Турбокомпрессоры, принцип работы
Основные элементы центробежных компрессоров
Рис. Формы сечений нагнетательной камеры (улитки)
а - радиальное сечение улитки; б - улитка после лопаточного диффузора;
в - бездиффузорная улитиа; г – внутренняя улитка
Схема расположения диффузора обратного направляющего канала
и уплотнений рабочего колеса
Центробежный нагнетатель
Компрессор мощностью 16 МВт
Сухое газовое уплотнение СГУ
Одно из колец фиксируется на валу компрессора, другое фиксируется в корпусе компрессора. На рабочей поверхности одного выточены ряд канавок спиральной формы. При вращении эти канавки генерируют гидродинамическую подъемную силу, создающую газовую пленку чрезвычайно высокой упругости, обеспечивающей герметичность уплотнения.
Материалы колец:- особо коррозионно – стойкое – карбид вольфрама или карбид кремния. Для ответного кольца – пропитанный сурьмой графит.
Особенности конструкции турбокомпрессора.
Мощность
При работе центробежного компрессора возникают потери мощности различного вида:
- объемные потери, внутренние и внешние;
- гидравлические;
- механические (потери на трение в подшипниках, на трение между диском колеса и жидкостью, на трение жидкости о поверхность корпуса)
Кроме того, в центробежных компрессорах затрачивается мощность на преодоление сил инерции, возникающих вследствие изменения скорости жидкости в каналах рабочего колеса и появления ускорения. Общие потери мощности могут составлять до 30%.
РЕГУЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ КОМПРЕССОРОВ
Регулирование работы центробежных компрессоров, т. е. изменение основных их параметров (давления нагнетания и производительности), осуществляется с целью обеспечения их значений на определенном уровне.
Причины, которые могут привести к изменению Q и р, в основном зависят от работы системы нагнетания: увеличение отбора сжатого газа приводит к снижению· давления и необходимости повысить производительность компрессора. Уменьшение расхода газа в линии нагнетания приводит к снижению производительности машины.
Процесс регулирования сводится к поддержанию в сети заданного давления (например, при подаче газов на газораспределительные установки или в системы пневматических приводов) или к сохранению неизменным расхода (в системах доменного дутья, а также в системах газоснабжения).
Регулирование работы центробежных компрессоров производится теми же способами, которые применяются при регулировании центробежных насосов.
Ротационные компрессоры
В ротационных машинах сжатие газа осуществляется в камерах с периодически уменьшающимся объемом, Т.е. принцип действия такой же как у поршневых машин. Разница состоит в том, что в ротационных машинах вместо поршня, имеющего возвратно-поступательное движение, сжатие осуществляется в специальных камерах, образованных пластинами ротора, двигающимися все время в одном направлении.
Устройство ротационной машины видно из рис. Внутри чугунного корпуса 1, имеющего внутри цилиндрическую расточку, помещен ротор 2 с пазами, в которых свободно ходят пластины 3. Ось ротора смещена относительно оси цилиндрического отверстия корпуса 1. Ротор вращается в направлении, указанном на рисунке стрелкой.
Газ, поступающий в компрессор через всасывающий патрубок, отсекается пластинами при вращении ротора в тот момент, когда происходит соприкосновение камеры с краем цилиндрической расточки корпуса (точка а). По мере поворота ротора расстояние между ним и корпусом, а следовательно, и объем камеры сжатия уменьшаются. Пластины при этом утапливаются в пазы ротора. Сжатие происходит до тех пор, пока пластина не дойдет до окна имеющегося в цилиндрической части корпуса со стороны камеры нагнетания (точка б). Затем газ поступает в напорный патрубок (линия бс). От точки с до точки d происходит расширение газа оставшегося в «мертвом» пространстве.
Благодаря большой скорости вращения пластины под воздействием центробежной силы всегда прижаты к цилиндрической расточке корпуса, а в момент прохождения над окнами удерживается специально предусмотренными направлениями.
Ротационные компрессоры строят одно- и двухступенчатыми. Они имеют производительность от 0,083 до 1,1 м3/с и развивают давление одноступенчатые 0,4 МПа, двухступенчатые до 1 МПа.
При вращении вала в противоположную сторону ротационный компрессор может работать как вакуумная машина.
Особенность ротационного компрессора заключается в следующем. Степень сжатия ротационного компрессора не зависит от давления в нагнетательном трубопроводе, а зависит от геометрических размеров компрессора. Если компрессор рассчитан на давление нагнетания 0,4 МПа, то при давлении нагнетания, равном 0,2 МПа, он будет потреблять такую же мощность, как и в первом случае что и при 0,4 МПа. Происходит это из-за того, что изменение объема камеры сжатия в процессе перемещения ее от всасывающего окна к нагнетательному в ротационном компрессоре зависит только от геометрии компрессора и, следовательно, в машине, рассчитанной на 0,4 МПа, газ будет сжиматься на ту же величину и при меньшем давлении нагнетания. В тот момент, когда камера сжатия будет сообщена с нагнетательными патрубками, газ расширится до давления в этом патрубке и работа, затраченная на излишнее сжатие, пропадет без пользы.
Для того чтобы избавится от этого недостатка, на цилиндрической части корпуса предусматривают нагнетательные клапаны.
Регулирование производительности ротационных компрессоров достигается либо изменением числа оборотов ротора, либо дросселированием на всасывании. Машины, имеющие нагнетательные клапаны переводят на холостой ход, соединяя нагнетательный патрубок со всасывающим.
По сравнению с поршневыми компрессорами ротационные имеют ряд преимуществ:
- компактность и небольшой вес; ротационный компрессор занимает площадь меньше поршневого компрессора той же производительности;
- спокойная уравновешенная работа, обусловленная отсутствием кривошипно-шатунного механизма; благодаря этому под компрессор требуется небольшой фундамент;
большое число оборотов компрессора, допускающее применение много оборотных электродвигателей; большая равномерность подачи
- простота конструкции; меньше, чем у поршневой машины, число деталей
Рис. Ротационный компрессор
Наряду с этим ротационные компрессоры имеют следующие недостатки:
- меньший КПД, чем у поршневых
машин;
- большая точность изготовления и более сложная технология;
- ограниченное конечное давление.
Вопросы для самоконтроля
1. Область применения компрессорного оборудования в нефтяной промышленности.
2. Принцип действия поршневого компрессора.
3. Условия сжатия газа в поршневых компрессорах. Политропный процесс.
4. Идеальная индикаторная диаграмма цикла поршневого компрессора.
5. Работа на сжатие единицы массы газа в компрессоре.
6. От чего зависит температура в конце процесса сжатия в одной
7. ступени?
8. Производительность поршневых компрессоров.
9. Объемный коэффициент подачи поршневого компрессора.
10. Что такое степень сжатия?
11. Принцип получения высоких давлений в поршневых компрессорах.
12. Многоступенчатые поршневые компрессоры.
13. Индикаторная диаграмма поршневого компрессора.
14. Охлаждение сжимаемого газа между ступенями.
15. Принцип расчета системы охлаждения.
16. Конструкция межступенчатых теплообменников.
17. Определение полезной мощности компрессора.
18. Определение эффективной мощности компрессора, КПД компрессора.
19. Принцип действия винтового компрессора.
20. Чем отличаются винтовые компрессоры «мокрого» и «cyxoгo» сжатия?
21. Классификация поршневых компрессоров.
22. Конструкция клапанов поршневых компрессоров.
23. Что такое дифференциальный поршень?
24. Конструкция уплотнения штоков.
25. Циркуляционная система смазки поршневых компрессоров.
26. Лубрикаторная система смазки компрессора.
27. Принцип действия турбокомпрессора.
28. Что такое помпажная зона центробежного компрессора?
29. Конструкция центробежного компрессорного агрегата.
30. Уплотнения в центробежных компрессорах.
31. Чем образована рабочая камера ротационного компрессора?
32. Регулирование работы поршневого компрессора.
33. Влияние «мертвого» пространства на работу компрессора.
34. Эксплуатация поршневых компрессоров.
35. Эксплуатация винтовых компрессоров.
36. Эксплуатация центробежных компрессоров.
37. Неисправности поршневых компрессоров.
Турбокомпрессоры, принцип работы
Лопастные компрессоры подобны по принципу действия лопастным насосам, в которых повышение давления воздуха или газа основано на принципе сообщения им большой скорости, преобразуемой затем в давление.
Область применения турбокомпрессоров - это низкие и средние давления и большие производительности. Здесь также применяются центробежные и осевые типы лопастных машин. Лопастные компрессоры бывают одноступенчатые и многоступенчатые.
Как и во всякой центробежной машине, основной частью их являются рабочие колеса, при помощи которых передается энергия от двигателя к сжимаемому газу.
Уравнение для определения теоретического напора, создаваемого колесом центробежного насоса и формула Эйлера, уравнение (2.5) справедливы и при расчете центробежных компрессорных машин.
Правда через колесо турбокомпрессора протекает не капельная жидкость, а газ, вследствие чего рассматриваемые нами процессы несколько усложняются из-за изменения плотности газа при изменении его давления. Однако существующие внутри колеса разности давлений так малы, что расчет можно вести по средней удельной плотности.
Рабочее колесо центробежной машины сообщает протекающему газу тем больший напор, чем больше будет окружная скорость на выходе из колеса. На величину окружной скорости накладывает ограничение прочность колеса. В настоящее время при выполнении колес из легированной стали в одном колесе можно получить степень сжатия ξ = 1,25 ... 1,5.
Если требуется получить большие степени сжатия, то сжатие газа осуществляется последовательно в нескольких колесах. Скорость газа при выходе его из рабочего колеса велика и достигает 160 ... 170 м/с, Т.е. газ обладает большой кинетической энергией.
Для преобразования кинетической энергии газа в давление в неподвижном корпусе турбомашины обычно предусматривают направляющий аппарат, реже безлопаточный диффузор, в котором скорость газа уменьшается и увеличивается его напор.
Компрессор типа 43ГЦ2-100/5-100предназначен для компримирования нефтяного газа и подачи его в высоконапорную систему распределения при газлифтной эксплуатации скважин. Состоит он из электродвигателя, соединенного через мультипликатор с двумя корпусами сжатия: низкого (КНД) и высокого (КВД) давлений.
Корпус - стальной кованный цилиндр с вертикальным разъемом, закрываемый толстостенными крышками. Внутри него расположен аэродинамический узел с ротором неразборного типа, рабочие колеса которого крепятся на валу на горячей посадке. Для предотвращения утечек газа предусмотрены гидравлические (масляные) концевые уплотнения. Опоры валов компрессора и мультипликатора - подшипники скольжения.
Мультипликатор одноступенчатый горизонтального типа с эвольвентным зацеплением. Охлаждение сжимаемого газа - воздушное. Охлаждение приводного электродвигателя - антифризом (смесь 60% триэтиленгликоля с водой) или в летнее время - водой с расходом 0,02 мЗ/с при давлении 0,294 МПа и температуре 30 оС.
Система смазки - циркуляционная принудительная со свободным сливом масла в бак. Во избежание износа подшипников и уплотнений во время пуска и остановки в маслосистеме и системе уплотнений предусмотрены рабочие и резервные маслонасосы с приводом от электродвигателей.
В зависимости от молекулярной массы компримируемого нефтяного газа изготавливают пять модификаций компрессоров, различающихся зубчатыми парами мультипликатора, обеспечивающими соответствующую частоту вращения роторов.
В комплект поставки компрессора 43ГЦ2-100/5-100 входят блоки промежуточного и концевого сепараторов, блоки промежуточного и концевого аппаратов воздушного охлаждения масла, арматура, система автоматики и защиты.
Система автоматики и КИП обеспечивает дистанционный пуск и останов компрессора; антипомпажную защиту; регулирование и контроль основных параметров; предупредительную и аварийную сигнализацию; блокировку, разрешающую пуск компрессора после выполнения всех предпусковых операций; отключение компрессора при аварийных режимах.
