Применение центробежных компрессоров. Компрессор центробежный


Центробежный компрессор | Техника и человек

Центробежный омпрессор — устройство для перемещения газа и повышения полного давления последнего. Данный вид компрессора относится по принципу действия к динамическому типу компрессоров. Они широко применяются в быту, и в промышленности. Для вентиляции помещений и в турбореактивных двигателях. Для вентеляции покрасочных мастерских и для смены объема воздуха в туннелях метро.

По своим характеристикам и устройству центробежные компрессоры разделяют:

Устройство рабочего колеса

Колеса открытого типа применяются редко. В основном их используют в двух­ступенчатых или многоступенчатых компрессорах, на второй и последующих ступенях. Условия работы начиная со второй ступени связаны с высокими температурами, т.к. выходящий сжатый газ с первой ступени имеет высокую температуру, в следствии механического сжатия.

При таких условиях работы ступеней компрессора со второй и далее,  центробежные колеса из алюминиевых сплавов не годятся. И их изготовляют из ста­ли или титановых сплавов.

Преимущества таких колес — простота в изготовлении, маленькая масса колеса, инерционные осевые усилия почти полностью отсутствуют

Недостатки — не­сколько увеличенные гидравлические потери при изменении направле­ния воздуха с осевого на радиальное (из-за плохой формы канала), большие потери на трение колеса о воздух, склонность лопаток к вибрации.

Лопатки, отхо­дящие от ступицы в радиальном направлении, фрезеруются из стальной или титановой штамповки. Штамповка обеспечивает увеличению прочности лопаток (увеличивается усталостная прочность) в сравнении с листовым не обработанным материалом. Штамповка обеспечивает расположение волокон материала по конфи­гурации детали и создает локации упрочнения материала. Так как диск в колесе частично отсутствует, масса колеса существенно умень­шается. Инерционные осевые усилия в таком исполнении колеса по сравнению с другими видами колес почти отсутствуют.

У колес открытого типа есть ряд недостатков, из за которых их почти не используют, а именно:

  • увеличенные гидравлические потери при изменении направле­ния воздуха с осевого на радиальное (из-за плохой формы канала),
  • большие потери на трение колеса о воздух,
  • склонность лопаток к вибрации.

В подавляющем большинстве современных компрессоров применяются ко­леса полуоткрытого типа. Лопатки такого колеса выпол­няются за одно целое со сплошным диском, придающим всей детали прочность и жесткость. Форма канала здесь более благоприятна (бо­лее плавный поворот струи), в силу чего гидравлические потери и по­тери на трение колеса о воздух меньше, чем у колес открытого типа.

Колеса закрытого типа имеют самые маленькие показатели трение о воздух. Зазор между колесом и стенкой корпуса не имеет значение и могут достигать больших значений (при значениях которых, колеса других типов не могли бы эффективно работать) для данного колеса и никак не влияет на гидравлические потери, чем при полуоткрытых колесах. Закрытые колеса по ряду причин применя­ются редко:

  • сложность изготовле­ния,
  • недостаточной прочностью при высоких окружных скоростях передней стенки, ограничивающей радиальные межлопаточ­ные каналы. Передняя стенка ослаблена входным отверстием,
  • сложная механическая обработка, часто при обработки передней стенки колеса, в ней частично перерезаются волокна материала, что также уменьшает ее прочность.

Такие колеса изготов­ляются путем механической обработки — штамповки из алюминиевого сплава.

Полуоткрытые колеса компрессоров современных компрессоров изготовляются из жаростойких алюминиевых сплавов штамповкой с последующей механической обработкой и полированием наружных поверхностей. После полирования поверхности колес подвергаются анодному оксидирова­нию (анодируются). Анодированная поверхность имеет высокую твердость, а так же выполняет защитную функцию от механических повреждений и предотвращает коррозию и, кроме того, она становит­ся более гладкой, что уменьшает по­тери па трение воздуха о стенки колеса.

Окончательная чистовая обработка межлопаточ­ных каналов центробежных колес всех типов должна соответ­ствовать 8 или 9-му классам, что достигается зачисткой и по­лированием. Если при балансировке с диска снимается металл, то ано­дирование выполняется после балансировки.

Соединение колеса с валом

Переда­ча крутящего момента от вала к колесу происходит несколькими способами.

  • фланцевое соединение, участки вала крепятся к колесу с помощью фланцев и шпилек. Крутящий момент от вала к колесу передается по большей части упругой силой металла шпильки на срез, а так же силой трения, возникающей на поверхности соприкосновения фланца вала с колесом. Крепежные шпильки ввернуты с малым натягом или без натяга. При этой конст­рукции допустимы несколько большие окружные скорости, чем при дру­гих, так как колесо меньше ослаблено в ступице, так как шпильки ввернуты без натяга.
  • Шлицевое соединение. Крутящий момент передается гранями шлицов. Такое соединение ослабляет колесо. И не допустимо для компрессоров, которые используются при больших окружных скоростях. Ослобление конструкции происходит по двум причинам: во-первых, вследствие концентрации напряжений в шлицах и, во-вторых, вследст­вие увеличения напряжений при посадке колеса на вал с натягом. Натяг обеспечивает между колесом и валом отсутствие зазора при тепловом расширении и от расширения посадочных размеров ступи­цы под действием центробежных сил. Появление зазора нарушило бы балансировку колеса и вызвало ряд дефектов при работе двигателя.

В итоге получается, что при соединении, вала и колеса при помощи шпилек, которые работающих на срез, колесо ослаблено меньше. Концентрация напряжений в отверстиях под шпильки меньше, чем у шлицев. Соединение шпильками и фланцем используют в компрессорах реактивных двигателей. А способ шлицевого крепления применяют для соединения колеса с валом в нагнетателях поршневых двигателей и так же применяемые в турбостар­терах,

При большой передаваемой мощ­ности и больших окружных скоростях шлицы может срезать.

Направляющий аппарат

Направляющий аппарат (НА) устанавливают перед колесом компрессора в случае 2ух стороннего колеса, когда поток газа поступает с боку и его надо перенаправить на колесо, развернув поток на 90 0.НА центробежного компрессора мо­жет быть:

  • неподвижным, укрепленным на входе,
  • вращающимся, сое­диненным с колесом.

Неподвижный направляющий аппарат (ННА)Неподвижный направляющий аппарат (ННА) устанавливается на входе в компрессор в том случае, когда необходимо создать закрутку воздуха в направлении вращения колеса. Эта закрутка служит для уменьшения относительной скорости входа воздуха на лопатки колеса, соответствующего относительной скорости по­тока на колесе. Лопатки ННА располагаются по окружности вокрут оси вращения и соединяются в узел с помощью боковых колец. Конструкция ННА обычно включает в себя, кроме того, набор разделительных профилированных колец для выравнивания поля скоростей воздуха на входе в колесо. Крепление узла неподвижного направляющего аппарата к силовой раме компрессора осуществляется болтами. Детали ННА изготовляются из листового материала (из алюми­ниевого сплава) и после слесарной зачистки анодируются.

Вращающийся направляющий аппарат (ВНА)Вращающийся направляющий аппарат (ВНА) предназначен для обеспечения входа воздуха на колесо с минимальными потерями и обычно представляет собой лопатки выполненные заодно с диском компрессора, так называемое — колесо компрессора. Лопатки ВНА получают путем механической обработки из штампованной заготовки с расположением волокон вдоль будущих лопаток. После обработки эта деталь приваривается к диску компрессора и также анодируется. Либо же ПНА отливают с диском заодно.

Углы направления потока к входным кромкам лопаток ВНА опре­деляются из газодинамического расчета. При условии безударного вхо­да воздуха на лопатку (с пулевым утлом атаки) эти углы будут в то же время представлять собой углы установки лопаток. Однако на осно­вании результатов теоретических и экспериментальных исследований конструкций ВНА можно считать, что потери на удар сказываются на к.п.д. компрессора гораздо меньше, чем потери, вызванные наличием диффузорности в каналах направляющего аппарата и колеса. Угол диффузорности больше 6 — 12° вызывает срыв потока и по­явление вихрей. Для уменьшения диффузорности в каналах ВНА углы атаки лопаток делают большой величины, доходящей на наружном диаметре ВНА до 20 — 23°.

Корпус компрессора

Корпус компрессора делается составным из нескольких частей с плоскостями разъема, перпендикулярными оси вала. Отдельные части центрируются между собой на посадочных поясках или контрольных штифтах и соединяются с помощью шпилек или болтов.

Составные части корпуса центробежного компрессора

Детали корпуса центробежного компрессора: 1—корпус диффузора; 2—лопатки диффузора; 3 и 4—выходные патрубки; 5—фланец крепления топливной форсунки; 6—задний входной канал; 7—стенка входного канала; 8—-разделительные кольца во входном канале; 9—задняя силовая ферма; 10—окна для подвода воздуха к колесу вентилятора; 11—защитная сетка; 12— каркас сетки; 13—нижняя опорная точка крепления; 14—одна из двухопорных цапф; 15—лопатки в выходном патрубке; 16—регулировочная прокладка; 17—лопатки неподвижного направляющего аппарата

патрубки к камерам сгоранияЦентральную часть корпуса компрессора (см. рисунок выше) образует кор­пус 1 диффузора, имеющий коробчатое сечение. С целью упрощения литья корпуса патрубки 4 выполняются отъемными. Ввиду малого радиуса закругления патрубков (что необходимо для уменьшения габаритных размеров компрессора) для выравнивания по­ля скоростей применяются направляющие лопатки, изготавливаемые из алюминиевого сплава и заливаемые в стенку патрубка при его отливке. Перед отливкой лопатки закрепляются в земляном стерж­не, образующем внутреннюю конфигурацию патрубка.

К корпусу диффузора крепятся с обеих сторон силовые рамы фер­менного типа с проходами для воздуха между их стержнями. При боль­ших размерах компрессора силовая ферма может иметь промежуточное кольцо, соединяющее стержни рамы.

Для предохранения компрессора от засасывания в него посторон­них предметов входное устройство обычно закрывается проволочной сеткой с толщиной проволоки около 0,8 мм и размерами ячеек 2×2 мм. Увеличение диаметра проволоки при такой частой сетке приводит к значительному уменьшению проходного сечения: при увели­чении диаметра на 0,1 мм проходное сечение уменьшается на 15%.

Подшипники ротора устанавливаются в крышках, расположенных внутри силовой фермы. Фиксация колеса относительно корпуса компрессора в осевом на­правлении осуществляется с помощью упорного подшипника.

Торцовые зазоры между колесом и корпусом компрессора при сборке компрессора регулируются кольцами 17 между фланцем корпуса подшипника и промежуточной стенкой, к которой крепится корпус, а также 18 — между внутренним кольцом подшипни­ка и бортиком вала. При этом зазор между колесом и корпусом со сто­роны камер сгорания и упорного подшипника делается больше, с про­тивоположной стороны — меньше. При нагревании корпус будет сдви­гаться влево относительно упорного подшипника, в результате чего первый зазор будет уменьшаться, а второй — увеличиваться.

Материалы изготовления компрессора

Колесо и вращающийся направляющий аппарат изготовляются из штамповок алюминиевых сплавов АК2, АК4 и ВД17 и подвергаются ме­ханической обработке, а неподвижный направляющий аппарат изготов­ляется из листового дуралюмина Д1. Отдельные части корпуса и диф­фузора отливаются из силуминов АЛ4 и АЛ5.

Когда температуры направляюще­го аппарата и колеса могут быть >250° С (для компрессоров с несколькими ступенями), колесо должно быть изготов­лено из титановых сплавов ВТЗ, ВТ10, а неподвижный направляющий аппарат — из листового титанового сплава ВТЗ-1.

Материалами для вала служат стали 18ХНВА, 12Х2Н4А, 40ХНМА.

zewerok.ru

Центробежный компрессор - это... Что такое Центробежный компрессор?

Лопаточный или лопастной компрессор — это разновидность компрессоров, предназначенная для повышения давления рабочего тела за счёт взаимодействия последнего с подвижными и неподвижными лопаточными решётками компрессора. Принцип действия лопаточных компрессоров — увеличение полного давления рабочего тела за счёт преобразования механической работы компрессора в кинетическую энергию рабочего тела с последующим преобразованием ее во внутреннюю энергию.

Осевой компрессор

Рисунок иллюстрирующий работу осевого компрессора

Отдельно взятая ступень компрессора.

В осевом компрессоре поток рабочего тела, как правило воздуха, движется условно вдоль оси вращения ротора компрессора.

Осевой компрессор состоит из чередующихся подвижных лопаточных решёток ротора, состоящих из лопаток закреплённых на валу и именуемых рабочими колёсами (РК), и неподвижных лопаточных решёток статора и именуемых направляющими аппаратами (НА). Совокупность, состоящая из одного рабочего колеса и одного направляющего аппарата именуется ступенью.

Компрессорная лопатка1 - передняя кромка,2 - перо лопатки,3 - задняя кромка,4 - замок лопатки

Треугольники скоростей рабочего колеса иллюстрирующие сложное движение частиц воздуха. Видна диффузорность межлопаточного канала.

Пространство между соседними лопатками как в рабочем колесе, так и в направляющем аппарате именуется межлопаточным каналом. Межлопаточный канал в как в рабочем колесе, так и в направляющем аппарате диффузорный, то есть расширяющийся. Межлопаточный канал является расширяющимся, когда диаметр окружностей, вписанных в этот канал увеличивается при вписывании этих окружностей от передней кромки к задней.

При прохождении через рабочее колесо, воздух участвует в сложном движении.

Где абсолютное движение — движение частиц воздуха относительно оси двигателя. (На рисунке обозначено буквой u).

Относительное движение — движение частиц воздуха относительно лопаток рабочего колеса. (На рисунке обозначено буквой w).

Переносное движение — вращение рабочего колеса относительно оси двигателя. (На рисунке обозначено буквой U).

Таким образом, когда частицы воздуха попадают в рабочее колесо со скоростью, обозначенной на рисунке вектором w1, лопатки воздействуют на частицы воздуха придавая им переносную скорость обозначенную на рисунке вектором U. По правилу сложения векторов абсолютная скорость частиц воздуха, в этот момент обозначена вектором u1.

При прохождении через рабочее колесо, за счет диффузорности межлопаточного канала, происходит уменьшение модуля переносной скорости на выходе из рабочего колеса w2, за счёт кривизны межлопаточного канала происходит изменение направления вектора переносной скорости на выходе из рабочего колеса w2. На выходе из рабочего колеса на частицы воздуха продолжают действовать лопатки, придавая им переносную скорость обозначенную на рисунке вектором U. По правилу сложения векторов абсолютная скорость частиц воздуха, в этот момент обозначена вектором u2, который изменяет направление и увеличивается по модулю. Таким образом в рабочем колесе происходит рост полного давления воздуха.

После рабочего колеса воздух попадает в направляющий аппарат. За счёт диффузорности межлопаточного канала происходит торможение потока, что приводит к росту статического давления. Кривизна межлопаточного канала приводит к повороту потока для получения более эффективного угла входа потока воздуха в следующее рабочее колесо.

Таким образом, ступень за ступенью, происходит повышение давления воздуха. Скорость потока в рабочем колесе растет, в направляющем аппарате - падает. Но, ступени компрессора и весь компрессор проектируют таким образом, что бы скорость потока уменьшалась. При прохождении воздуха через компрессор растет и его температура, что является не задачей компрессора а отрицательным побочным эффектом. Перед входом в первое рабочее колесо может быть установлен входной направляющий аппарат (ВНА) который производит предварительный поворот потока воздуха на входе в компрессор.

Двухкаскадный осевой компрессор двигателя Rolls-Royce RB 199.

Достаточно высокая степень газодинамической инертности лопастных компрессоров является причиной того, что комперссор достаточно медленно набирает обороты, обладает низкой приемистостью. Лопастные компрессоры, как правило, приводятся в движение турбинами, которые, в свою очередь весьма долго снижают свои обороты, таким образом, смена режимов работы таких турбо-компрессоров занимает достаточно длительный промежуток времени. Решением данной проблемы стало разделение компрессоров на каскады. Часть ступеней компрессора стали крепить на одном валу, часть - на другом, каждую из частей, в этом случаи, приводит в движение своя турбина. Данное решение как улучшило работу компрессоров на переходных режимах, так и повысило их газодинамическую устойчитвость. Другим средством повышения газодинамической устойчивости осевых компрессоров стало применение поворачивающихся направляющих аппаратов, для изменния угла входа потока в рабочее колесо, в зависимости от режима работы двигателя.

Сверхзвуковые компрессоры. Частота вращения роторов современных компрессоров достигает десятков тысяч оборотов в минуту. Переносная скорость частицы воздуха в РК (U) зависит от радиуса вращения этой частицы относительно продольной оси двигателя. При достаточно длинном пере лопатки переносная скорость вырастает настолько, что абсолютная скорость движения частицы воздуха становится сверхзвуковой. В данной ситуации компрессор именуют сверхзвуковым, или же ступень компрессора именуют свехзвуковой, если такая ситуация возникает в определенной ступени компрессора.

Центробежный компрессор.

Препарированный ТРД General Electric J-31 с радиальным центробежным компрессором.

Схематическое изображение центробежного реактивного рабочего колеса.

Принцип действия центробежного компрессора в общем сопоставим с принципом действия осевого компрессора, но с одним существенным различием: в центробежном компрессоре поток воздуха входит в рабочее колесо вдоль оси двигателя, а в рабочем колесе происходит поворот потока в радиальном направлении. Таким образом, в рабочем колесе за счет центробежной силы создается дополнительный рост полного давления. То есть частицы рабочего тела получают дополнительную кинетическую энергию.

Рабочее колесо центробежного компрессора представляет собой диск или же сложное тело вращения, на котором установлены лопатки, расходящиеся от центра к краям диска. Межлопаточный канал в центробежном рабочем колесе, так же, как и в осевом - диффузорный. По типу используемых лопаток рабочие колеса квалифицируются на радиальные (профиль лопатки ровный) и реактивные (профиль лопатки изогнутый). Реактивные рабочие колеса обладают более высокими КПД и степенью сжатия, но сложнее в изготовлении, как следствие - дороже. Поток газа попадает в рабочее колесо центробежного компрессора, где частицам газа передается кинетическая энергия вращающегося колеса,диффузорный межлопаточный канал производит торможение движения частиц газа относительно вращающегося колеса, центробежная сила придает дополнительную кинетическую энернию частицам рабочего тела и направляет их в радиальном направлении. После выхода из рабочего колеса частицы рабочего тела попадают в диффузор, где происходит их последующее торможение, с преобразованием их кинетической энергии вв внутреннюю.

Краткое сравнение осевых и центробежных компрессоров

ТРД с осевым компрессором.

ТРД с центробежным компрессором

1. По степени сжатия (повышения давления) в ступени. Большую степень повышения давления обеспечтвают ступени центробежных компрессоров.

2. По реализации многоступенчатости. Многократный поворот воздушного потока в центробежном компрессоре приводит к сложности реализации многоступенчатости в нем.

3. По габаритам. Центробежные компрессоры, как правило обладают достаточно большим диаметром рабочего колеса. Многоступеснчатые осевые компрессоры - обладают меньшим диаметром, но длинее в осевом направлении.

Осевые компрессоры, в основном, используются в самолетных и вертолетных воздушнореактивных двигателях (ВРД). Центробежные в наземных газотурбиннвых двигателях (ГТД) и силовых установках, а так же в различных газоперекачивающих системах, системах вентиляции, всевозможных нагнетателях газа или воздуха.

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.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

Компрессор центробежный

Сейчас машиностроение, как и другие отрасли, промышленность, испытывает трудности в обеспечении сырьем, материальными и энергетическими ресурсами. Это вызывает необходимость разрабатывать более ресурсосберегающие технологии, быстро внедрять их в производство и качественно выполнять. Рациональное сочетание стоимости и качества изделий машиностроения приносит пользу народному хозяйству страны также и при их эксплуатации. Так, компрессор центробежный, как составляющая единица газоперекачивающего агрегата, переносит свою стоимость транспортирования газа и, следовательно, на стоимость его для потребителей.

Компрессор центробежныйКомпрессор центробежный

Экономия материалов, сырья, энергии при производстве изделий машиностроения снижает их себестоимость, и, следовательно, делает их более выгодными для предприятий — потребителей данной продукции.

Представители всех профессий и специальностей, которые участвуют в создании машин, и в частности компрессора ГЦ2-580/51-76, могут сделать свой вклад в работу по повышению качества и снижению стоимости изделия. Например, технолог может разработать более совершенный технологический процесс с применением прогрессивного оборудования, технологической оснастки, режущего инструмента и т.д. Конструктор может повысить технологичность конструкции изделия и тем самым упростить механическую обработку и т.п.

Большинство изделий машиностроения являются сложными сборными конструкциями, состоящими из десятков и сотен отдельных деталей. Чтобы добиться эффективной работы всего агрегата, необходимо усовершенствовать каждую его составляющую в соответствии с ее функциональным назначением и условиями работы в узле. Задача технолога при этом — разработать более совершенный технологический процесс, а более глобально — усовершенствовать систему технологической подготовки производства.

Анализ служебного назначения машины, узла, детали. описание условий эксплуатации детали

Компрессор центробежный ГЦ2-58051-76 с вертикальным разъемом корпуса предназначен для сжатия газа, поступающего по всасывающему трубопроводу, до необходимого давления и подачи его в нагнетательный трубопровод.

Принцип действия центробежного компрессора состоит в том, что в полость всасывания подается газ под начальным давлением: при вращении рабочего колеса на стороне входа у него образуется разрежение, вследствие чего газ поступает по всасывающему трубопроводу в каналы между лопатками рабочего колеса; в рабочем колесе под действием центробежных и газодинамических сил, возникающих при обтекании лопастей, происходит повышение давления и увеличение скорости газа; поступив из рабочего колеса в диффузор, газ значительно снижает свою скорость и повышает давление: в следующую ступень газ повышенного давления поступает по обратному направляющему аппарату; пройдя все ступени, газ попадает в выходную улитку и направляется в нагнетательный трубопровод.

Основные технические характеристики компрессора приведены в таблице 1.

Таблица 1

Наименование параметров Значение
Производительность по условиям всасывания м3/с (м3/мин), не менее 9.68 (580,6)
Давление начальное номинальное, МПа (кгс/см) 4.97 (50.7)
Давление конечное номинальное, МПа (кгс/см) 7.45 (76)
Отношение давлений 1,5 0,015
Частота вращения ротора компрессора номинальная, с‘1 (об/мин) 83.33 (5000)
Политропный КПД компрессора, %, не менее 84

Основные функциональные узлы, которые входят в состав компрессора, это ротор, концевые уплотнения ротора, корпус внутренний, подшипник опорный, подшипник опорно-упорный, блок маслонасосов.

Подшипник опорно-упорный является одной из опор вала ротора, который воспринимает как радиальные, так и осевые нагрузки и служит для фиксации вала в определенном положении в узле. Точность расположения оси вала ротора относительно базовых элементов компрессора зависит от точности посадки подшипника в крышке компрессора.

Вал ротора вращается с высокой частотой (п=5000 об/мин), его масса, как и масса установленных на нем деталей велика, поэтому и нагрузки на опоры вала будут большими. Из этого следует, что опорно-упорный подшипник должен обеспечивать точное расположение вала, иначе в процессе эксплуатации будут возникать инерционные нагрузки, которые приведут к возникновению вибраций ротора, что недопустимо. Для контроля вибраций на вал устанавливается специальный датчик.

Опорно-упорный подшипник состоит из двух частей: опорного подшипника, воспринимающего радиальные нагрузки и упорного подшипника, воспринимающего осевые нагрузки.

В радиальном (опорном) подшипнике для предотвращения вибраций используют самоустанавливающиеся сегментные вкладыши, которые благодаря образованию в подшипнике нескольким зазоров клиновидной формы, обеспечивают устойчивую работу подшипника. Наряду с безвибрационной работой преимуществом подшипников с сегментными вкладышами является возможность самоустанавливатъся, что предотвращает появление кромочного контакта цапфы вала и подшипника. Смазка подшипников принудительная. Подвод смазки осуществляется через отверстия в верхней и нижней половинках корпуса.

Опорный подшипник состоит из разъемного в горизонтальной плоскости стального корпуса, обе части которого соединены болтами пригонными, колодок опорных, которые удерживаются в корпусе специальными проточками, выполненными в разъемных втулках. Колодки стопорятся от поворота относительно корпуса штифтами.

Корпус подшипника в сборочном узле выполняет ряд функций. Во-первых, он является базовой деталью всего узла, т.е. определяет его положение в изделии. Во-вторых, он является базирующей деталью, т.е. определяет положение другие деталей в узле, а именно разрезных втулок и опорный колодок, которые являются наиболее ответственными элементами подшипника. В-третьих, корпус подшипника является частью системы подвода смазки к исполнительные (трущимся) поверхностям, для чего в нем выполняется ряд отверстий.

Функции, которые выполняет деталь, обуславливает ее конструктивные особенности.

Основные конструкторские базы (ОКБ) детали это: поверхность — торец 0425Н6/0230, поверхность 2 отверстие 0425, длиной 7мм, поверхность — отверстие под штифт 012, длиной 13мм. По числу лишаемых степеней свободы поверхность является установочной базой и лишает деталь трех степеней свободы — перемещения вдоль одной оси и вращения вокруг двух других осей: поверхность — двойная опорная база, которая лишает деталь двух степеней свободы — перемещений вдоль двух осей: поверхность — опорная технологическая база, которая лишает деталь вращения вокруг одной оси.

ОКБ детали являются наиболее ответственными поверхностями детали. От них зависит точность расположения всего узла в изделии, износ трущихся поверхностей, надежность и долговечность работы подшипника.

Роль вспомогательных конструкторских баз (ВКБ) выполняют поверхности: отверстие 0216Н7; отверстие под штифт 010Н7, глубиной 12мм; торец 0420/O315g6, — наружная цилиндрическая 0315g6 длиной 8мм, — отверстие под штифт 010Н7 глубиной 10мм; — торец 0315g6/O230H7, — отверстие под штифт 012 глубиной 13мм; — отверстие 023 ОН7; — торец 0239/023 ОН7; — торецФ239/0218; поверхность — торец 022670218мм.

Перечисленные поверхности определяют положение не одной детали, а нескольких. Так поверхности 4 и 5 (внутренняя цилиндрическая поверхность и отверстие под штифт) являются базами для сегментных опорных колодок. Поверхность 4 лишает колодки четырех степеней свободы и является двойной направляющей базой. Поверхность 5 лишает колодки двух степеней свободы и является двойной опорной технологической базой. Поверхности 6,7 и 8 (плоская торцовая, наружная цилиндрическая поверхности и отверстие под штифт) осуществляют базирование корпуса упорного подшипника. Поверхность 6 лишает корпус трех степеней свободы, она наиболее развита и является установочной базой, поверхность 7 имеет вид кольца, лишает корпус двух степеней свободы и является двойной опорной базой. Поверхность 8 лишает деталь одной степени свободы и выполняет функцию опорной базы. Поверхности 9 и 10 (торец и отверстие под штифт) участвуют в базировании несущего кольца упорного подшипника, при этом поверхность 9 лишает его трех степеней свободы и является установочной базой, а поверхность 10 — одной степени свободы и выполняет функцию опорной базы. По поверхностям И, 12, 13 и 14 осуществляется базирование двух разрезных втулок, в которых удерживаются опорные вкладыши. Поверхность 11 — двойная опорная база, которая лишает деталь двух степеней свободы. Поверхности 12, 13, 14 — плоскости, лишающие втулки трех степеней свободы и выполняющие функции установочных баз.

В корпусе подшипника есть поверхность, которая выполняет вспомогательную функцию и появляется в детали временно. Это плоскость разъема детали — поверхность. Существование этой поверхности означает, что деталь состоит из двух половин. Только такая конструкция позволяет осуществить сборку узла. Так, разрезные втулки 10 (см. приложение Б) можно установить только в половинку корпуса. Также и опорные вкладыши, которые закрепляются в специальных проточках, закрытых с двух сторон, можно установить только в разрезную деталь.

На определенном этапе технологического процесса половинки детали соединяются в одно целое. Осуществляется это при помощи призонных болтов. Под призонные болты в детали выполняются парные сквозные отверстия в верхней и нижней половинкам 022Н7 — поверхность 16. По этой поверхности осуществляется посадка очень точных призонных болтов. Поверхность 17 -отверстие 24, соосное отверстию 22Н7, служит для уменьшения длины посадочной поверхности и тем самым уменьшения влияния погрешностей ее формы и расположения на точность соединения. Поверхность 18 — заточка 034×2 под головку болта в верхней половинке и 046×2 под стопорную шайбу в нижней половинке являются стандартными конструктивными элементами для болтового соединения.

Поверхностями 19 и 20 образованы выборки на наружной цилиндрической поверхности корпуса. Выборки нужны для того, чтобы выступающие части болтового соединения (головка призонного болта с одной и гайка с другой стороны) не выступали над поверхностью детали (этим определяется глубина выборок). Если это условие не выполнить, то станет невозможной обработка наружной поверхности корпуса.

Фиксация опорно-упорного подшипника в изделии происходит в три стадии: 1) предварительное крепление корпуса опорного подшипника к крышке компрессора; 2) присоединение упорного подшипника к опорному на изделии; 3) окончательная фиксация всего узла относительно крышки компрессора.

Для предварительного крепления в корпусе подшипника предусмотрена поверхность 21 — отверстие 014мм, сквозное. Для равномерного распределения сил закрепления выполняется два отверстия, расположенных симметрично относительно оси детали. Для того чтобы головка крепежного болта не выступала над поверхностью корпуса, с одной стороны отверстия выполняется углубление 032×11 — поверхность 22.

Опорный и упорный подшипники соединяются крепежными резьбовыми деталями, которые ввинчиваются в резьбовые отверстия в корпусе опорного подшипника. Эти резьбовые отверстия диаметром М12-7Н, глубиной 20мм образуют поверхность 23.

Для окончательной фиксации узла в изделии, а детали образуется поверхность 24, которая представляет собой двенадцать сквозных отверстий 022, распределенных равномерно по всей поверхности подшипника. Такое большое число отверстий (и соответственно крепежных деталей) обусловлено тем, что узел имеет большую массу, воспринимает значительные нагрузки, а его посадочная поверхность имеет ширину 7мм, чего недостаточно для устойчивого положения узла, поэтому без надежной фиксации он не удержится в заданном положении во время эксплуатации.

Подвод смазки осуществляется через отверстия в верхней и нижней половинках корпуса. Масло заливается через отверстия на торце упорного подшипника, так как он наводится снаружи узла и имеет поверхности, открытые для подачи смазки. Далее масло поступает в опорный подшипник, а именно в 4 сквозных отверстия 022, которые образуют поверхность 25. Затем масло скапливается в кольцевой полости с четырьмя выборками глубиной 15 мм, радиусом 20мм — поверхности 26, 27, 28 и 29. Из этой полости по специальным каналам масло движется к опорным колодкам. Этих каналов пять, по числу колодок. Каналы образованы поверхностями: 30 — отверстие 012, глубиной 55мм; 31 — отверстие 012, глубиной 32мм; 32 — отверстие 012, глубиной 50мм; 33 -отверстие 012, глубиной 52мм. Поверхности 32 и 33 пересекаются под прямым углом, а поверхности 30 и 31 не под прямым, поскольку это обусловлено конструкцией детали.

Деталь имеет большую массу, поэтому поднимают ее с помощью подъемно-транспортного средства (крана). Строповка детали осуществляется с помощью специального рым-болта. Для этого в детали выполняется отверстие под рым-болт М12-7Н — поверхность 34. Из-за специфической конструкции рым-болта, с наружной стороны отверстия выполняются вспомогательные элементы — поверхности 35, 36. В процессе работы узла отверстие закрывается резьбовой пробкой, чтобы масло не вытекало.

Поверхности 37 — отверстие 0239, длиной 16мм, 38 — торец 0239/0226, 39 -наружная цилиндрическая поверхность 0226, длиной 4мм, в совокупности с поверхностью 12 образуют закрытую кольцевую масляную ванну, в которой скапливается отработанное масло.

Из масляной ванны смазка вытекает наружу через отверстия в верхней и нижней половинках корпуса. Три отверстия расположены вертикально, в самой нижней части корпуса, где под действием силы тяжести скапливается наибольшее количество смазки. Одно отверстие наводится в нижней половинке, под углом 40° к вертикальной оси. Ещё два отверстия расположены в верхней половинке, симметрично относительно вертикальной оси, под углом 40° к ней. Всего для вытекания масла предусмотрено шесть отверстий 08, которые образуют поверхность 40.

Для равномерного распределения масла между опорным и упорным подшипниками, предусмотрены каналы, по которым смазка может сообщаться между ними в случае избытка или недостатка его в какой-либо части подшипника. Роль такого канала выполняют отверстия: 014, глубиной 25мм, поверхность 42 и отверстие 08, сквозное поверхность 43, которые пересекаются под прямым углом. Из соображений технологичности отверстие 08 делается сквозным, т.е. оно выходит на наружную цилиндрическую поверхность корпуса подшипника для того, чтобы масло не вытекало, с наружной части отверстие закрывается резьбовой пробкой. Чтобы масло могло попасть в канал, отверстие должно находиться в промежутке между двумя опорными колодками. По этой причине ось отверстия направлена не по радиусу, а под углом 8°, что обусловлено конструкцией узла. Резьбовое отверстие образовано поверхностью 45. а поверхностью 44 образована заточка, которая служит для повышения технологичности отверстия, а именно обеспечивает нормальный вход инструмента.

К корпусу подшипника крепятся электрические провода для контроля характеристик работы компрессора и параметров рабочей среды (температуры, вибраций и др.). Чтобы прикрепить очень чувствительные электрические приборы на наружной поверхности корпуса предусмотрены: лыска размером 20х20мм — поверхность 46 и резьбовое отверстие М6-7Н, глубиной 13мм, ось которого находится в центре лыски — поверхность 47.

Призонные болты, которыми соединяются две половинки детали, стопорятся от самоотвинчивания стопорными шайбами (по ГОСТ 13465-77), для этого предусмотрено отверстие 07, глубиной 7мм возле каждого болта — поверхность 48.

Остальные поверхности (49-53), включая фаски, служат для оформления конфигурации детали и специального назначения не имеют Условия работы подшипника тяжелые, поскольку он является опорой высокоскоростного высоконагруженного вала. На него действует большие радиальные нагрузки, высокая частота вращения ротора вызывает нагревание сопряженных с ним элементов подшипника. Необходимость длительной непрерывной работы может вызвать усталостные явления в материале исполнительных элементов узла (колодках).

Корпус подшипника в ходе работы остается неподвижным относительно вращающейся нагрузки и поэтому испытывает местное нагружение. Конструкция детали такова, что напряжения от усилия закрепления распределены равномерно по всему ее объему. Допускаемая температура нагрева детали Т=100°С. Не допускается работа в запыленной среде, для исключения попадания пыли на поверхности трения.

libtime.ru

Центробежный компрессор: устройство и принцип работы

Центробежные компрессоры представляют собой оборудование, входящее в группу компрессоров динамического типа с радиальной конструкцией. Главным преимуществом установок данного типа является их высокая производительность, которая в разы превышает показатели компрессоров других видов. Благодаря этому, центробежные воздушные компрессоры, устройство которых позволяет использовать их при интенсивной эксплуатации, широко используются в промышленных масштабах – в нефтеперерабатывающей отрасли, металлообработке и других сферах деятельности.

Центробежные компрессоры – устройство и основные элементы

Компрессорные установки, состоящие в группе оборудования центробежного типа, представляют собой широкое разнообразие агрегатов, различных по своим характеристикам и техническому оснащению. Но при этом, центробежным компрессорам характерно общее стандартное оснащение. Так, оборудование данного типа включает в себя такие основные элементы, как:

  • корпус оборудования;
  • патрубки – входное и выходное устройства;
  • рабочие колеса;
  • диффузор;
  • привод – может быть различных типов (дизельный, электрический и другие).

Здесь Вы можете ознакомиться с каталогом компрессоров, реализуемых ООО ТД "ТехМаш". 

Конструкция центробежных установок может быть различной в зависимости от количества в оборудовании следующих элементов:

  • ступеней – одно- и многоступенчатые;
  • роторов – однороторные и многороторные.

Кроме того, устройство центробежных компрессоров также имеет классификацию и по типу корпуса:

  • Установки с разъемом корпуса горизонтального типа – в данном случае корпус имеет горизонтальное разделение на две части. Подобные особенности конструкции установки обеспечивают легкий доступ к ротору оборудования в случае необходимости. Используются агрегаты данного типа при необходимости получения давления с показателем ниже 60 атмосфер.

Центробежный компрессор с разъемом корпуса горизонтального типа

  • Оборудование с разъемом корпуса вертикального типа – данное оборудование устанавливается в специальный цилиндр и применяется в технологических процессах, где уровень давления доходит до 700 атмосфер. При этом цилиндр содержит такие же диафрагмы и ротор, как и оборудование, корпус которого имеет горизонтальный разъем.

Центробежный компрессор с разъемом корпуса вертикального типа

  • Установки, оснащенные редуктором – данное оборудование, как правило, оснащено несколькими валами и редуктором, обеспечивающим передачу движения с мотора на вал. Применяются подобные компрессоры при необходимости получения давления с показателем ниже среднего.

Центробежный компрессор с редуктором

Действие центробежных компрессоров

Устройство и принцип работы центробежных компрессоров основаны на динамическом сжатии газообразной среды. Основным элементом данного оборудования является ротор, оснащенный валом с рабочими колесами, расположение которых симметрично. В процессе работы оборудования, на частицы газа действует сила инерции, которая возникает благодаря наличию вращательного движения, совершаемого лопатками колеса. При этом происходит перемещение газа от центра компрессора к краю рабочего колеса и в результате газ сжимается и приобретает скорость. Далее скорость газа снижается и последующее сжатие происходит в круговом диффузоре – кинетическая энергия переходит в потенциальную. На следующем этапе газ поступает в обратный направляющий канал и переходит в следующую ступень установки.

Важным отличием центробежных установок от оборудования другого типа является отсутствие контакта между маслом и газом. В случае с агрегатами данного типа требования к смазке рабочих элементов оборудования значительно ниже, нежели в установках объемного действия. При этом смазка полностью защищает от ржавчины элементы оборудования, а масло, имеющее слабое окисление, смазывает зубчатые колеса, уплотнения и подшипники максимально эффективно.

Так, работа компрессора центробежного имеет достаточно простой принцип действия и основывается на вращательном движении лопастей рабочего колеса, который является одним из главных рабочих элементов установок центробежной группы. При этом, данному оборудованию характерно быстрое повышение уровня давления и достижение его максимальной величины за короткий период работы агрегата.

Одна из главных особенностей установок данного типа заключается в зависимости потребляемой оборудованием мощности, давления сжимаемого газа и его коэффициента полезного действия от уровня производительности компрессора. Характер и степень данной зависимости указывается в рабочих характеристиках установок, при этом индивидуально для каждой модели оборудования.

Конструкция, а также принцип работы центробежных компрессоров являются достаточно простыми в сравнении с установками других типов. Данная особенность позволяет получить сразу несколько преимуществ – возможность длительного срока использования оборудования при его интенсивной эксплуатации и высоком уровне эффективности работы. При этом, данное оборудование на протяжении всего периода использования требует минимального технического обслуживания, а в случае необходимости, легко поддается ремонту при поломках различных типов.

www.pnevmoteh.ru

Применение центробежных компрессоров

Центробежные компрессоры, также называемые радиальными компрессорами, являются критичным оборудованием для многих применений в различных областях промышленности.

Эти машины предоставляют надежное сжатие в очень компактных конфигурациях. Центробежные компрессоры различают между собой по типу конструкции (горизонтальные или вертикальные), по профилю лопаток на рабочем колесе, по толщине стенок частей под определенное рабочее давление.

Их прямое назначение заключается в сжатии жидкости, газа или смеси газа и жидкости в небольшой объем с одновременным увеличением давления и температуры сжимаемой среды.

Центробежные компрессоры относятся к классу динамических машин или турбокомпрессорам. Прогресс в производственных методах стал ключевым фактором в развитии современных высокотехнологичных турбомашин. Основные динамические компоненты в центробежном компрессоре – это направляющие лопасти, рабочее колесо, диффузор, спиральная камера и боковой выход. Импеллеры отвечают за всю работу, производимую с потоком среды и поэтому невозможно достичь эффективности во всем компрессоре или ступени компрессора без рабочего колеса, спроектированного надлежащим образом.

Центробежные компрессоры используются в большом количестве различных применений, где требуется процесс сжатия:

  • нефтегазовая промышленность
  • установка для разделения воздуха
  • металлургия
  • горнодобывающая промышленность

Центробежные компрессоры используются:

  • в химической и нефтехимической промышленности при производстве этилена и пропилена, ароматических углеводородов, при сжижении газа, для сжатия водорода, СО, метанола, аммиака и тд.
  • в переработке нефти на установках каталитического крекинга, печах риформинга, при сероочистке.
  • при переработке природного газа на установках для сжижения газа, газоперерабатывающих установках.
  • для механического сжатия паров (для уплотнения паров создаваемых маточной жидкостью, повышая и давление, и температуру) при опреснении морской воды и в целлюлозно-бумажной промышленности.
  • для улавливания и хранения углекислого газа. СО2 улавливают непосредственно у источника, не допуская выброса в атмосферу, а затем транспортируют в заданное место.
  • в энергетике для нагнетания топливных газов, удаление серы из топочных газов, подачи воздуха при продувке сажи, для подачи технологического воздуха, в качестве воздушных компрессоров пневмораспыла для газовых турбин.

Компрессоры центробежного типа используют для тех областей применения, где сжимается нефтяной попутный газ. На скважинах имеется смесь углеводородов, и задача состоит в разделении нефти от летучих компонентов. На нефтепромысловых объектах также есть ряд областей, где требуется применение компрессоров. Наиболее типичным является рекомпрессия выделяемого газа и подача в газопровод. Сжатие газа также может потребоваться для компримирования в пласт как временная мера перед продажей или для поддержания давления газа в пласте.

Центробежные компрессоры используют также на установках улавливания газов, где газ c газовых месторождений сжимается, либо подается на газовые установки или трубопроводы. Газ обычно идет из нескольких скважин с разным уровнем давлений. Газ сжимается примерно до 70-100 бар. Обычно небольшие компрессоры устанавливают в непосредственной близости от скважины, которые подают газ в газовую станцию. На некоторых газовых месторождениях понижают уровень давления входного газа, чтобы разделить газ и жидкость.

На газовых установках, которые производят сухой газ и продукты сжиженного нефтяного газа (пропан, этан, бутан) центробежные компрессоры участвуют в следующих процессах сжатия:

  • вспомогательное сжатие (на входе) подогнать давление подаваемого газа на вход под давление установки.
  • рекомпрессия, когда давление природного газа с установки подгоняют под давление трубопровода.

Газовые центробежные компрессоры используются для впрыска газа из трубопроводов в подземные газовые хранилища и наоборот. Природный газ с содержанием h3S и СО2 (кислый газ) в некоторых случаях сжимают необработанным.

Центробежные компрессоры приходят на смену поршневым компрессорам для подачи СО2 при производстве удобрений (в частности мочевины).

Компрессоры этого типа также используются в небольших двигателях газовых турбин вспомогательных источников энергии и небольших авиационных газовых турбинах.

Воздушные центробежные компрессоры

Многие химические процессы требуют сжатый газ. Типичный пример аммиачные установки и установки по разделению воздуха. Сжатый воздух используется для работы механического оборудования. Он также используется для вентиляции шахт.

Центробежные компрессоры увеличивают давление воздуха при помощи импеллеров – вращающихся дисков, а также диффузора, чтобы превратить энергию скорости в энергию давления. Ступени сжатия нужны для создания избыточного давления воздуха до желаемого уровня, с приводом от электродвигателя, газовой или паровой турбины. Т.к сжатие в центробежном компрессоре происходит в ступенях, воздух остается холоднее и воздушный компрессор более эффективен, как механически, так и в плане потребления энергии.

На некоторых интегрированных газифицированных установках с комбинированным циклом требуются большие компрессоры. Зачастую здесь находят применение многоступенчатые компрессоры с приводом от электродвигателя.

Центробежные компрессоры используют также на установках по разделению воздуха. Воздух состоит из многих компонентов. Все процессы по разделению начинаются со сжатия воздуха.

Среди прочих преимуществ центробежных воздушных компрессоров – возможность производить безмасляный воздух для пищевой промышленности, а также их возможность производить большие объемы воздуха.

В последние годы усилия многих производителей нацелены на сокращение капитальных затрат и эксплуатационных расходов. Так многие производители в последние годы предлагают центробежные компрессорные системы, которые состоят из серии типовых, предварительно собранных модулей. Использование этих модульных компонентов сокращает общее количество компонентов, затраты и соответственно ускоряет последующую сборку агрегата. Пользователям удобнее проводить техническое обслуживание.

Классификация компрессоровЛопастные компрессорыОбъемные компрессорыПрименение винтовых компрессоровПрименение поршневых компрессоровРоторные компрессорыСмазка цилиндров поршневых компрессоровВинтовые компрессорные установкиМембранные компрессорыОсновные характеристики компрессора. Производительность компрессора. Мощность компрессораПередвижные дизельные (винтовые) компрессорыПоршневые компрессорыРасчет компрессоров. Подбор компрессорного оборудованияСравнительный анализ компрессоровЦентробежные компрессоры. Азотные компрессоры

www.intech-gmbh.ru

Ремонт компрессоров | Центробежные компрессоры

    Центробежные и осевые компрессоры относятся к динамическим компрессорам. В них давление повышается при непрерывном движении газа через проточную часть машины за счет энергии, которую сообщают газу лопатки вращающегося ротора. При этом кинетическая энергия преобразуется в потенциальную.

  Основными элементами центробежного компрессора (рис. 59) являются: рабочее колесо 1 с лопатками 2 и диффузор (кольцевой отвод) 3. Газ, находящийся между лопатками при вращении колеса получает вращательное движение. Под действием центробежной силы газ перемещается к периферийной зоне колеса. Затем газ попадает в диффузор, площадь которого возрастает с увеличением радиуса, скорость газа снижается, а давление увеличивается. Для повышения эффективности работы диффузора по превращению кинетической энергии в потенциальную предназначены лопатки 4, упорядочивающие движение газа.

При вращении рабочего колеса в зонах, расположенных у оси вращения, давление газа уменьшается по сравнению с давлением во всасывающем трубопроводе за счет чего образуется непрерывный поток, перемещающийся через проточную часть колеса.

При работе одного колеса и диффузора, образующих ступень   центробежного   компрессора,   степень   сжатия   газа е= 1,6. ..2,0. Величина е зависит от размеров и формы колеса и диффузора, а также от частоты вращения.

Если необходимо получать более высокие степени сжатия, то используют несколько ступеней. Конструктивно это обеспечивается установкой на одном валу нескольких рабочих колес, располагаемых в одном корпусе. В этом случае газ поступает в следующую ступень по каналам, образованным лопатками 5 направляющего аппарата. Степень сжатия центробежного компрессора равна произведению его отдельных ступеней. При сжатии газ нагревается.

Для охлаждения газа предусмотрено внутреннее и внешнее охлаждение. При внешнем охлаждении газ, прежде чем попа дает в следующую ступень, проходит через холодильник, а при внутреннем охлаждении корпус холодильника имеет «рубашку», через которую прокачивается охлаждающая вода.

Большинство современных компрессоров имеет внешнее охлаждение. Промежуточные холодильники присоединяются к нижней части корпуса компрессора (рис. 160) или к обеим частям корпуса (рис. 161). Охлаждаемый газ протекает в меж трубном пространстве холодильника, в трубках протекает охлаждающая вода.

При присоединении холодильника к нижней части корпуса газ по улитке 1 (см. рис. 160) перемещается в холодильник 2 после прохождения трубного пучка 3. Охлаждающая вода под водится в трубный пучок через патрубок 5, а отводится через патрубок 4. Преимущества такой компоновки — удобство при монтаже и обслуживании холодильника, а недостаток—низкий КПД холодильника.

При присоединении холодильника к обеим частям корпуса газ из улитки 1 поступает в верхнюю часть трубного пучка 3,

меняет направление и через нижнюю часть пучка попадает во всасывающую камеру следующей ступени Недостаток этой компоновки холодильника - трудоемкость монтажа; преимущество -высокий КПД. По сравнению с внутренним охлаждением компрессоров основным преимуществом внешнего является более интенсивное охлаждение газа (поверхность охлаждения промежуточного холодильника значительно больше, чем водяной рубашки).

Смазывание центробежных компрессоров. В центробежных компрессорах масло подается во вкладыши подшипников ротора, подшипники редуктора и электродвигателя, в уплотнения вала, а также в систему регулирования и автоблокировки.

От надежности работы смазочной системы в значительной степени зависит безопасность работы компрессора. У компрессоров с приводом от паровых или газовых турбин главный мас ляный насос имеет привод от вала турбины. Компрессоры с приводом от электродвигателей, как правило, имеют три маслонасоса: главный, пусковой и резервный. Компрессоры небольшой мощности иногда имеют два маслонасоса — главный и резервный (пусковой). Такая система установки маслонасосов гарантирует от падения давления масла во время работы компрессора. При падении давления масла в смазочной системе датчики давления выдают импульс сначала на автоматическое включение пускового маслонасоса, а затем на включение резервного, а при дальнейшем падении — на остановку компрессора.

В комплект смазочной системы центробежного компрессора входят также масляные холодильники, редукционные, предо хранительные и обратные клапаны, смотровые фонари и трубопроводы.

Компрессоры, сжимающие опасные газы, имеют две независимые маслосистемы — герметичную и открытую. Герметичная система обеспечивает смазывание подшипников и уплотнений, работающих во взрывоопасной среде. Открытая система подает масло в системы управления и регулирования, а также в муфту и привод. Для повышения надежности в работе система имеет аккумулятор масла, установленный выше уровня подшипников и соединенный с основным масляным баком. Электропривод резервного насоса герметичной маслосистемы имеет независимый источник питания.

     Характеристики центробежных компрессоров

Характеристиками компрессоров являются графики зависимости конечного давления рк (или степени сжатия), мощности на валу и КПД от подачи компрессора. На одном графике мо гут быть даны характеристики для одной   или   нескольких   частот вращения. Подачу компрессора обычно выражают в единицах объема.

Характеристики получают обычно испытанием моделей и натурных конструкций при постоянной частоте вращения вала привода (п=const). Пересчет характеристик на другую часто ту вращения или при переходе на другой газ осуществляют по формулам (92), (94) и (96).

В качестве примера рассмотрим характеристики компрессора К-3250-41-1 (рис. 162) с паротурбинным приводом. Такие характеристики позволяют судить о совершенстве конструкции компрессора, работающего при различных частотах вращения в разных режимах нагрузки.

На рис. 163 приведена характеристика компрессора К-250-61-1, позволяющая выяснить влияние давления всасывания на рабочие параметры компрессора.

Характеристики лопастных компрессоров обладают некоторыми особенностями, главные из которых следующие.

1.     Наклон характеристик p=f(Q), определяемый отношением рк/Q (см. рис. 162), тем круче, чем выше частота вращения вала компрессора. Это объясняется тем, что отношение Рк/Q пропорционально плотности газа, значение которой воз растает с увеличением частоты вращения (при повышении частоты вращения возрастает степень сжатия газа).

2.     При больших подачах и частоте вращения напорные характеристики приближаются к вертикальной линии. Это означает, что в некоторых режимах подача компрессора сохраняется постоянной при изменении давления, что обусловлено тем, что высокие п и Q В межлопастных каналах достигают критически значений, равных скорости звука.

3. На работу центробежных компрессоров оказывает существенное влияние пульсация давления и помпаж.

Возникновение пульсации в проточной части компрессоров объясняется периодическим, быстро повторяющимся отрывом вихрей с рабочих и направляющих лопастей. Снижение пульсаций давления часто обеспечивается при уменьшении подачи путем дросселирования. Однако уменьшение подачи может при вести к помпажу компрессора.

     Динамика центробежных компрессоров. Наиболее важной частью центробежного компрессора является ротор, состоящий из вала, на котором установлены рабочие колеса, разгрузочный поршень, муфта, лабиринтные уплотнения. Ротор вращается в подшипниках, установленных в корпусе. В корпусе размещены также диффузоры, обратные направляющие аппараты и другие узлы. Роторы компрессоров вращаются с частотой вращения, равной нескольким тысячам мин-1 а скорости в периферийной зоне рабочих колес достигают 300м/с Поэтому к точности изготовления и монтажа ротора предъявляются очень высокие требования.

      Теоретически центр тяжести вращающихся масс ротора должен находится на его оси вращения. Практически обеспечить это невозможно. Смещение центра тяжести относительно оси вращения называют эксцентриситетом. Центробежная сила, возникающая при вращении ротора с эксцентрично расположенным центром тяжести, тем больше, чем больше эксцентриситет и масса ротора. Для оценки степени уравновешенности ротора используют понятие остаточный дисбаланс, который равен произведению массы ротора на эксцентриситет. Допустимые значения остаточного дисбаланса устанавливают в зависимости от массы и частоты вращения ротора. Нагрузки на опоры вращающихся роторов от центробежной силы, вызываемой остаточным дисбалансом, даже у наиболее уравновешенных роторов в несколько раз превышают нагрузки от их массы. Операцию по уравновешиванию ротора называют балансировкой.

    Так как идеально отбалансированных роторов не бывает, то наличие остаточного дисбаланса неизбежно вызывает нежелательные резонансные явления при так называемых критических частотах вращения. Ротор компрессора как любая физическая система имеет характерную ей собственную частоту колебаний. Когда частоты собственных колебаний и вращения ротора совпадают, то наступает явление резонанса. под действием возмущающей силы от неуравновешенных масс амплитуда колебаний системы стремится к бесконечности, ротор может разрушиться.

    Обычно рабочие частоты вращения роторов выше критических. Безопасность прохождения критических частот обеспечивается за счет упругих свойств вала ротора и скорости разгона

Одним из параметров, определяющих критические частоты вращения, является длина ротора. В некоторых случаях при большом числе рабочих колес последние не удается расположить на одном валу. Поэтому сжатие газа осуществляют последовательно в нескольких последовательно расположенных компрессорах.

На рис. 164 приведена схема двухкорпусных центробежных компрессоров с индивидуальными двигателями для корпусов низкого и высокого давления.

Основные узлы центробежных компрессоров

Рабочие колеса и валы. Тип конструкции рабочего колеса центробежного компрессора определяется напряжениями, которые зависят от скорости вращения колеса.

Большинство колес (рис. 165) состоит из основного 1 и дополнительных дисков 2 и 4, а также лопаток 3. Колеса выполняют цельноковаными при окружных скоростях 200—300 м/с (рис. 165, а). При меньших скоростях применяют комбинированные колеса, у которых основной диск — цельнокованый, а покрывающий — штампованный с усиленной ступицей (рис. 165, б). В некоторых случаях колеса (рис. 165, в), имеют два составных диска. Такие колеса используются при скоростях менее 150 м/с.

 На рис. 166 приведены различные типы конструкций лопаток. Для колес со значительной шириной применяют U-образные заклепки, а для колес с малой шириной — Z-образные. Вы бор того или другого типа заклепок обусловлен технологичностью изготовления.

Для высокооборотных колес в целях снижения гидравлического сопротивления применяют лопатки с заклепками, выфрезерованными на их торцах. При сборке заклепки можно расклепать. Получили распространение также колеса с лопатками соединенными с дисками сваркой. В этих случаях можно использовать лопатки сложных профилей. Следует отметить, что у сварных колес лопатки занимают большую часть длины канала между дисками, чем у клепаных.

При высоких скоростях (более 300 м/с) применяют колеса без покрывающих дисков.

Посадку рабочих колес на вал производят с натягом. При максимальной частоте вращения в условиях упругих деформаций ступицы основного диска необходимо обеспечивать гарантированный натяг.

От проворачивания колесо фиксируется штифтом или шпонкой (рис. 167). Штифт 1 предохраняется от выпадания при вращении пробкой 2, которая вворачивается в ступицу основного диска. Обычно каждое колесо фиксируют четырьмя штифтами. 

Размеры валов центробежных компрессоров определяют из соображений прочности, а также в зависимости от критических частот вращения. Коэффициент запаса прочности материала должен быть не менее двух. Рабочие частоты вращения должны отличаться от критических не менее чем на 20%.

Как правило, валы изготавливают из высококачественных поковок. Лопатки рабочего колеса имеют сложную форму. Для создания оптимальных условий протекания газа они имеют на входе в колесо каплевидный профиль или закругление, а на выходе —клинообразный. Число лопаток обычно составляет 18—30, они уменьшают проходное сечение рабочего колеса.

 

Рис. 167. Рабочее колесо и вал, скрепленные штифтом

Уплотнения. Уплотнения в центробежном компрессоре необходимы для изоляции внутреннего пространства от атмосферы (внешние уплотнения) и разделения отдельных участков с различным давлением внутри компрессора (внутренние уплотнения). Внутренние уплотнения обычно выполняют лабиринтными. Они состоят из гребней, которые разделяют зазор между вращающейся и неподвижной деталями, на ряд последовательно расположенных камер. Из области более высокого давления через зазор над гребнем протекает газ. При этом происходит его расширение с падением давления и температуры (адиабатное расширение). В пространстве между гребнями скорость газа практически полностью гасится, а температура повышается до первоначальной. Такой процесс повторяется в каждой после дующей камере, поэтому давление газа становится все меньше и меньше. Чем меньше зазор между гребнем уплотнения и чем меньше угол кромки гребня, тем незначительнее утечки через лабиринтное уплотнение (рис. 168). Общие потери газа через лабиринтные уплотнения составляют 2—6% массы всасываемого газа и зависят от конструкции и размеров машины.

В зависимости от формы уплотнения подразделяют на глад кие (рис. 168, г) и ступенчатые (рис. 168, а—в). Гладкие уплотнения просты в изготовлении и эксплуатации, но утечки через них в 1,5—1,8 раза выше, чем через ступенчатые.

Полная герметизация компрессора возможна не во всех случаях. Например, на воздушных компрессорах в качестве внешних используют лабиринтные уплотнения (утечки через них отводятся во всасывающий патрубок или в атмосферу).

Часто возникают ситуации, когда необходима изоляция внутренних полостей компрессора. При этом возможны два случая — когда попадание воздуха или другого газа внутрь компрессора допустимо и когда смешение сжимаемого газа с другим газом недопустимо.

В первом   случае   в подводящем трубопроводе постоянно поддерживается давление ниже атмосферного, а на стороне нагнетания устанавливают специальное уплотнение (рис. 169). В этом уплотнении пространство А со единено с линией всасывания трубопроводом большого сечения. Поэтому в пространстве А поддерживается давление ниже атмосферного. Через лабиринт внешнего уплотнения происходит подсасывание некоторого количества атмосферного воздуха. Та ким образом, утечки газа из компрессора в окружающую среду полностью исключаются.

Схема уплотнения для второго случая приведена на рис. 170. Уплотнение осуществляется так называемым воздушным затвором. Из компрессора газ через лабиринт попадает в пространство а. Установленное на валу компрессора колесо 1 вентилятора нагнетает атмосферный воздух в пространство а. Смесь, состоящая из перекачиваемого газа и воздуха, при давлении, близком к атмосферному, выводится через трубопровод 2 в вытяжную систему.

    В некоторых случаях необходима полная герметизация машины. Наиболее простое решение — размещение компрессора вместе с приводом в герметизированном боксе. Такое решение возможно только с малогабаритными компрессорами.

Рис 171 

При больших размерах компрессоров для их герметизации используют манжетные уплотнения (рис. 171). В камеру 3 под давлением подается масло, прижимающее манжеты 2 к валу 1. Таким образом достигается эффект самоуплотнения.

На рис. 172 изображено герметичное уплотнение, используемое в тех случаях, когда необходима герметизация при остановке компрессора. В этом случае масляный насос, нагнетающий масло в манжетные уплотнения, не работает. При работе компрессора от его масляного насоса через отверстие в корпусе 7 в камеру 5 нагнетается масло. Поршень 4 с уплотнительным кольцом 3 отжимается от зазора между корпусом компрессора / и ротором 2.

При остановке компрессора и масляного насоса давление в камере 5 падает. Под действием пружины 6 стержень 4 перекрывает уплотнительным кольцом 3 зазор между ротором и корпусом.

Разгрузочный поршень. При одностороннем расположении линии всасывания из-за разности давлений на рабочее колесо компрессора со стороны всасывания и нагнетания возникает осевое усилие, действующее на ротор в направлении, противоположном движению потока газа при всасывании. Это усилие может вызвать смещение ротора, что приведет к задеванию его торцовых поверхностей о корпус.

Для уменьшения осевого усилия на валу ротора за рабочим колесом 2 с напорной стороны устанавливают разгрузочный поршень (рис. 173). Обозначим давление в колесе со стороны всасывания через p1, а со стороны нагнетания — через р2. Осевое усилие, действующее на колесо, обозначим через Ri. Считаем, что р1<р2, а также, что рн<р2 (рн — наружное давление).

      Следовательно, на разгрузочный поршень будет действовать сила RП, противоположная по направлению силе Ri. Таким образом, на ротор в осевом направлении будет действовать результирующая сила,   равная Ri-Rп

Разгрузочный поршень уравновешивает около 75% осевого усилия. Для уравновешивания остаточного усилия вал компрессора устанавливают в радиально-упорных подшипниках.

Разгрузочный поршень для снижения утечек снабжен лабиринтным уплотнением с большим числом гребней (до 40). Уравновешивание осевой силы осуществляют также за счет конструкции компрессора (часть колес имеет всасывание с одной стороны, а часть колес — с другой).                                                        

Корпус и мембрана. Большинство центробежных компрессоров имеет корпус с горизонтальным разъемом. В верхнюю и нижнюю части корпуса вмонтированы мембраны, выполняющие функции диффузора и обратного направляющего аппарата. Обе части корпуса имеют фланцы, которые стягиваются болтами для обеспечения герметизации.

Точность взаимного расположения обеих половин корпуса обеспечивается установкой штифтов. Для удобства монтажа половив корпуса предусмотрены специальные монтажные штифты (свечи), длина которых больше, чем максимальный радиус рабочего колеса. Для разборки корпуса в его верхней половине предусмотрены отжимные болты, которые обеспечивают первоначальный отрыв в подъем верхней половины корпуса.

В специальных расточках верхней и нижней частей корпуса устанавливают мембраны. Нижнюю часть мембраны устанавливают свободно, а верхнюю часть 1 (рис. 174) крепят к верхней часта 2 корпуса кольцами 3 с помощью винтов.

Диффузор относится к числу наиболее важных узлов центробежного компрессора, определяющих его экономичность. Поверхности диффузора, соприкасающиеся со сжимаемым газом, тщательно обрабатывают.

На рас. 175 показан один из способов крепления лопаток диффузора к мембране. Вставку 1 приваривают к лопатке 2 и вставляют в отверстие диафрагмы. Для предотвращения проворачивания лопатки предназначен винт 3. Штифт 4 предохраняет конец лопатки от вибрации. Такой способ крепления лопаток позволяет при разборке изменять угол наклона лопатки, что в определенных   пределах   позволяет   изменять   характеристики компрессора.

Подшипники, муфты, фундаментные рамы. В центробежных компрессорах используют подшипники качения (шариковые и роликовые), а также подшипники скольжения. Вкладыши подшипников скольжения изготавливают из стали и заливают баб битом. Для удобства монтажа подшипники имеют разъем. Смазывание подшипников осуществляется маслом, которое под давлением подводится к нижнему вкладышу, чтобы при разборке исключить отсоединение масляных коммуникаций.

Подшипники воспринимают усилия, действующие как в радиальном, так и в осевом направлениях. Несмотря на то, что разгрузочный поршень проектируют с таким расчетом, чтобы результирующая осевого усилия всегда действовала в одном направлении, тем не менее подшипники в центробежных компрессорах устанавливают так, что они воспринимают осевое усилие в двух противоположных направлениях. Это объясняется тем, что при помпаже осевое усилие изменяет направление, Обычно применяют самоустанавливающие подшипники.

Подшипники являются чрезвычайно ответственными узлами компрессора, от их состояния зависит безопасность эксплуатации. Поэтому на трубопроводах, отводящих масло от подшипника, необходим визуальный контроль и контроль температуры.

Каждый подшипник имеет термометр на верхней половине вкладыша. Температура вкладыша при эксплуатации не должна превышать 75°С. Крупные компрессоры снабжены также автоматической системой, отключающей компрессор при недопустимом осевом сдвиге ротора.

Для присоединения вала компрессора к приводу предназначены муфты. Так как обеспечить тщательную центровку обоих валов при монтаже очень сложно и необходимо учитывать возможные осевые и радиальные смещения, вызванные температурным расширением, износом подшипников, перекосом фундамента и т. п., то для быстроходных компрессоров применяют упругие муфты. Такие муфты передают только крутящий момент и разгружают вал компрессора от возможных изгибающих моментов. Кроме того, упругие муфты препятствуют распространению вибраций. Наиболее распространенными являются зубчатые муфты, а для передачи небольших мощностей — муфты с рези новыми пальцами.

Фундаментные рамы, на которых устанавливаются компрессоры, должны быть достаточно массивными и жесткими. Наиболее полно отвечают этим требованиям чугунные литые рамы, но такие рамы имеют высокую стоимость. Обычно фундаментные рамы выполняют сварными. Раму крепят к фундаменту болтами и заливают бетоном. Для соединения с корпусом компрессора рама имеет обработанные поверхности. Наиболее   распространенным способом соединения рамы с корпусом является соединение с помощью штифтов и шпонок. Приливы корпуса располагают в горизонтальной плоскости. С одной стороны приливы корпуса соединены с рамой штифтами, допускающими перемещения корпуса в направлении, перпендикулярном оси рамы. С другой стороны корпус соединяют с рамой шпонкой. Шпоночная канавка расположена по оси компрессора, что обеспечивает возможность перемещений в этом направлении.

Так как перемещения корпуса относительно фундаментной рамы в основном вызваны температурными расширениями, то затяжку болтов не следует производить с чрезмерным усилием.

Регулирование центробежных компрессоров. В условиях эксплуатация центробежных компрессоров часто возникает необходимость изменять их подачу в широких пределах. Необходимо также обеспечивать определенную зависимость между давлением и подачей. Например, для работы пневматических инструментов необходимо поддерживать в сети определенное давление независимо от изменения подачи. Для компрессоров, нагнетающих воздух в доменные печи, надо поддерживать заданную подачу при изменении давления, которое зависит от сопротивления слоя шихты в печи, изменяющегося в зависимости от хода технологического процесса.

Регулирование центробежного компрессора сводится к изменению положения рабочей точки. Это изменение можно производить изменением характеристик компрессора или сети.

Наиболее распространенными способами регулирования работы компрессора являются изменение частоты вращения ротора и дросселирование. Центробежный компрессор не может работать при помпаже.

На рис. 176 приведена напорная характеристика центробежного компрессора, которая определяет зависимость подачи по всасыванию от конечного давления (кривая 1). При максимальной подаче Qмaкс давление нагнетания р равно начальному давлению рн.

При повышении давления в сети нагнетания до ркр подача компрессора понижается до QKp. Кривая 2 представляет собой характеристику сети.

Случаю, когда компрессор дол жен обеспечить постоянное давление независимо от расхода, отвечает характеристика, соответствующая кривой 4, а случаю, когда компрессор должен обеспечить постоянство расхода при изменяющемся давлении,— кривой 3.

Кроме отмеченных случаев возможен и третий случай, когда необходимо регулирование давления нагнетания при изменении подачи. В этом случае для поддержания определенного давления у потребителя необходимо регулировать давление газа за компрессором. Заданная характеристика компрессора соответствует кривой 2.

На практике выбор способа регулирования зависит от конструкции компрессора и типа привода. Если компрессор имеет привод с регулируемой частотой вращения, то это дает возможность регулировать частоту вращения ротора компрессора. При повышении частоты вращения ротора конечное давление и мощность увеличиваются, при уменьшении — давление и мощность снижаются.

Регулирование изменением частоты вращения ротора является наиболее точным и экономичным способом регулирования.

Для центробежных компрессоров, имеющих в качестве при вода асинхронный двигатель, обычно применяют регулирование дросселированием газа на всасывании. При таком способе регулирования с помощью дроссельной заслонки снижается давление всасывания в компрессор. Таким образом обеспечивается снижение давления нагнетания до заданного. Давление во всасывающем трубопроводе перед дроссельной заслонкой остается постоянным.

Одной из разновидностей способа регулирования центробежных компрессоров является отключение одной стороны у компрессоров с двухсторонним всасыванием. При отборе потребителем наибольших количеств газа, когда подача компрессора меньше критической и лежит в помпажной зоне, необходимо применять антипомпажное регулирование.

Если заданная подача компрессора Q1 меньше QКР, то компрессор настраивают на подачу Q2, превышающую QKP и рас положенную в устойчивой зоне. Разность расхода Q2— Q1 пере пускается из линии нагнетания в линию всасывания или выбрасывается в атмосферу. Антипомпажное регулирование осуществляется только в автоматическом режиме специальными анти помпажными регуляторами.

Наиболее простыми по конструкции являются одноступенчатые центробежные компрессоры, не имеющие охлаждения (рис. 177). Подача компрессора не превышает 5 м3/с, а давление нагнетания — 0,1 МПа. Вал компрессора установлен в двух подшипниках скольжения, один из которых радиальный, а другой комбинированный. Корпус компрессора имеет горизонтальный разъем и крепится к корпусу подшипников посредством фланца.

Рабочее колесо компрессора установлено консольно. Со стороны нагнетания рабочее колесо имеет два лабиринтных уплотнения. Пространство между этими уплотнениями соединено отверстием с полостью всасывания, в которую постоянно подсасывается незначительное количество воздуха, так как давление в ней ниже атмосферного. Благодаря этому утечки перекачиваемого газа из компрессора исключаются. Частичная разгрузка от осевой силы происходит за счет того, что одно из лабиринтных уплотнений расположено на большом диаметре несущего диска.

Большинство конструкций центробежных компрессоров предусматривает охлаждение сжимаемого газа. Наиболее простым способом охлаждения является впрыскивание жидкости в сжимаемый газ. Двухступенчатый центробежный компрессор с охлаждением газа   впрыскиванием   жидкости   изображен   на рис 178.

 

 

 

remontcompressorov.ru


Смотрите также

">