Повышение энергосбережения и надежности компрессорных установок производства углеводородных газов Хайруллин и.Х., Вавилов в.Е., Дуракова в.С., Охотников м.В

(«Уфимский государственный авиационный технический университет», г.Уфа)

В настоящее время доля углеводородных газов в общем объеме мирового энергобаланса составляет порядка 30%. Теплотехнические, экономические и экологические свойства углеводородных газов делают их наиболее привлекательным видом органического источника энергии и химического сырья.

Основным оборудованием при производстве углеводородных газов являются компрессорные установки с электромеханическими преобразователями энергии (ЭМПЭ), нарушение работоспособности которых приводит к нарушению и останову технологического процесса, и как следствие этого к значительным экономическим убыткам.

Одной из основных причин нарушения работоспособности ЭМПЭ компрессорных установок является отказ подшипниковых узлов, который может быть вызван либо их заводским браком, либо износом в процессе эксплуатации. Износ, а также потери энергии, в подшипниковых узлах определяется трением в их элементах. По данным [1] 25% энергии используемой в мире, теряется за счет трения. По оценке Министерства энергетики США только в США годовая экономия энергоресурсов при снижении коэффициента трения до 0,005 составит около 100 млрд.$ в год. По данным Европейской комиссии затраты связанные с трением в Европе составляют 350 млрд. евро в год. Кроме того потери мощности в подшипниковом узле превращаются в тепловой поток, приводящий к повышению температуры объекта на котором они установлены, что, в свою очередь, требует более интенсивного его охлаждения и приводит к увеличению количества прокачиваемой охлаждающей жидкости и массогабаритных показателей.

Таким образом, проблема повышения надежности подшипниковых узлов, за счет минимизации потерь на трение является актуальной научно–технической задачей и экономической задачей. Решение данной задачи позволит уменьшить экономические убытки связанные с простоем оборудования и затраты на его ремонт, повысить деловой имидж компании.

Для решения данной проблемы авторами предлагается применение в компрессорных установках оригинальной конструкции магнитных подшипников, далее МП [2], суть которой заключается в совместном применении установленных со смещением друг относительно друга постоянных магнитов и электромагнитов, данный тип МП определяется авторами как гибридный магнитный подшипник, далее ГМП. К основным преимуществам ГМП относиться: неограниченный ресурс работы, отсутствие смазочных материалов, экологичность, энергоэффективность и повышенная надежность.

В качестве материалов постоянных магнитов в предлагаемом техническом решении используются магниты NdFeB от характеристик, которых зависят непосредственно характеристики ГМП в целом. Магниты запрессованы в немагнитные втулки, для предотвращения закорачивания магнитного потока. Электромагниты выполнены шихтованными из листов электротехнической стали для уменьшения потерь на вихревые токи.

С целью количественной оценки технических преимуществ от внедрения предлагаемого технического решения авторами был разработан математический аппарат, реализованный в программном коде, исследования, которого позволили численно сравнить ЭМПЭ на различных типах подшипников [3].

Анализ численных результатов показал, что электромагнитные характеристики ЭМПЭ зависят от типа подшипниковых опор. При применении радиальных шариковых подшипников максимальная развиваемая угловая скорость исследуемого ЭМПЭ составляет 12000 рад.\с., что на 35% меньше чем в ЭМПЭ на ГМП, на 50% больше чем в ЭМПЭ на шариковых сферических подшипниках и 75% больше чем ЭМПЭ на конических роликовых подшипников.

Таким образом, увеличение максимальной скорости вращения в ЭМПЭ от применения ГМП приведет к увеличению мощности ЭМПЭ, а следовательно и к повышению энергоэффективности компрессорных установок в целом

Также анализ результатов исследований показал, что от типа подшипниковых опор зависит быстродействие ЭМПЭ, то есть снижается время разгона ЭМПЭ до номинальной частоты вращения, что является весьма важным для ряда областей промышленности, например для авиационных ЭМПЭ. В качестве номинальной угловой скорости была определена угловая скорость 3000 рад.\с. При применении ГМП время разгона ЭМПЭ до номинальной скорости на 8,5% меньше чем при применении шариковых подшипников, на 32,14% меньше чем при применении шариковых сферических подшипников и в 3,2 раза меньше чем при конических роликовых подшипниках.

Таким образом предлагаемое техническое решение, а также наработанный научно–технический задел могут использованы на практике в газовой промышленности в компрессорных установках, что позволит повысить их энергоэффективность и снизить экономические затраты связанные с их эксплуатацией.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Инновационное развитие - основы модернизации экономики России: Национальный доклад.-М:ИМЭМО.РАН.ГУ-ВШЭ,2008г.

2. Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х., Пашали Д.Ю., Вавилов В. Е. Высокоскоростной шпиндель// патент на изобретение № 2468895 от 10.12.2012

3. Герасин А.А., Исмагилов Ф.Р., Хайруллин И.Х., Зюков М.М., Вавилов В.Е. Имитационная модель электромеханических преобразователей энергии с учетом процессов в подшипниковых опорах // Сборка в машиностроении, приборостроении – 2013 – №2. с.35–39.

УДК 62-83:681.51