Análisis mecánico y de pulsaciones: compresores de tornillo

(incluidos compresores rotativos y sopladoras Roots)

Los compresores de tornillo y las sopladoras Roots crean pulsaciones de alta frecuencia en las tuberías de descarga. El análisis mecánico y de pulsaciones de Wood se utiliza para minimizar la interacción entre estas pulsaciones y el sistema de tuberías, de esta forma evita problemas de vibración y ruido. Además de los problemas de resonancia tratados en este análisis, se deben tratar otros problemas de vibración e integridad incluyendo tuberías de diámetro pequeño, vibración torsional y diseño de patín.

Speak to a specialist

1 Información general

​

Los compresores de tornillo (secos y húmedos), sopladoras Roots (de 2 y 3 lóbulos), y compresores de aletas son ejemplos de máquinas de desplazamiento positivo que generan energía de pulsaciones a frecuencias de paso múltiples del bolsillo, lóbulo o aleta. La norma API 619 describe los problemas de diseño para los compresores de tornillo y reitera que los problemas de pulsaciones existen. Según la 5ta Edición de 619 “el flujo no es estable, pero se mueve a través de las tuberías en un serie de pulsos de flujo que están superpuestos sobre el flujo estable (promedio)”.

Los problemas de vibración se pueden producir cuando estas pulsaciones causan resonancia acústica dentro de las tuberías o resuenan con las frecuencias naturales mecánicas (MNF) de las paredes de la carcasa del recipiente u otras tuberías. Las pulsaciones de alta frecuencia dentro de las tuberías y recipiente, combinadas con la respuesta de las tuberías, también pueden causar problemas de ruido.

Los compresores de tornillo secos, con frecuencia denominados compresores libres de aceite, a menudo requieren silenciadores de pulsaciones en los sistemas de descarga y succión. Si no se atenúan las pulsaciones por sobre la banda de ancha frecuencia, se pueden producir frecuencias acústicas naturales que causan resonancia y vibración.

Los compresores de tornillo húmedos, con frecuencia denominados compresores inundados, inyectan aceite en el sistema de succión para mejorar el sellado, la eficiencia y las relaciones de presión. En lugar de silenciadores, se requiere una barrera para separar el aceite del corriente de gas. Las pulsaciones que pueden resonar con la frecuencia mecánica natural de la pared de la carcasa pueden causar ruido y vibración graves, incluyendo vibraciones excesivas en la instrumentación y en tuberías de diámetro pequeño.

Para evitar problemas de vibración, se utiliza un análisis de pulsaciones y mecánico para evaluar el compresor y el sistema de tuberías. Estos estudios se realizan en general durante la etapa de diseño y también se utilizan para ayudar a identificar y resolver problemas que se producen en el campo.

En combinación con el análisis de pulsaciones, el diseño con frecuencia evaluará la expansión térmica de las tuberías y respaldará el diseño con un análisis de esfuerzos de tuberías. Este servicio es coordinado con el análisis mecánico para garantizar que el análisis de esfuerzos de tuberías se ocupa adecuadamente de las cargas vibratorias.

Dependiendo del impulsor, cajas de engranajes y otros factores, frecuentemente se solicita a Wood realizar un análisis torsional modal.

Se recomiendan inspecciones de vibraciones de campo para mitigar los niveles de vibración y ruido y realizar una alineación en caliente (Método de barras de Essinger) para cumplir con la directriz requerida.

2 Alcance del análisis

2.1 Compresores de tornillo húmedos (inundados)

• Análisis simulado por computadora del sistema de descarga para determinar frecuencias naturales acústicas y mecánicas de modo menor y asegurarse de que no coinciden. Las soluciones típicas pueden incluir el agregado de placas con orificios y/o la reubicación o agregado de puntales para la tubería.
• Cálculo de frecuencias naturales acústicas (ondas transversales) y mecánicas (carcasa del recipiente) de mayor modo asociadas con el separador de aceite, nuevamente, para evitar una coincidencia. Las soluciones típicas pueden incluir placas con orificios o cambios en el espesor de la pared del recipiente. 

2.2 Compresores de tornillo secos (libres de aceite)

• Análisis acústico simulado por computadora de las tuberías entre la descarga del compresor y la entrada al silenciador. Se puede reducir cualquier respuesta de resonancia predicha optimizando la longitud de esta tubería o agregando dispositivos de enderezamiento de flujo.
• Análisis mecánico simulado por computadora para establecer las frecuencias naturales del sistema de tuberías, soportes y estructura y asegurar que no hay coincidencia con pulsaciones generadas a múltiples de frecuencia de paso de bolsillo.
• Diseño de silenciador (chapa divisoria y dimensión de tubo de estrangulación, en general)

2.3 Otros servicios recomendados para sistemas de compresores de tornillo

• CONEXIONES de diámetro pequeño (CDP) Evaluación/Diseño de tuberías
• Análisis de esfuerzos de tuberías del sistema de descarga, incluido el análisis de esfuerzo de boquilla
• Diseño de patín, incluido el análisis dinámico
• Análisis de vibraciones torsionales (incluida la evaluación de acoplamiento)
• Análisis de vibraciones laterales

2.4 Soporte en el campo

• Programa de inspección de vibraciones - Mediciones de vibración y ruido
• Resolución de problemas, análisis de causa raíz (ACR)