3. Спеціальна частина

“Підвищення ефективності експлуатації відцентрових нагнітачів шляхом встановлення безмасляних ущільнень”

5.1. Актуальність зниження споживання мастильних матеріалів при експлуатації відцентрових нагнітачів.

Для забезпечення роботи газоперекачувальний агрегат використовує паливний газ та мастильні матеріали.

З напрацюванням агрегату його експлуатаційні показники знижуються і збільшуються витрати на підтримання його робочих характеристик.

Найбільше зростають витрати на змащування деталей тертя двигуна та нагнітача та на ущільнення опор нагнітача.

В сучасних умовах обмеженості власних мастильних матеріалів виникає необхідність в покращенні експлуатаційних характеристик вузлів та деталей в яких використовуються мастильні матеріали.

Найбільш перспективними в цьому сенсі є роботи по вдосконаленню опор двигуна – заміна шарикових підшипників на магнітні, та опор нагнітача – заміна ущільнень “масло – газ” на безмасляні, безвитратні ущільнення.

З урахування вартості переобладнання та простоти конструктивного виконання простішим є впровадження безмасліних ущільнень нагітача.

Це дасть змогу економити кошти на закупівлі мастильних матеріалів та витрати на обслуговвування нагнітача.

5.2. Робота і склад нагнітача

Нагнітач є турбомашиною відцентрового типу. Рух газу і підвищення тиску в проточній частині нагнітача відбувається за рахунок створення поля відцентрових сил в робочому колесі.

Процес стиснення проходить наступним чином:

Газ із всмоктуючого трубопроводу надходить до всмоктуючої камери нагнітача і далі - на робоче колесо, лопатковий дифузор, зворотній направляючий апарат і далі по нагнітаючому трубопроводу у трасу.

Система ущільнення нагнітача підтримує задний позитивний перепад тиску масла над газом в ущільнюючій порожнині.

Нагнітач виконаний двоступеневим з тангенційним підводом і відводом газу. Патрубки корпуса нагнітача розташовані співосно і з’єднуються з газопроводом за допомогою зварювання. Вся ходова частина і внутрішньостаторна частина нагнітача, які включають в себе ротор, підшипники, торцевові, лабіринтні ущільнення, дифузори, зворотній направляючий апарат та інші елементи, виконані у вигляді пакету, що встановлюється в корпусі. Таке виконання нагнітача дозволяє при необхідності проводити швидкий його ремонт або заміну проточної частини за рахунок встановлення запасного пакету.

5.3 Розрахунок нагнітача природного газу

5.3.1. Газодинамічний розрахунок

Вихідні дані:

1. Продуктивність при стандартних

умовах, млн.м³/добу (м³/с) V = 23,0 (266);

2. Початковий тиск, МПа (кгс/см²) P_н = 5,6 (57);

3. Кінцевий тиск, МПа (кгс/см²) P_к = 7,2 (74);

4. Початкова температура, ⁰К (⁰С ) t_п = 288 (15);

5. Газова постійна, Дж/(кг ⁰К) R=508;

6. Показник адіабати k=1,31.

Визначення числа ступенів:

Дійсний або ефективний напір в відцентровому компресорі визначається за формулою:

,

де

х – число ступенів нагнітача;

– коефіцієнт напору (коефіцієнт питомої роботи);

U₂ – кругова швидкість на ободі колеса.

Звідси:

; ,

де z_н – коефіцієнт стисливості газу при тиску та температурі на вході в нагнітач.

Коефіцієнт z визначаємо за формулою :

R - газова постійна;

- коефіцієнт, який дорівнює , (n – показник політропічного стиску):

;

k = 1,31 – показник адіабати;

- політропічний ККД;

; ,

де - ступінь підвищення тиску нагнітачем;

.

Коефіцієнт напору визначаємо з формули :

;

де - ККД напору, який враховує всі втрати падіння напору;

- коефіцієнт закручування (коефіцієнт затраченої (теоретичної) роботи).

- політропічний ККД;

- частка роботи на внутрішнє перетікання газу (0,01);

- частка роботи на дискові втрати (0,018);

;

Коефіцієнт закручування:

де - проекція абсолютної швидкості виходу газу з колеса по напрямку окружної швидкості м/с;

- коефіцієнт циркуляції;

- радіальна складова абсолютної швидкості м/с;

- кут, утворюваний дотичною до вихідного елемента лопатки та продовжуванням вектора швидкості ;

Коефіцієнт - враховує число лопаток та їх профіль.

де - число лопаток робочого колеса. Приймаємо рівним 15;

Кут приймаємо рівним = 46⁰.

Вибираємо співвідношення

;

Окружну швидкість на ободі приймаємо: м/с.

Визначаємо кількість ступенів нагнітача:

Дійсне значення окружної швидкості на ободі колеса

м/с = 282м/с;

Знаходимо число Маха M_u :

Визначаємо число обертів за формулою:

де - коефіцієнт стиснення перерізу лопатки (0,85 – 0,95);

k_2v - коефіцієнт зменшення питомого об’єму при збільшенні питомої маси газу при проходженні через колесо.

де та - питомий об’єм та питома вага газу при вході у машину м³/кг та кг/м³;

та - питомий об’єм та питома маса газу при виході з робочого колеса;

- діаметр робочого колеса при виході з лопаток, м;

- радіальна складова абсолютної швидкості виходу газу з робочого

колеса, м/с;

- окружна швидкість при виході з колеса, м/с;

- об’ємна розрахункова продуктивність нагнітача при умовах на вході, м³/сек.

Приймаємо:

= 0,85 – (орієнтовно);

k_2v = 1,2– (орієнтовно);

Приймаємо = 0,0545 – за умовами міцності лопаток.

Об’ємна продуктивність:

м³/с;

де - продуктивність нагнітача при стандартних умовах, м³/с;

- об’ємний ККД, який враховує втрати газу через зовнішні ущільнення, 0,99.

Визначимо масову продуктивність нагнітача:

Знаходимо густину газу на вході у нагнітач та при виході:

кг/м³;

кг/м³.

кг/м³