книги из ГПНТБ / Хушпулян, М. М. Технико-экономические показатели современных компрессоров и установок

В табл. 29 приведены допустимые окружные скорости для

машины имеет важное практическое значение при проектирова­ нии, и в каждом случае должны определяться разумные гра­ ницы окружной скорости с целью обеспечения максимально допустимой частоты вращения. Из изложенного выше следует, что главной проблемой в области развития центробежных ком­ прессоров является вопрос повышения окружной скорости ра­ бочих колес, так как с ее повышением увеличивается степень сжатия ступени и уменьшается число ступеней, необходимых для достижения общей степени сжатия, что приводит к умень­ шению размеров и веса центробежного компрессора.

Пока окружная скорость центробежных компрессоров нахо­ дилась в пределах 220—250 м/с, влияние числа Маха было не­ значительным. При окружных скоростях 300—350 м/с влияни­ ем числа Маха уже нельзя пренебречь. К- п. д. сжатия и зона устойчивости работы — это два основных фактора, влияющих на экономичность эксплуатации центробежного компрессора. Снижение этих показателей едва ли может компенсироваться уменьшением стоимости компрессора, получаемой за счет по­ вышения его быстроходности. Поэтому, повышать число Маха, за счет увеличения окружной скорости без изменения геомет-, рии проточной части или выполнения иных мероприятий нельзя,-

Точные результаты, обеспечивающие относительно высокие значения к. п. д. и окружных скоростей, можно получить только при изменении характеристик в процессе экспериментальных исследований центробежного компрессора.

В отличие от компрессоров вытеснения (поршневых, винто­ вых и ротационных) производительность и давление нагнетания

ным давлениями рк и р1Ьих отношением е = ---- , мощностью N,

рн

к. п. д. -р и пр.

Работа машины при переменном режиме определяется газо­ динамическими характеристиками, представляющими зависи­

или весовой G производительности при одной ‘или нескольких, частотах вращения п. В силу сложности протекания процесса компримирования истинное значение газодинамической харак­ теристики определяется при испытаниях машины.

На рис. 32 представлены типичные газодинамические харак­ теристики центробежных компрессорных машин с лопатками,-

Физический смысл увеличения показателя политропы при работе компрессора с повышенной степенью сжатия заключает­ ся в том, что при наличии потерь на трение газа в каналах рабочих колес, диффузора и корпуса, а также иа трение колес­ ных дисков вся дополнительно подводимая энергия превра­ щается в теплоту. Добиться полного охлаждения в многосту­ пенчатом центробежном компрессоре невозможно. Таким обра­ зом, относительно высокая теплонапряженность процесса сжа­ тия и его интенсивный рост с повышением степени сжатия при­ водят к увеличению удельного расхода мощности на единицу компримируемого газа. В соответствии с этим мощность, рас­ ходуемая на сжатие многоступенчатой компрессорной машины, может быть представлена в следующем виде:

где г),- — внутренний к. п. д. компрессора:

ров следует, что ее расход на компримирование в центробеж­ ном компрессоре больше вследствие высокой теплонапряженности компримируемого газа.

Для уменьшения затрачиваемой мощности и снижения теплонапряженности компрессора при его работе с достаточно большими степенями сжатия в многоступенчатых центробежных компрессорах осуществляется охлаждение компримируемого газа, в основном наружное с применением выносных охладите­ лей. В этом случае неизбежными становятся потери давления как в самих промежуточных холодильниках, так и в трубопро­ водных коммуникациях входа и выхода. Поэтому многие фир­ мы наряду с выносными холодильниками, расположенными за пределами компрессора, используют холодильники, встроен­ ные в его корпус путем непосредственного присоединения. Тем самым исключается необходимость в трубопроводной обвязке между холодильниками и компрессором.

Выбор числа циклов охлаждений осуществляется по-разно­ му. Например, швейцарская фирма «Брауи-Бовери» разработа­ ла серию так называемых изотерм-компрессоров, в которых при давлении воздуха около 9 кгс/см2 применено семикратное про­ межуточное охлаждение. Однако к. п. д. этих компрессоров мало превышает те значения, которые удалось получить дру­ гим фирмам при двухили трехкратном охлаждении. Поэтому

101

Рис. 33. Схема установки по производству азотной кислоты:

1 — детендер хвостовых газов; 2 — изотермический компрессор; 3 — вспомогательный двигатель; 4 — дрос­

ния занимаемой площади и повышения к. п. д. все три компрес­ сора приводятся в движение от одного привода через специаль­ но сконструированный редуктор с двумя выходными валами. С первым соединен компрессор типа RC-4HN-56, со вторым — компрессоры типа RC-4N-40 и RC-5N-28.

Давление нагнетания при совместной последовательной ра­ боте трех компрессоров достигает 45 кгс/см2 при производи­ тельности установки 421 м3/мин. В табл. 31 приведены основ­ ные технические показатели центробежных компрессоров фир­ мы AEG (ФРГ).

Подавляющее большинство выпускаемых фирмой компрессо­ ров выполняются с встроенными в корпус холодильниками.

103

Рис. 34. Продольный разрез семиступеичатой рекуперациоиной турбины.

Таблица 31",

Технические показатели центробежных компрессоров фирмы AEG

В табл. 32 приведены основные показатели центробежных компрессоров, выпускаемых фирмой «Нуово-Пиньонэ» (Ита­ лия). Семь моделей с диапазоном производительности от 71 до233 м3/мин и давлением нагнетания от 3 до 17 кгс/см2 в основ­ ном выпускаются с шестикратным охлаждением, несмотря на относительно невысокое давление нагнетания. Эти компрессоры изготовляются обычно с четырьмя и пятью рабочими ко­ лесами.

105

»

Таблица 32

Технические показатели центробежных компрессоров фирмы «Нуово-Пиньонэ»

Фирмой «Нуово-Пиньонэ» выпускаются также центробежные машины с давлением нагнетания до 60 кгс/см2. Они предназна­ чены для работы с относительно высоким давлением всасывания и числом рабочих колес от одного до трех. Вследствие малой степени сжатия эти компрессоры работают обычно без про­ межуточного охлаждения.

Этой фирмой разработан и выпускается нормальный ряд центробежных компрессоров модели ВС пяти типоразмеров для давлений нагнетания до 100 кгс/см2. Число рабочих колес в них варьируется от двух до семи. Корпус компрессора — ци­ линдрический, выполнен обычно из кованой стали с вертикаль­ ным разъемом, закрывающимся массивными фланцами, крепя­ щимися с помощью близко расположенных друг к другу шпи­ лек. Вследствие наличия вертикальных разъемов сборка узла ротора и диафрагмы в целый блок производится'в стороне, за­ тем собранный узел аксиально вводится в корпус компрессора. Уплотнение концов ротора — обычно масляного типа.

Стремление к созданию высоконапорных центробежных ком­ прессоров быстро распространилось почти на все ведущие комлрессоростроительные фирмы Европы и США.

Серийному выпуску центробежных компрессоров высокого давления предшествовали большие теоретические и экспери­ ментальные исследования. При этом основными проблемами ■являлись:

создание уплотнений высокого давления на концах ротора компрессора;

106

разработка и изготовление конструкций рабочих колес с узким выходом и оценка свойственных им флюидодинамических характеристик;

уравновешивание осевого давления, передаваемого осью компрессора, работающего под высоким давлением, и др.

Для комплексных эксплуатационных испытаний уплотнений концов вала компрессора был сконструирован специальный ап­ парат в целях:

проверки надежности системы масляного уплотнения при высоком давлении;

определения наиболее подходящего типа уплотнений данной конструкции для заданных размеров и материала, давлений всасывания и нагнетания, частоты вращения вала;

установления оптимального зазора для муфт как высокого, так и низкого давления;

изменения параметров потока, температуры масла и про­ изводительности по сравнению с частотой вращения и давле­ нием для различных типов уплотнений. В качестве привода был использован электромотор с плавно регулируемой частотой вращения.

зовалось турбинное смазочное масло вязкостью 4,8 сст при температуре 50° С.

Полученные данные показали, что масляные уплотнения обеспечивают отличную работу компрессора при высоком дав­ лении нагнетания.

Экспериментальными исследованиями установлено, что наи­ больший технико-экономический эффект достигается при шири­ не выходного отверстия рабочих колес последующих ступеней менее 6 мм и диаметре рабочего колеса 300 мм. Рабочие ко­ леса изготовляли двумя способами, чтобы выбрать наиболее эффективный из них.

В первом случае использовался механический метод обра­ ботки газовых каналов рабочих колес путем высверливания и фрезеровки их внутренних поверхностей. По этому способу бы­ ло изготовлено шесть рабочих колес, результаты испытаний ко­ торых оказались неплохими. Однако стоимость их была в тричетыре раза выше сборных рабочих колес.

Второй способ, используемый в настоящее время, заклю­ чается в изготовлении каналов в рабочем колесе из монолит­ ной поковки посредством электроэрозии.

Сопоставление результатов испытаний и технико-экономиче­ ских показателей сравниваемых рабочих колес показало, что наиболее эффективными оказались рабочие колеса, изготовлен­ ные с помощью электроэрозийной обработки, а стоимость их равнялась стоимости сварной конструкции.

Для получения точных экспериментальных данных по ком­

107

прессорам высокого давления с узкими выходными сечениям» рабочего колеса был построен опытный центробежный компрес­ сор на давление 350 кгс/см2. В течение длительного периода он: испытывался в производственных условиях на итальянском хи­ мическом заводе для компримирования синтетического газа.

В процессе испытаний компрессора были получены характе­ ристические кривые давления и производительности в зависи­ мости от частоты вращения. Испытания показали, что компрес­

350 кгс/см2. В течение полного цикла испытаний, длившихся 1500 ч, работа уплотнений была нормальной. Вибрации были очень низки: колебания, измеренные на корпусе вблизи осевых подшипников, составили 1 —1,5 мк.

Успешное завершение всех циклов испытаний полностью до­ казало способность компрессора удовлетворительно работать в условиях, более тяжелых, чем при нормальной эксплуатации.

В соответствии с полученными результатами фирма «НуовоПиньонэ» приступила к выполнению большого числа заказов на изготовление центробежных компрессоров высокого давле­ ния, которые в последние годы широко применяются, особенно

150 до 350 кгс/см2 при давлении всасывания от 25 до 35 кгс/см2. Получение столь высоких степеней сжатия и производи­ тельностей достигается путем параллельной и последовательной совместной работы нескольких высоконапорных центробежных

тельности.

Для мощных компрессорных установок, где наряду с высо­ кими давлениями нагнетания одновременно требуется и боль­ шая производительность, машины подключаются как последо­ вательно, так и параллельно. Таким образом, создается двух-, трехили многопоточная система компримирования. Поэтому обоснование выбора оптимального числа компрессоров для за­ данных параметров компримирования установки и соответству­ ющего привода к ним должно решаться технико-экономически­ ми расчетами, обеспечивающими минимальные затраты.

На рис. 35,а, б представлены центробежные компрессоры вы­ сокого давления фирмы «Нуово-Пиньонэ», предназначенные как для самостоятельной, так и совместной последовательной рабо­ ты в мощных компрессорных установках. Степень сжатия каж­ дого рабочего колеса находится в пределах 0,26—0,4.

Мощность компрессорных установок, состоящих из таких

108