двухступенчатый центробежный нагнетатель природного газа. Центробежный нагнетатель природного газа

5.3. Нагнетатели природного газа и их характеристики

Нагнетателями природных газов принято называть лопаточные компрессорные машины с соотношением давления сжатия свыше 1,1 и не имеющих специальных устройств для охлаждения газа в процессе его сжатия.

Все нагнетатели природного газа условно делятся на два класса: неполнонапорные (одноступенчатые) и полнонапорные [8].

Первые, имеющие степень сжатия в одном нагнетателе 1,25-1,27 используются, как отмечалось выше, при последовательной схеме компремирования газа на КС (Рис. 5. 3), вторые – полнонапорные, имеющие степень сжатия 1,45-1,51, используются при коллекторной схеме обвязки компрессорной станции (Рис. 5.2).

Важной характеристикой нагнетателя является его производительность. Применительно к газопроводу различают объемную Q, м3/мин., массовую G, кг/ч. и коммерческую подачу газа Qк , млн. нм3/сут. Перевод одних величин в другие осуществляется с использованием уравнения Клапейрона с поправкой на сжимаемость газа z, pv = zRT. При использовании G кг газа применяется уравнение Клапейрона-Менделеева также с использованием поправки на сжимаемость газа z, pQ = GzRT, где Q – объемная подача газа, G – массовая подача, характеризующая количество газа, протекающее в единицу времени через сечение всасывающего патрубка. Коммерческая подача Qк определяется по параметрам состояния во всасывающем патрубке, приведенным к нормальным физическим условиям (t = 20 0C ; p = 0,101 МПа). Для определения коммерческой подачи используется уравнение Клапейрона для «стандартных» условий: р0v0 = RT0 ; Qk = G/0 ; 0 = p0 /RT0.

Каждый тип нагнетателя определяется своей характеристикой, которая строится при его натурных испытаниях. Под характеристикой нагнетателя принято понимать зависимость степени сжатия , политропического КПД (пол.) и удельной приведенной мощности (Ni / н)пр. от приведенного объемного расхода газа Qпр. Строятся такие характеристики для заданного значения газовой постоянной Rпр., коэффициента сжимаемости zпр., показателя политропы, принятой расчетной температуры газа на входе в нагнетатель Тв в заданном диапазоне изменения приведенной относительной частоты вращения вала нагнетателя (n/n0)пр.

Характеристики некоторых типов центробежных нагнетателей, используемых на газопроводах, приведены в табл. 5.3 [12].

Таблица 5.3

Характеристики центробежных нагнетателей для

транспорта природных газов

Тип нагнетателя

Номинал. производ.

при t=200C и р=1 МПа

Номинал. частота вращения об/мин

Объемн. производ. м3/мин.

Степень сжатия, 

Конечное давление на выходе, Мпа

370-14-1

Н-300-1,23

Н-196-1,45

520-12-1

370-18-1

Н-16-56

Н-16-75

Н-16-76

650-21-1

820-21-1

Купер-Бессемер:

280-30

CДР-224

2ВВ-30

Нуово-Пиньони:

PCL-802/24

PCL-1001-40

19,1

20,0

10,7

29,3

36,0

51,0

31,0

53,0

16,5

17,2

21,8

17,2

45,0

5300

6150

8200

4800

4600

6500

3700

6200

5000

6500

4600

289

260

196

425

370

800

600

380

640

820

290

219

274

219

520

1,25

1,24

1,45

1,27

1,23

1,24

1,44

1,45

1,51

1,49

1,51

5,66

5,50

5,60

7,60

5,60

7,50

7,60

5,60

7,50

7,52

Типовая характеристика нагнетателя типа 370-18-1 приведена на Рис. 5.4. Характеристики других типов нагнетателей имеют такой же вид, как для неполнонапорных, так и для полнонапорных нагнетателей.

Пользуются характеристиками нагнетателей следующим образом. Зная фактические значения величин R, z, TB, n для данных условий, по соотношению 5.1 определяют приведенную относительную частоту вращения нагнетателя (n/n0)пр. По известной степени сжатия с использованием характеристики нагнетателя (Рис. 5,4) находят объемный расход газа Q0, а по соотношению 5,2 определяется приведенный объемный расход газа Qпр.. По соответствующим кривым характеристики нагнетателя (Рис. 5.4) определяется политропический КПД пол. и приведенная внутренняя мощность нагнетателя (Ni /B)пр.:

(5.1)

Qпр. = Q0 (5.2)

Внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем, определяется соотношением:

Ni = (5.3)

В соотношениях 5.1-5.3 индексом «0» отмечен номинальный режим работы нагнетателя; индексом «в» – отмечены параметры газа на входе в нагнетатель. Плотность газа на входе в нагнетатель в , кг/м3 определяется по соотношению:

(5.4)

где рв , Т – соответственно абсолютное давление газа на входе в нагнетатель (рв , МПа ) и абсолютная температура газа на линии всасывания, К.

Эффективная (фактическая) мощность на муфте энергопривода, кВт; Ne= Ni + Nмех. , где Nмех. – механические потери; для газотурбинного привода Nмех. = 100 кВт.

Расчетный рабочий расход газа Qпр. для нагнетателей должен быть примерно на 10-12% больше крайних левых значений расхода на его характеристике, соответствующего условиям начала срыва потока газа по нагнетателю (зоне помпажа). На Рис. 5. 4 этому режиму соответствует подача газа на уровне примерно 360 м3/мин.

Наличие надежных приведенных характеристик при эксплуатации газотурбинного привода позволяет обслуживающему персоналу определять характеристики работающих агрегатов и выбирать наилучший режим их работы в зависимости от конкретных условий.

При проведении инженерных расчетов, в целом ряде случаев удобно применение и ряда других характеристик нагнетателей, производных от паспортных, например:

Приведенная разность энтальпии газа:

(5.5)

Приведенная удельная потенциальная работа:

(5.6)

Показатель политропного процесса сжатия газа:

m = (5.7)

Политропный (фактический) КПД нагнетателя определяется из сопоставлений соотношений (5.5 и 5.6):

(5.8)

Следует отметить, что в эксплуатационных условиях (из-за значительного износа проточной части нагнетателя) практически всегда имеется весьма заметный сдвиг этой характеристики по сравнению с ее паспортным значением.

Задача 5.1. Определить по эксплуатационным данным техническое состояние центробежного нагнетателя агрегата типа ГПА-Ц-16 : давление газа на входе нагнетателя Р1 = 4,8 МПа, давление газа на выходе , давление газа на выходе Р = 7,2 МПа, температура газа на входе t1 = 8 0C , температура газа на выходе t2 = 58 0C , частота вращения вала n = 4700 об/мин. Газовая постоянная R= 497 Дж/кгК. Номинальные параметры, при которых построена характеристика нагнетателя , равны: z =0,89; Т пр.= 288 К, R пр. = 490 Дж/кгК, n = 4900 об/мин. В качестве рабочего тела используется метан – как один из основных составляющих природного газа.

Решение. Одним из показателей технического состояния центробежного нагнетателя считается его относительный КПД, определяемый как отношение обратимой работы сжатия в данных пределах соотношения давления сжатия к реальной работе сжатия в тех же пределах соотношения давлений сжатия. Характерной особенностью решения данной задачи является то, что все ее характеристики должны определяться как функции двух переменных, например Р и Т. То есть в данном случае имеем дело с реальным газом, в отличие от идеального газа состояние которого определяется только в зависимости от температуры Т.

Удельнаяобратимая потенциальная (техническая) работа определяется следующим известным соотношением:

При принятых исходных данных: z = 0,89; R =497 Дж/кгК; Р1/Р2 =1,5; конечная температура адиабатического (обратимого) процесса сжатия определяется из уравнения адиабаты:

К ; t2 =41,5 0C

Подставляя полученные численные значения в исходное соотношение, находим численную величину удельной приведенной потенциальной работы сжатия:

= 0,89.497.297,9.0,405.1,045 = 55,63 кДж/кг

Приведенная разность энтальпии природного газа, определятся как функция двух переменных – давления и температуры. Расчетный вид этой формулы может быть представлен следующим соотношением:

где величина разности энтальпии – аналог удельной реальной работы сжатия газа в компрессоре;Cpm – средняя температура газа в процессе сжатия; t1 и t2 – соответственно начальная и конечная температура сжатия газа в нагнетателе; (CpDh)m – расчетный комплекс, характеризующий отличие реального газа от идеального; Р1 и Р2 – соответственно начальное и конечное абсолютное давление на входе и выходе нагнетателя.

Среднее значение теплоемкости метана можно определить по следующему эмпирическому соотношению [ 12 ]:

Cpm = 2,08 + 0,11P1+(0,003 – 0,0009P1)tm=2,564 кДж/кгК;

Соответственно, значение комплексной величины (CpDh)m определяется следующим соотношением [ 12 ]:

кДж/кгМПа

Следовательно, реальная работа сжатия газа в нагнетателе будет равна:

кДж/кг

Соответственно, приведенная разность энтальпии:

кДж/кг:

Относительный политропный КПД при принятых эксплуатационных данных составит:

Если паспортный КПД нагнетателя составляет величину порядка 0,80, то следовательно параметр технического состояния нагнетателя по КПД будет равен: К = 0,63/0,80 = 0,78. Что следует признать весьма низким значением для условий эксплуатации.

studfiles.net

§ 41. Нагнетатель природного газа

Нагнетатели природного газа предназначены для его перекачки (транспортировки) от месторождений к местам потребления. Нагнетатель породного газа представляет собой компрессор центробежного типа (рис. 141). Массивный ^^^LTollycl нагнетателя с торцов закрыт крышками 5 я 8. Внутри корпуса Слагаются детали статора 6, образующие проточную часть

гсГи ротор 7 с двумя рабочими колесами 9 центробежного rtZ. Рото? Опирается на опорные подшипники 2 я И «|в-осевом направлении фиксируется упорным подшипником 10. Роторi нагнетателя жесткий; его критическая частота вращения намного боль-

"'в'м^тах'пр'охода ротора через крышки 5 и 8 корпуса нагнетателя расположены концевые уплотнения 1 и 12, предотвращающее утечки из него газа. Ротор нагнетателя соединен с ротором газовой турбины торсионным валом 3.

Таз из магистрали попадает в камеру 15, расположенную перед первой ступенью нагнетателя, через приваренный сбоку на цилиндрической поверхности его корпуса патрубок. Пройдя рабочее колесо 9, газ направляется в межступенную диафрагму 14, а затем _в рабочее колесо второй ступени. За второй ступенью из

камеры 13 через второй патрубок, также приваренный к цилиндра* ческой поверхности корпуса нагнетателя, газ уходит в напорный участок газопровода.

Нагнетатель обеспечивает перекачку природного газа по магистральным газопроводам, рассчитанным на давление 7,6—10 МТДа, Степень повышения давления газа в двух ступенях нагнетателя составляет 1,44.

Рис. 141. Нагнетатель природного газа: <

/ 12 — уплотнения, 2, 11 — опорные подшипники, 3 — торсионный вал, 4 — корпус, 5, 8 — крышки, б — элементы статора, 7 —ротор, 9 — рабочие колеса первой и второй ступеней, Ю — упорный подшипник, 13. IS — камеры для выхода и входа газа, 14 — межступенная диафрагма

Для привода таких нагнетателей используют ГТУ, выполненные на основе авиационного двигателя, который является генератором рабочего тела для силовой турбины, приводящей во вращение ротор нагнетателя.

Масло к подшипникам ГТУ и нагнетателя подается двумя насосами, один из которых приводится в действие ротором нагнетателя, а второй ротором ГТУ. Для охлаждения масла служат воздушные теплообменники.

Пуск установки, выход на рабочий режим и его поддержание осуществляются автоматически.

% 42. Характеристики потребителей мощности ГТУ

Стационарные ГТУ, как уже отмечалось, наиболее широко используются для привода электрических генераторов и нагнетателей природного газа. Чтобы определить режимы работы ГТУ при различных нагрузках,. необходимо знать зависимость мощности,Потребляемой генератором или нагнетателем природного газа, отч Частоты вращения их роторов. Такую зависимость называют характеристикой потребителя мощности.При пуске ГТУ электрический генератор переменного тока отключен от сети. Чтобы подключить электрический генератор к сети, необходимо вращать его ротор с такой частотой, при которой частота и фаза эдс, вырабатываемой генератором, совпадали бы

с частотой и фазой напряжения электрической сети. Иначе в момент подключения генератора возникает большой ударный крутящий момент, воздействующий на его ротор, а через соединительную муфту — на ротор турбины или компрессора.

Мощность, потребляемая генератором на холостом ходу (до под-

частотыИв?ащения°$о- ключения к сети), очень мала и тора электрического генератора расходуется на преодоление трения от мощности в подшипниках и ротора о газообразную среду, а также на привод вентиляторов, обеспечивающих охлаждение генератора, и др.

После подключения к сети частота вращения ротора генератора совпадает с частотой сети и не зависит от мощности, вырабатываемой генератором. Так как частота электрического тока в сети изменяется очень мало, можно считать, что электрический -гене-

Рис. 143. Распределение давления в магистральном газопроводе:

/ — нагнетатели, 2 — участки магистрального газопровода; рк — давление за нагнетателем в начале последующего участка газопровода; рн — давление перед нагнетателей в начале предыдущего участка газопровода, I — расстояние вдоль газопровода

ратор практически работает с постоянной частотой вращения ротора п. Если обозначить частоту вращения ротора при номинальном режиме работы генератора через л0, то его характеристика (рис. 142) может быть представлена следующей зависимостью:

п/п0 =1.

Нагнетатели природного газа располагают на магистральных газопроводах примерно на равном расстоянии друг от друга. Что-

л=const

Рис. 144. Характеристика нагнета-• теля природного газа

IHL.......

бы прокачать газ через газопровод, необходимо преодолеть сопротивление трения, которое возникает при движении газа по трубам. Вся мощность нагнетателей расходуется на преодоление этого трения. По мере удаления от нагнетателя по ходу газа давление газа уменьшается (рис. 143). Обычно расстояние между газоперекачивающими станциями выбирают так, чтобы давление в газопроводе, выполненном из труб диаметром 1420 мм, не падало ниже 7,6 МПа, а за нагнетателем составляло 10 МПа.

Зависимость между степенью повышения давления в нагнетателе ег от расхода газа Gr, перекачиваемого по газопроводу, и от частоты вращения ротора нагнетателя называют характеристикой нагнетателя (рис. 144). Расчетный режим работы нагнетателя соответствует приведенному расходу GT—l и расчетной степени .повышения давления ег =

= 8г.расч.

Так же, как и компрессор, нагнетатель может попадать в помпаж. На характеристике нагнетателя зона режимов, при которых его работа не допускается, выделена пунктирной линией.

Контрольные вопросы

1. Каков принцип действия электрических генераторов и из каких основных частей они состоят?

2. Какие виды охлаждения генераторов вы знаете?

3. Какие системы возбуждения используются в генераторах?

4. Каков принцип действия нагнетателей природного газа и из каких основных частей они состоят?

Глава десятая

Аварии и неполадки газотурбинных установок

studfiles.net

Двухступенчатый центробежный нагнетатель природного газа

Изобретение относится к области компрессоростроения и, в частности, к конструкции двухступенчатых центробежных нагнетателей природного газа, оснащенных входным регулирующим аппаратом, предназначенным для регулирования характеристик нагнетателя. Изобретение решает задачу изменения характеристик нагнетателя, а именно: напор - расход, коэффициент полезного действия при постоянной скорости вращения ротора нагнетателя, обеспечения быстрой сборки нагнетателя и замены пакета в случае необходимости. Отличительными признаками указанного нагнетателя является выполнение лопаточных диффузоров каждой ступени съемными, а также выполнение во входном регулирующем аппарате валика от электрического привода проходящим сквозь лопаточный диффузор только первой ступени, и утолщение для его размещения одной из лопаток лопаточного диффузора первой ступени в 1,5-2 раза по сравнению с толщиной других лопаток лопаточного диффузора. 3 ил.

Известна конструкция многоступенчатого центробежного компрессора, предназначенного для сжатия и подачи в доменную печь атмосферного воздуха (см., например, отраслевой каталог "Центробежные и осевые компрессорные машины", 1992, стр.11-13), ступени первой секции которого оснащены входными регулирующими аппаратами, имеющими каждый свой привод и установленными на входе в рабочие колеса первой секции. Такой входной регулирующий аппарат сложен в изготовлении и не позволяет эффективно регулировать характеристики компрессора.

Известна также конструкция двухступенчатого нагнетателя природного газа (см., например, каталог "Компрессорные машины и турбины АООТ "Невский завод", М., 2000, стр.92). Указанный нагнетатель состоит из корпуса, пакета, торцового уплотнения и опорного вкладыша со стороны всасывания. Пакет вместе с корпусом образует проточную часть нагнетателя. Ходовая часть нагнетателя, включающая ротор, торцовые уплотнения, опорные и упорный вкладыш, частично расположена в корпусе (торцовое уплотнение и опорный вкладыш со стороны всасывания), а остальные в пакете. Кроме того, нагнетатель имеет проточную часть, оснащенную двумя входными регулирующими аппаратами, установленными на входе в каждую ступень. При этом входной регулирующий аппарат имеет общий электрический привод, от которого отходит валопровод, проходящий через оба лопаточных диффузора, установленных на входе в рабочие колеса первой и второй ступени, причем один лопаточный диффузор выполнен несъемным. Наличие во входном регулирующим аппарате поворотных лопаток позволяет при изменении угла их поворота в диапазоне от 10° до 70° изменять газодинамические характеристики нагнетателя.

Предлагаемое изобретение решает задачу изменения характеристик нагнетателя, а именно: напор - расход, коэффициент полезного действия при постоянной скорости вращения ротора нагнетателя, обеспечения быстрой сборки нагнетателя и замены пакета в случае необходимости.

Для достижения указанного технического результата в двухступенчатом центробежном нагнетателе природного газа, содержащем корпус, собранные на торцевой крышке корпуса детали и узлы проточной части, включающие всасывающую часть, которая одновременно является крышкой корпуса, среднюю и нагнетательную части, выполненные без горизонтального разъема, уплотнения проточной части и лопаточные диффузоры, установленные соответственно на выходе из рабочих колес первой и второй ступеней, также выполненные без горизонтального разъема, входной регулирующий аппарат, содержащий двухопорные поворотные лопатки радиального типа, расположенные во всасывающей и средней частях перед входом в рабочие колеса первой и второй ступеней, и установленный снаружи крышки корпуса электрический привод, движение от которого передается к поворотным лопаткам посредством приводного и промежуточного валиков через две системы червячных передач, и детали ходовой части, включающие торцовые уплотнения, ротор, размещаемый в опорных и упорном вкладышах, устанавливаемых в корпусах, со стороны нагнетания часть корпуса опорного вкладыша выполнена за одно целое с нагнетательной частью, со стороны всасывания - корпуса опорного и упорного вкладышей последовательно закреплены на наружной стороне торцевой крышки корпуса, лопаточные диффузоры каждой ступени выполнены съемными, во входном регулирующем аппарате приводной валик от электрического привода проходит сквозь лопаточный диффузор только первой ступени, и для его размещения толщина одной из лопаток лопаточного диффузора первой ступени выполнена в зоне его прохождения увеличенной в 1,5-2 раза по сравнению с толщиной других лопаток лопаточного диффузора первой ступени, и при этом детали и узлы проточной части объединены с деталями и узлами ходовой части в единый пакет, устанавливаемый в корпусе нагнетателя. Отличительными признаками указанного нагнетателя является выполнение лопаточных диффузоров каждой ступени съемными, а также выполнение во входном регулирующем аппарате валика от электрического привода проходящим сквозь лопаточный диффузор только первой ступени, и утолщение для его размещения одной из лопаток лопаточного диффузора первой ступени в 1,5-2 раза по сравнению с толщиной других лопаток лопаточного диффузора, и при этом объединение деталей и узлов проточной части с деталями и узлами ходовой части в единый пакет, устанавливаемый в корпусе нагнетателя.

Благодаря наличию приведенных признаков и, в частности, выполнение лопаточных диффузоров съемными, а следовательно, установка лопаточных диффузоров с различными конструктивными изменениями, обеспечивает более широкую возможность регулирования характеристик нагнетателя. Кроме того, размещение во входном вращающем аппарате валика от электрического привода проходящим только сквозь лопаточный диффузор первой ступени уменьшает наличие разъемов в проточной части и, следовательно, необходимость его уплотнения. При этом расположение валика от электрического привода в одной из лопаток диффузора первой ступени и утолщение ее в 1,5-2 раза по сравнению с толщиной других лопаток лопаточного диффузора первой ступени позволяет и разместить валик, и при этом существенно не нарушить аэродинамику проточной части нагнетателя. Объединение в пакет всех неразъемных деталей и узлов проточной и ходовой частей нагнетателя исключает какие-либо подгоночные работы при сборке нагнетателя, существенно облегчает сборку и позволяет производить быструю замену пакета в случае необходимости.

Предлагаемый двухступенчатый центробежный нагнетатель природного газа иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.

На фиг.1 представлена часть продольного разреза двухступенчатого центробежного нагнетателя природного газа.

На фиг.2 - часть разреза лопаточного диффузора первой ступени в месте прохождения промежуточного валика валопровода.

На фиг.3 - поперечный разрез механизма поворота лопаток во входном регулирующем аппарате первой ступени в положении 70°.

Двухступенчатый центробежный нагнетатель природного газа содержит корпус 1, внутри которого расположена проточная часть, собранная на крышке 2 по схеме "пакет на крышке", включающая всасывающую часть 3, которая одновременно является и торцовой крышкой 2 корпуса 1, среднюю часть 4 и нагнетательную часть 5, рабочее колесо 6 первой ступени и рабочее колесо 7 второй ступени, установленные на выходе из рабочих колес 6 и 7 лопаточный диффузор 8 первой ступени, лопатки 9, и лопаточный диффузор 10 второй ступени. Кроме того, проточная часть снабжена входным регулирующим аппаратом, содержащим двухопорные поворотные лопатки 11, расположенные во всасывающей части 3 и средней части 4 перед входом в рабочее колесо 6 первой ступени и в рабочее колесо 7 второй ступени. Входной регулирующий аппарат имеет общий электрический привод 12 (на фиг.1 показан условно), установленный на торцовой крышке 2. Движение от электрического привода 12 к поворотным лопаткам 11 передается с помощью промежуточного валика 13 через две червячные передачи 14. Двухступенчатый центробежный нагнетатель природного газа содержит также детали и узлы ходовой части, к которым относятся торцовые уплотнения 15, ротор 16, размещенный в опорном 17 и упорном 18 вкладышах подшипников. Опорный вкладыш 17 со стороны нагнетания установлен в составном корпусе, состоящем из двух частей 19 и 20, причем часть 19 выполнена за одно целое с нагнетательной частью 5 проточной части нагнетателя, а со стороны всасывания корпус 21 опорного вкладыша выполнен в виде проставка и вместе с корпусом 22 упорного вкладыша последовательно закреплен на наружной стороне торцовой крышки 2. Оба лопаточных диффузора 8 и 10 первой и второй ступеней выполнены съемными. Во входном регулирующем аппарате валик 13 от электропривода 12 проходит только сквозь лопаточный диффузор 6 первой ступени и в месте его прохождения одна из лопаток 23 выполнена увеличенной по сравнению с толщиной остальных лопаток 11 лопаточного диффузора 6 первой ступени в 1,5-2 раза.

Кроме того, заявляемый двухступенчатый центробежный компрессор природного газа характеризуется тем, что все детали и узлы проточной части и ходовой части объединены в единый пакет, устанавливаемый в корпусе 1.

При работе регулирование осуществляется изменением закрутки потока лопатками 11 входного регулирующего аппарата. Лопатки 11 входного регулирующего аппарата обоих ступеней поворачиваются одновременно и на одинаковый угол в пределах 5°-70°. Поворот осуществляют посредством передачи движения от электрического привода 12 с помощью валика 13 и червячных передач 14.

Двухступенчатый центробежный нагнетатель природного газа, содержащий корпус, собранные на торцевой крышке корпуса детали и узлы проточной части, включающие всасывающую часть, которая одновременно является крышкой корпуса, среднюю и нагнетательную части, выполненные без горизонтального разъема, уплотнения проточной части и лопаточные диффузоры, установленные соответственно на выходе из рабочих колес первой и второй ступеней, также выполненные без горизонтального разъема, входной регулирующий аппарат, содержащий двухопорные поворотные лопатки радиального типа, расположенные во всасывающей и средней частях перед входом в рабочие колеса первой и второй ступеней, и установленный снаружи крышки корпуса электрический привод, движение от которого передается к поворотным лопаткам посредством приводного и промежуточного валиков через две системы червячных передач, и детали ходовой части, включающие торцовые уплотнения, ротор, размещаемый в опорных и упорном вкладышах, устанавливаемых в корпусах, отличающийся тем, что со стороны нагнетания часть корпуса опорного вкладыша выполнена за одно целое с нагнетательной частью, со стороны всасывания корпуса опорного и упорного вкладышей последовательно закреплены на наружной стороне торцевой крышки корпуса, лопаточные диффузоры каждой ступени выполнены съемными, во входном регулирующем аппарате приводной валик от электрического привода проходит сквозь лопаточный диффузор только первой ступени и для его размещения толщина одной из лопаток лопаточного диффузора первой ступени выполнена в зоне его прохождения увеличенной в 1,5-2 раза по сравнению с толщиной других лопаток лопаточного диффузора первой ступени, и при этом детали и узлы проточной части объединены с деталями и узлами ходовой части в единый пакет, устанавливаемый в корпусе нагнетателя.

www.findpatent.ru

«Расчет нагнетателя природного газа на степень сжатия 1,7»

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Кафедра КВиХТ

Курсовая работа

Студент гр. 5034/1:	________________	Грачев А.А.
Преподаватель:	________________	Коршунов А.В.

Санкт-Петербург

2012

Содержание

Введение

1. Исходные данные для расчета

2. Расчет первой ступени

2.1 Определение действительного напора, наружного диаметра РК и объемной производительности

2.2 Расчет основных размеров РК

2.3 Определение основных размеров выходного устройства

3. Расчет второй ступени

3.1 Определение действительного напора, наружного диаметра РК и объемной производительности

3.2 Расчет основных размеров РК

3.3 Определение основных размеров выходного устройства

Список литературы

Введение

В связи с падением расхода и давления из-за выработки старых месторождений природного газа появляется необходимость в увеличении степени сжатия компрессорного цеха, а следовательно и каждого нагнетателя природного газа.

Центробежные нагнетатели природного газа, предназначенные для линейных компрессорных станций магистральных газопроводов, обычно выполняются одноступенчатыми или двухступенчатыми. Во втором случае рассчитываются последовательно обе ступени, причем расчет их принципиально не отличается.

Особенностями проектирования нагнетателей является необходимость учета высокого давления перекачиваемой среды и реальных физических свойств природного газа, это делается с помощью коэффициента сжимаемости Z, т.е. уравнение состояния используется в виде PV=ZRT. Коэффициент сжимаемости зависит от давления и температуры газа и определяется по экспериментальным данным.

Важнейшим параметром, определяющим технико-экономические показатели центробежного нагнетателя, является частота вращения. При проектировании газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом частота вращения силового вала выбирается на основании предварительных расчетов и согласования характеристик свободной силовой турбины и центробежного нагнетателя.

Для конструкции нагнетателя был принят нагнетатель 235-21-1 производства НЗЛ.

1. Исходные данные для расчета

Для выполнения проектных расчетов заданы следующие величины :

частота вращения нагнетателя n = 6750 об/мин;

потребляемая нагнетателем мощность Nн = 16 МВт;

мощность механических потерь Nмех = 300 кВт;

давление газа при выходе из нагнетателя P2 = 7,5 МПа;

степень повышения давления н = 1,7;

политропический КПД пол = 0,82;

газовая постоянная Rг = 0,508 кДж/кг;

температура газа перед нагнетателем T1Г = 283 К;

показатель адиабаты k = 1,31;

коэффициент сжимаемости z =0,86.

Поскольку рассчитываемый нагнетатель является двухступенчатым, то общая степень сжатия н распределяется между ступенями:

для первой ступени н 1ст= 1,31;

для второй ступени н 2ст= 1,30.

2. Расчет первой ступени

2.1 Определение действительного напора, наружного диаметра рабочего колеса и объемной производительности.

Исходя из заданных параметров рабочего тела, определяется действительный напор, создаваемый ЦН, отнесенный к 1 кг газа:

кДж/кг.

Действительный напор создаваемый первой ступенью нагнетателя:

кДж/кг.

Мощность потребляемая первой ступенью:

МВт.

Массовый расход:

177,8 кг/с.

В соответствии с опытом проектирования выбирается окружная скорость на наружном диаметре рабочего колеса: U2 = 275 м/с.

0,778 м.

Из уравнения состояния газа определяются параметры газа на входе в рабочее колесо – удельный объем газа

м3/кг,

где 4,4 МПа.

Объемная производительность на входе в рабочее колесо

4,98 м3/c.

studfiles.net

двухступенчатый центробежный нагнетатель природного газа - патент РФ 2270933

Рисунки к патенту РФ 2270933

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

www.freepatent.ru

2. Центробежные компрессоры

Общие сведения и параметры компрессоров. Компрессорами называются машины, предназначенные для сжатия и перемещения газов.

По назначению компрессоры подразделяются на воздушные и газовые (кислородные) машины. Наибольшее распространение получили воздушные компрессоры, или компрессоры общего назначения. Эти машины вырабатывают сжатый воздух давлением до 5,0 МПа, который широко применяется в промышленности. Например, в металлургии сжатый воздух используется для дутья в доменных и мартеновских печах, вагранках, нагревательных и термических печах, в энергетике — для нагнетания в топки котлов и камеры сгорания ГТУ и ДВС.

Сжатый воздух как энергоноситель используется для привода различных пневмомеханизмов, молотов, трамбовок, вибраторов, обрубных молотов, патронов для зажима деталей в станках, пневмоподьемников и т.д.

Воздух широко используется для транспортирования и перемешивания сыпучих материалов, сепарации пыли и для многих процессов.

Рост сети газопроводов и увеличение их протяженности способствовали развитию газовых компрессоров на высокие давления — до 40 МПа и выше. Для достатке природного газа в пункт потребления через каждые 100... 150 км газопроводов необходимо устанавливать компрессорные станции, перекачивающие до ; скольких миллионов кубометров газа в сутки.

По принципу действия различают поршневые (объемные) компрессоры и турбокомпрессоры.

В поршневых машинах повышение давления происходит из-за уменьшения объема замкнутого пространства, в котором находится газ, за счет перемещения стенки (например поршня в цилиндре). При сжатии газ практически неподвижен, силы инерции в нем не проявляются (статическое сжатие) Характерной особенностью этих машин является периодичность рабочего процесса.

В турбокомпрессорах сжатие происходит вследствие и пользования сил инерции потока газа Преобразование энергии таких машинах можно условно разделить на два э этапе газу сообщается кинетическая энергия (например вращающимся лопаточным аппаратом), а на втором — поток газа тормозится и его кинетическая энергия преобразуется в потенциальную. Оба этапа могут совершаться одновременно. Характерной особенностью этих машин является непрерывность рабочего процесса.

Следует заметить, что получение сжатых газов является весьма энергоемким производством. Например, на многих машиностроительных заводах для привода компрессоров расходуется около 30 % общих затрат энергии, а на предприятиях горнорудной промышленности еще больше.

Конструктивная схема центробежного компрессора представлена на рис. 52, а Центробежный компрессор действует аналогично центробежному насосу.

Отметим, что компрессорная машина представляет собой открытую термодинамическую систему, и теория этой машины с достаточно приемлемой точностью основывается на термодинамике идеального газа. При этом погрешность составляет 2…3 %

Реальный компрессорный процесс сжатия считается политропным.

Входной и Выходной патрубки

Рис. 52. Трехступенчатый центробежный компрессор:

а — общий вид; б — часть рабочего колеса с лопаточным диффузором; 1 — вал; 2 — диффузор; 3 — неподвижные направляющие лопатки; 4 — лабиринтовые уплотнения; 5 — концевые уплотнения; 6 — рабочее колесо; 7 — рабочие лопатки; 8 — корпус компрессора

Очевидно, что работа lк, совершаемая над потоком в реальном компрессоре, расходуется на сжатие и перемещение газа, изменение его кинетической энергии и на внутренние потери.

При наличии потерь в зависимости от интенсивности внешнего охлаждения процесс сжатия в компрессоре может протекать с показателем политропы п = 1,2...1,7, меньшим или большим показателем адиабаты.

К основным параметрам компрессора относятся подача, конечное давление, мощность на валу и КПД (относительный), так как совершенство компрессорного процесса оценивают при помощи относительных термодинамических КПД — изотермического ηиз и изоэнотропного ηа

Если действительный политропный процесс в компрессоре происходит с показателем п при удельной энергии L, то изотермический и изоэнтропный КПД определяют по формулам

ηиз=Lиз/L; ηа=La/L

где Lиз и La — удельные энергии изотермического и изоэнтропного процессов.

Центробежные и осевые компрессоры (с неинтенсивным охлаждением) оцениваются при помощи изоэнтропного КПД ηа. Это объясняется тем, что для компрессоров этого типа изоэнтропный процесс является эталонным и наиболее совершенным.

Подачей называется количество газа (воздуха), подаваемого компрессором в единицу времени. Различиют массовую т (кг/с) и объемную Q0(м3/с) подачу. В характеристиках машины обычно указывается объемная подача, отнесенная к условиям всасывания либо к нормальным условиям по ГОСТ 2939—63 (tн = 20 оС, pH= 101,325 кПа). Давление р, развиваемое компрессором, можно рассматривать как энергию, сообщаемую одному кубическому метру газа (1 Дж/м1 = 1 Н *м/м3 = 1 Па).

Мощность на валу центробежного компрессора для одной ступени

NB=ρQ0La/1000ηмехηа

где ρ— плотность газа (воздуха), кг/м3; Q0— объемная подача, м3/с; La — удельная энергия изоэнтропного процесса сжатия, Дж/кг; ηа—относительный изоэнтропный КПД, равный 0,8...0,9;

ηмех— механический КПД, равный 0,96 ...0,98.

Мощность многоступенчатого компрессора представляет собой сумму мощностей отдельных ступеней.

Характеристиками центробежных компрессоров называются графически изображенные зависимости р =f1(Q0), NB=f2(Q0) и ηк=f(Q0). Наиболее важной из них является зависимость между давлением (удельной работой) и подачей p=f1(Q0)

На рис. 53 перечислены размерные характеристики центробежного компрессора К-5500-42-1 при следующих начальных условиях: ТН= 293 К, Тъ = 298 К, рн - 0,1 МПа; ∆Nмех= 50 кВт при n = 3000 об/мин, mB= 166,6 кг/с. На кривых давления и мощности указаны соответствующие частоты вращения. На графике показаны также линии равных КПД (ηиз ).

Характеристики компрессоров имеют особенности, обусловленные сжимаемостью газа (воздуха). Важнейшей из них является граница помпажа, при котором подача машины уменьшается до нуля, а затем резко переходит в рабочий режим. Явление помпажа вызывает сильную вибрацию установки и связанных с ней напорных патрубков, что может вызвать выход машины из строя. Для предотвращения помпажа применяют противопомпажные клапаны, устанавливаемые на нагнетательном трубопроводе непосредственно за компрессором. При достижении давления, близкого к максимальному, клапан открывается и выпускает газ наружу или перепускает его на вход машины, не позволяя тем самым снизить подачу 0min

Рис. 53. Харакеристики компрессора К-5500-42-1 при различной частоте вращения

Размерные характеристики компрессора справедливы только для определенной температуры газа на входе в компрессор. В зимних условиях компрессоры могут иметь больший массовый расход газа т, чем летом, при одинаковых степенях повышения давления εр , так как плотность газа с понижением температуры повышается.

Конструкции центробежных компрессоров. Центробежные компрессоры предназначены для сжатия и транспортирования природного газа, а также для обеспечения работы агломерационных машин и сталеплавильных конвертеров, коксохимического производства, доменных печей, воздухоразделительных установок, холодильных машин

и др.

Рис. 54. Схема трехсекционного шестиступенчатого центробежного компрессора:

/ — компрессор; 2 — редуктор; 3 — привод; 4 - охладитель II секции; 5 -охладитель I секции

Центробежные компрессоры выполняются с большим разнообразием схем и конструкций проточной части, отдельных узлов деталей. Их изготовляют одноступенчатыми и многоступенчатыми. Повышение давления, создаваемого одной ступенью центробежного компрессора, ограничивается аэродинамической прочностью рабочего колеса. Поэтому для достижения требуемого конечного давления применяются многоступенчатые компрессоры. В современных центробежных компрессорах в зависимости от требуемого конечного давления в одном корпусе размещают 6 пеней. Многоступенчатые центробежные компрессоры могут иметь промежуточные теплообменники (охладители). После сжатия в секции, состоящей из 1...3 неохлаждаемых ступеней, газ охлаждается в теплообменнике (рис. 54).

Центробежные компрессоры общего назначения выпускаются с подачей 1,66; 4,166 и 8,33 м3/с, для кислородных блоков 15 M3/c и выше, для доменных печей — от 50 до 200 м3/с. В отдельных случаях производят машины с малой подачей 1,0—1,5 м3/с (компрессоры для нефтехимии и др.). Компрессоры с подачей более 50 м3/с имеют в основном паротурбинный привод.

Компрессоры со средней и высокой подачей большей частью выпускаются с разъемом корпуса в горизонтальной плоскости по аналогии с современными паровыми турбинами. Диффузоры и обратные направляющие аппараты составляют одно целое с корпусом или же, что встречается чаще, размещаются на диафрагмах, плотно вставленных в корпус. Диафрагмы также имеют разъем в горизонтальной плоскости.

Все центробежные компрессоры, как правило, многоступенчатые. Охлаждение корпуса компрессора улучшает его энергетические характеристики, но усложняет конструкцию корпуса, поэтому примеры таких машин единичны.

Рис. 55. Воздушный компрессор К-250-61-1:

/ — рабочее колесо I секции; 2 — диффузор канального типа первого колеса; 3 — рабочее колесо II секции; 4 - рабочее колесо III секции; 5 — думмис

На рис. 55 представлен разрез широко распространенного в промышленности воздушного компрессора К-250-61-1. Компрессор шестйступенчатый, трехсекционный, имеет корпус с горизонтальным разъемом. Все подводящие и отводящие патрубки отлиты как одно целое с нижней половиной корпуса. Диффузоры компрессора канального типа имеют горизонтальный разъем и плотно вставлены в корпус. Привод компрессора электрический и соединен с компрессором через повышающий редуктор.

На рис. 56 дан продольный разрез четырехступенчатого компрессора типа К-3250-41-2, применяемого в доменном процессе. Подача такого компрессора Q = 2840... 3250 м3/ч при конечном давлении р = 0,36 ...0,42 МПа. Привод компрессора происходит от паровой турбины AKB-12-IV с частотой вращения 2500...3400 об/мин. Охлаждение производится выносным охладителем между второй и третьей ступенями.

Регулирование подачи компрессора. Регулирование параметров компрессора производят следующими способами:

изменением частоты вращения вала;
закруткой потока перед рабочим колесом;
дросселированием потока на всасывании или нагнетании.

Приводным двигателем мощных компрессоров (мощностью более 3 МВт) является паровая или газовая турбина. Изменение частоты вращения достигается здесь без особых затруднений регулированием турбины.

Рис. 56. Доменный компрессор К.-3250-41-2'

1 — рабочее колесо I ступени; 2 — рабочее колесо II ступени; 3 — патрубок

отвода газов в промежуточный холодильник; 4— рабочее колесо III ступени; 5-

рабочее колесо IV ступени

Регулирование закруткой потока перед рабочим колесом осуществляется с помощью специального лопастного аппарата (рис. 57). При радиальном входе потока на колесо окружная составляющая абсолютной скорости С1u= 0. При повороте лопатки изменяется угол входа потока на колесо ( α = var), что влечет за собой появление составляющей С1u = var и связанное с ней изменение характеристики машины:

HT= (u2c2u – u1c1u)/g

вызванное дополнительными потерями напора (u1c1u/g). Такое регулирование достаточно эффективно, хотя и усложняет конструкцию машины.

Рис. 57. Поворотный лопастный аппарат для закручивания потока перед рабочим колесом при регулировании центробежного компрессора.

Регулирование дросселированием потока — весьма простой, но самый неэкономичный способ изменения параметров. Дроссель (задвижку, шибер) устанавливают за компрессором или перед ним на различных расстояниях. Если дроссель находится на значительном расстоянии от компрессора, то его следует считать элементом сети, а изменение параметров машины — результатом работы ее на сеть с более крутой характеристикой. Падение давления на дросселе вызывает потери мощности, снижая экономичность работы машины.

Если дроссель находится вблизи машины, то его можно рассматривать либо как элемент сети, либо как элемент машины, влияющей на кинематику потока. В последнем случае изменение параметров будет являться результатом повышения гидравлических потерь в машине. Для обоих случаев характерны дополнительные потери энергии.

Заводы—изготовители центробежных компрессоров не придерживаются единой маркировки. Как правило, буквой К обозначается компрессор с промежуточным охлаждением, первая цифра означает расчетную подачу (м3/мин), следующие цифры означают число ступеней, тип проточной части и особенность конструкции газоохладителя. Например, маркировка воздушного компрессора К-250-61-1 означает компрессор с подачей 250 м3/мин, с числом ступеней 6, типом проточной части 1 и типом охладителя 1.

studfiles.net

Нагнетатели природного газа и их характеристики

Каждый тип нагнетателя определяется своей характеристикой, которая строится при его натурных испытаниях. Под характеристикой нагнетателя принято понимать зависимость степени сжатия e, политропического КПД (hпол.) и удельной приведенной мощности (Ni / rн)пр. от приведенного объемного расхода газа Qпр. Строятся такие характеристики для заданного значения газовой постоянной Rпр., коэффициента сжимаемости zпр., показателя политропы, принятой расчетной температуры газа на входе в нагнетатель Тв в заданном диапазоне изменения приведенной относительной частоты вращения вала нагнетателя (n/n0)пр.

Таблица 5.3

Характеристики центробежных нагнетателей для

транспорта природных газов

Тип нагнетателя	Номинал. производ. при t=200C и р=1 МПа	Номинал. частота вращения об/мин	Объемн. производ. м3/мин.	Степень сжатия, e	Конечное давление на выходе, Мпа
370-14-1 Н-300-1,23 Н-196-1,45 520-12-1 370-18-1 Н-16-56 Н-16-75 Н-16-76 650-21-1 820-21-1 Купер-Бессемер: 280-30 CДР-224 2ВВ-30 Нуово-Пиньони: PCL-802/24 PCL-1001-40	19,1 20,0 10,7 29,3 36,0 51,0 51,0 31,0 53,0 53,0 16,5 17,2 21,8 17,2 45,0			1,25 1,24 1,45 1,27 1,23 1,24 1,24 1,44 1,45 1,45 1,51 1,51 1,51 1,49 1,51	5,66 5,50 5,60 5,60 7,60 5,60 7,50 7,50 7,60 5,60 5,60 7,50 7,50 7,52 7,52

Пользуются характеристиками нагнетателей следующим образом. Зная фактические значения величин R, z, TB , n для данных условий, по соотношению 5.1 определяют приведенную относительную частоту вращения нагнетателя (n/n0)пр. По известной степени сжатия с использованием характеристики нагнетателя находят объемный расход газа Q0, а по соотношению 5,2 определяется приведенный объемный расход газа Qпр.. По соответствующим кривым характеристики нагнетателя определяется политропический КПД hпол. и приведенная внутренняя мощность нагнетателя Ni /rB)пр.:

(5.1)

Qпр. = Q0 (5.2)

Внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем, определяется соотношением:

Ni = (5.3)

В соотношениях 5.1-5.3 индексом «0» отмечен номинальный режим работы нагнетателя; индексом «в» – отмечены параметры газа на входе в нагнетатель. Плотность газа на входе в нагнетатель rв , кг/м3 определяется по соотношению:

(5.4)

Приведенная разность энтальпии газа:

(5.5)

Приведенная удельная потенциальная работа:

(5.6)

Показатель политропного процесса сжатия газа:

m = (5.7)

Политропный (фактический) КПД нагнетателя определяется из сопоставлений соотношений (5.5 и 5.6):

(5.8)

двухступенчатый центробежный нагнетатель природного газа. Центробежный нагнетатель природного газа

5.3. Нагнетатели природного газа и их характеристики

§ 41. Нагнетатель природного газа

Двухступенчатый центробежный нагнетатель природного газа

«Расчет нагнетателя природного газа на степень сжатия 1,7»

Содержание

Введение

1. Исходные данные для расчета

2. Расчет первой ступени

2.1 Определение действительного напора, наружного диаметра рабочего колеса и объемной производительности.

двухступенчатый центробежный нагнетатель природного газа - патент РФ 2270933

Рисунки к патенту РФ 2270933

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

2. Центробежные компрессоры

Нагнетатели природного газа и их характеристики

Похожие статьи: