4.4.2. Нагнетатели природного газа

Нагнетателями природного газа (НПГ) принято называть лопа-

точные компрессорные машины с соотношением давления выше 1,1 и не имеющие специальных устройств для охлаждения газа в процессе сжатия.

Все нагнетатели условно можно разделить на два класса: неполнонапорные (одноступенчатые) (рис. 4.34) и полнонапорные (рис. 4.35).

8 И

Рис. 4.34. Неполнонапорный одноступенчатый нагнетатель НЗЛ типа 370-18: 1 – корпус; 2 – крышка; 3 – лопаточный диффузор; 4 – рабочее колесо;

5 – гильза; 6 – зубчатая муфта; 7 – клиновые прокладки; 8 – анкерные болты

Одно из общих требований к НПГ – достаточно массивный и жесткий газоплотный корпус, способный без существенных деформаций воспринимать как внутреннее давление, так и значительные усилия и

125

опрокидывающие моменты от труб обвязки. Большинство одноступенчатых нагнетателей на отечественных газопроводах имеет один вертикальный разъем для доступа к газовой полости.

1 – опорный подшипник; 2 – крышка; 3 – корпус; 4 – внутренний корпус; 5 – ротор; 6 – крышка; 7 – уплотнение; 8 – опорно-упорный подшипник; 9 – блок масляных насосов; 10 – думмис; 11 – улитка;

12 – обратный направляющий аппарат

Двухступенчатые нагнетатели выполняют и с одним, и с двумя вертикальными стыками: при литом корпусе достаточен один разъем, при сварно-кованом технологичнее иметь два. Корпуса с горизонтальным разъемом затрудняют удобный подвод и отвод патрубков большого сечения, небезопасны при аварийных ситуациях, когда

Корпус НПГ крепят к опорной раме с помощью достаточно жестких лап, для восприятия усилий от труб используют также шпонки.

Одноступенчатые НПГ имеют обычно консольные роторы и глухую крышку, а для двухступенчатых характерны межопорные роторы с размещением одного или обоих подшипников на крышках. В двухступенчатых нагнетателях ротор вместе со съемными деталями

126

проточной части образует один или два сборных узла. Рабочие колеса насаживают на вал на горячей посадке, иногда с помощью жидкости высокого давления.

Осевые усилия в НПГ могут достигать больших значений. Для снижения осевого усилия при межопорных роторах используют лабиринтное уплотнение большого диаметра со стороны высокого давле-

СОпорные подш пн ки применяют только типа скольжения (не качения) – двухкл новые или многоклиновые (сегментные). Последние

ния, называемое разгрузочным поршнем, или думмисом. Газ, про-

шедший думм с, обычно направляется на всасывание.

Для воспр ят я осевых усилий используют двухсторонние упор-

ные подш пн ки с самоустанавливающимися колодками.

вентилямиспользуют иринтные уплотнения с острыми гранями,

хорошо демпф руют поперечные колебания ротора и обеспечивают более спокойную ра оту ГПА.

Для сн жен я протечек между вращающимися и неподвижными

а для обеспечен я плотности между полостями статора с различным давлен ем пр меняют кольцевые резиновые шнуры. Для сохранения КПД нагнетателя важное значение имеет поддержание малых зазоров в

На рис. 4.34 представлена конструкция неполнонапорного нагнетателя типа 370-18. Нагнетатель имеет непосредственный привод от силовой турбины ГТУ и рассчитан на давление 5,5 и 7,45 МПа. Кор-

соосные входные и выходные патрубкиД. Нагнетатель снабжен лопаточным диффузором. Ротор нагнетателя вместе с подшипником, уплотнениями, диффузором и другими элементами образует единый сборочный узел, называемый гильзой. Этот Иузел имеет горизонтальный разъем, что позволяет легко проверять правильность взаимного расположения деталей. При необходимости гильза в сборе может быть заменена запасной, что позволяет осуществлять агрегатно-

пус нагнетателя имеет один вертикальный разъем и тангенциальные

узловой метод ремонта. Конструкцией предусмотрена возможность ремонта и замена вкладышей и уплотнений без вскрытия газовой полости.

Конструкция рабочего колеса – клепаная. Межлопаточные каналы выфрезерованы в теле основного диска. Такая конструкция хорошо демпфирует колебания, вызываемые лопаточным диффузором. Изготавливают также сварные рабочие колеса.

127

Некоторые особенности конструкции основных узлов НПГ рассмотрим на примере двухступенчатых нагнетателей НЦ-16/76 и типа 235-НЗЛ. Оба эти нагнетателя широко распространены на компрессорных станциях газопроводов, и конструкции их являются развитием ряда проверенных в эксплуатации решений.

СНагнетатель НЦ-16/76 (см. рис. 4.35) с номинальной частотой вращения 4900 об/мин для ГПА мощностью 16 МВт имеет кованый цилиндр ческ й корпус с двумя жесткими вертикальными и тоже коваными крышками, на которых смонтированы узлы подшипников и

к корпусу снаружи, опорные лапы корпуса также приварены. Для гермет зац соединений «крышки – корпус» и внутренних полостей проточной части используют кольцевые резиновые шнуры

уплотнен й. Крышки зафиксированы в корпусе с помощью упорных привареныразрезных колец. Всасывающий и нагнетательный патрубки – кованы,

различного д аметра.

его и для перспектбвного давления 10 МПа при умеренной толщине стенки (около 120 мм). Нео ходимые полости получены с помощью тонкостенного литогоАвнутреннего корпуса, также не имеющего горизонтального разъема. Внутренний корпус при сборке вкатывается в наружный на специальных роликах. На внутреннем корпусе закреплены входной направляющий аппарат, представляющий собой систему радиальных ребер, лопаточныеДдиффузоры обеих ступеней и наружная часть обратного направляющего аппарата (ОНА). Внутренняя разъемная часть ОНА извлекается вместе с ротором.

Конструкц я кованого наружного корпуса позволяет использовать

Ротор имеет ступенчатый вал с максимальным диаметром (посередине) около 300 мм, на который насажены рабочие колеса, думмис (разгрузочный поршень), втулки уплотненийИ, полумуфта для восприятия крутящего момента и упорный гребень. Лопатки рабочего колеса выфрезерованы из тела основного диска, соединены с покрывающим (покрывным) диском с помощью пайки. Ротор приспособлен для многоплоскостной балансировки. Для извлечения ротора нет необходимости доставать внутренний корпус и диффузоры.

Воспринимающий осевые усилия упорный подшипник имеет пакеты колодок с обеих сторон. Каждый опорный подшипник сегментного типа состоит из пяти самоустанавливающихся сегментов. Уплотнения имеют лабиринтную часть и масляную концевую часть в виде щелевого уплотнения с плавающими кольцами.

128

Выходная сборная камера образована с помощью кольцевого углубления на торцевой крышке и специально присоединенной к ней улитки. Из статорных деталей разъем имеет только внутренняя часть ОНА.

Общее конструктивное решение нагнетателя позволяет сравнительно легко заменять при необходимости детали проточной части и

СНевск м заводом м. В.И. Ленина (НЗЛ) также в нескольких модификациях по параметрам на расчетную частоту вращения 4800 об/мин для ГПА мощностью 10 МВт. Отличительная его особенность – литой корпус л тая крышка с о ычным фланцевым соединением. Корпус

получать различные модификации.

Двухступенчатый нагнетатель типа 235-21 (рис. 4.36) разработан

снабжен достаточно жесткими лапами, которые обеспечивают надежное креплен е нагнетателя к опорной раме. Присоединительные сече-

Рис. 4.36. Полнонапорный двухступенчатый нагнетатель типа 235-21 (с горизонтальным разъемом): 1 – рабочее колесо; 2 лопаточный диффузор; 3 – корпус; 4 – крышка; 5 – сборная камера; 6 – думмис; 7 – опорный подшипник

129

Ротор нагнетателя конструктивно объединен с закладными деталями проточной части так, что образует единый сборочный блок (пакет). Это позволяет заметно сократить затраты времени на ремонт, так как для группы нагнетателей поставляется запасной комплект. Суще-

ствует две сборочные модификации нагнетателя: с горизонтальным

Снениях. Во втором случае (только вертикальные стыки) конструкция лабир нтных уплотнен й допускает осевую сборку, а для разборки – сборки ОНА, конструктивно объединенного с лопаточными диффузо- , сн мают, а затем устанавливают рабочее колесо первой ступени, которое ф кс руется в осевом положении на валу резьбовой втул-

разъемом закладных частей и без горизонтального разъема. В первом случае при разборке - сборке есть хороший доступ для контроля за зазорами вза мным положением деталей в проточной части и уплот-

рамизерованы в теле основного диска; покрывающий диск приварен к ло-

кой.

рабоч Упорный подшипникАнаходится в картере, прикрепленном к

Рабоч е колеса меют цилиндрические лопатки, которые выфре-

крышке с помощью олтов и шпилек. Вкладыши опорных подшипни-

ков представляют со ой разъемные втулки. Картер опорного подшипника со стороны привода конструктивно объединен с корпусом муфты. Достаточно просторная выходнаяДсборная камера образована несколькими деталями нагнетателя.

Рассмотренные примеры конструктивного решения нагнетателей свидетельствуют о достаточно высоком совершенстве отечественных конструкций современных двухступенчатых нагнетателей.

4.4.3. Осевые компрессорыИ

Осевой компрессор (рис. 4.37) состоит из входного устройства 1, с помощью которого газ подводится к входному направляющему аппарату (ВНА) 2. ВНА придает потоку необходимое направление движения, после чего он поступает на рабочее колесо (РК) 3. От лопаток РК к газу подводится механическая энергия, вследствие чего его давление возрастает. В ступенях скорость газа в РК увеличивается (коэффициент реактивности < 1), а в отдельных случаях ( = 1) остается практически постоянной по величине, изменяясь только по направлению.

130

изменяется направлен е движения потока. В ступенях с < 1 в НА

также про сход т уменьшение скорости и повышение давления, а при = 1 скорость вНАНА изменяется только по направлению.

При выходе из последней ступени газ проходит спрямляющий аппарат (СА) 5, который придает выходной скорости осевое направле-

ние. Обычно СА выполняют совмещенным с последней ступени.

Из СА сжатый газ поступает в выходное устройство 6.

Ступенью осевого компрессораДпринято считать РК и расположенные за ним НА (рис. 4.38, а). Элементарной ступенью осевого компрессора называют ступень, расположенную между двумя соосными цилиндрическими поверхностями, радиусов r и r + dr. Развертка одной из этих поверхностей на плоскость и треугольникиИскоростей для двух ступеней с различным коэффициентом реактивности представлены на рис. 4.38, б, в. Видно, что РК и НА представляют собой лопаточные решетки, составленные из аэродинамических профилей, установленных под определенными углами. Решетка РК движется относительно решетки НА со скоростью u. Углы установки профилей выбирают такими, чтобы вход потока в решетку был безударным и сопровождался наименьшими потерями.

131

Рис. 4.38. Ступень осевого компрессора: а – схема ступени; б – ступень с 1-2 = 0,5; в – ступень с 1-2 = 1,0

На рис. 4.39 представлена конструкция осевого компрессора газовой холодильной машины ТХМ-1-25. Компрессор – осевой семиступенчатый. Расход воздуха 2 кг/с, степень сжатия 2,3, диаметр проточной части 190 мм, частота вращения ротора 21 200 об/мин. Компрессор состоит из статора и ротора. На роторе расположено семь рядов профилированных рабочих лопаток. Рабочее колесо и спрямляющий аппарат образуют ступень компрессора. Основными состав-

132

ными частями компрессора являются: ротор, патрубок всасывания, корпус передний, корпус нагнетателя (статор) и корпус диффузора.

Рис. 4.39. Осевой компрессор газовой холодильной машины ТХМ-1-25

Рабочая лопатка ротора состоит из пера и замка. Лопатки разных ступеней отличаются друг от друга длиной пера и углом установки их в диске. Лопатки с дисками соединяются замком типа "ласточкин хвост". Диски ротора и лопатки изготовленыДиз стали 13Х14НВФРА.

Патрубок всасывания является входным устройством компрессора и предназначен для обеспечения равномерного входа воздуха в первое колесо ротора. Корпус передний является продолжением входно-

го устройства компрессора и служит передней опорой ротора.

Корпус компрессора имеет продольный разъем в вертикальной плоскости. В кольцевых проточках установлены полукольца спрямляющих аппаратов, которые совместно с ротором и корпусом ком-

Корпус по объему соединен болтами. К торцевым фланцам корпуса крепятся корпус передний и корпус диффузора. Последний состоит из наружного и внутреннего корпусов. Во внутреннем корпусе установлен корпус задней опоры. В наружном корпусе – спрямляющий аппарат седьмой ступени.

133

134

135