGETIKY 17. LISTOPADU 15, OSTRAVA - PORUBA WWW. FS.VSB.CZ/361 PROBLEMATIKA RÁZOVÉ KOMPRESE A EXPANZE Z. ŠMÍDA, K. KOLARČÍK Co si od tohoto výzkumu slibujeme? 1.Fáze Ověření vlivu těchto jevů na provoz skutečných kompresorů Provedení experimentů na více vzorcích kompresorů 2.Fáze Nalezení opatření omezující negativní vliv těchto jevů To by mělo mít za následek:  Zvýšení bezpečnosti, efektivity a zlepšení ekonomiky provozu  Snížení provozních nákladů za elektrickou energii a servis Pokud máte nějaké náměty čemu se vyhnout nebo co naopak nezanedbat, tak budu rád, za jakékoliv postřehy.

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ, KATEDRA ENERGETIKY 17. LISTOPADU 15, OSTRAVA - PORUBA WWW. FS.VSB.CZ/361 PROBLEMATIKA RÁZOVÉ KOMPRESE A EXPANZE Z. ŠMÍDA, K. KOLARČÍK DĚKUJI ZA POZORNOST QR VCARD QR FACEBOOK