Investigação Experimental sobre a Resposta Dinâmica de um Compressor Centrífugo de Turbocompressor em Transições de Surge

Resumo Compressoras centrífugas desempenham um papel crítico em várias aplicações industriais, e entender seu comportamento operacional, especialmente durante condições de surge, é essencial para melhorar a eficiência e a confiabilidade. O surge é um fenômeno que leva a flutuações significativas de pressão e taxa de fluxo de massa. Compressoras podem ser danificadas pela instabilidade de surge, resultando em vibrações e estresse térmico. Este estudo investiga as transições de surge em compressor centrífugo usando uma abordagem abrangente que integra medições dinâmicas de taxa de fluxo de massa e pressão utilizando sondas de filme de fibra anemométrica e transdutores de pressão piezoresistivos de alta frequência, juntamente com dados de resposta estrutural dinâmica. Para obter uma compreensão da transição da região estável para a região instável do compressor, uma análise experimental extensa em um compressor centrífugo foi realizada no banco de testes da Universidade de Gênova para componentes do sistema de propulsão. A atividade envolve medições usadas para caracterizar e identificar o comportamento do compressor em correspondência com as condições iniciais de surge. Medições foram conduzidas para diferentes níveis de velocidade rotacional corrigida, pontos de operação estáveis e instáveis nas curvas características do compressor, incluindo condições de surge incipientes e profundas, considerando também diferentes linhas de circuito de saída. Transdutores de pressão e sondas de filme anemométrico foram empregados para coletar dados sobre a dinâmica do fluido do compressor. Técnicas de análise de dados de frequência e tempo-frequência foram empregadas para examinar a pressão de entrada e o sinal anemométrico. O objetivo é identificar suas características e definir a operação do compressor como estável ou instável. Médias sincrônicas, aplicadas no domínio do tempo, demonstraram ser eficazes para detectar condições de surge incipientes juntamente com o cálculo da variância. Além disso, técnicas estatísticas, como variância e kurtosis espectral, foram utilizadas para a detecção em sinais com forte ruído aditivo de conteúdos transitórios e não determinísticos que podem surgir ao se aproximar de condições instáveis. Um método para identificação de sistema em surge profundo é introduzido, particularmente uma correlação entre as geometrias do circuito do compressor e as condições de operação do turbocompressor é proposta. Essa abordagem aprimora a capacidade de diagnóstico do sistema de monitoramento, fornecendo um melhor conhecimento da ocorrência de surge. O artigo tem como objetivo fornecer informações para o desenvolvimento de estratégias de controle avançadas e protocolos de manutenção preditiva para mitigar problemas relacionados ao surge e melhorar o desempenho geral e a confiabilidade das compressoras centrífugas.