КОРПУС ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА

Полезная модель относится к компрессоростроению, а именно к конструкциям корпусов центробежных компрессоров, работающих при высоких давлениях и больших расходах перекачиваемого газа.
Известен корпус центробежного компрессора, содержащий обечайку со всасывающим и нагнетательными патрубками, приваренными к обечайке и расположенными по разные стороны и перпендикулярно продольной оси корпуса (а.с. СССР №966316, F04D 29/40, БИ №38 за 1982 г.) - аналог.
Недостатком известного решения является сложная технология изготовления, высокая металлоемкость изделия.
Известен корпус центробежного нагнетателя содержащий обечайку со всасывающим и нагнетательными отверстиями, направленными в разные стороны, причем оси этих отверстий расположены в одной плоскости в продольном сечении (а.с. СССР №1758292, F04D 29/40, БИ № за год) - прототип.
Недостатком указанного решения является сложный процесс изготовления корпуса, что связано с большими размерами поковки или литой заготовки, из которой изготавливается корпус компрессора с возможностью обеспечения требуемые характеристик при работе компрессора при высоких давлениях и больших расходах.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение является обеспечение требуемого ресурса компрессора при его работе в условиях давления выше 100 атм, снижение металлоемкости, при одновременном упрощении его изготовления.
Указанный технический результат достигается тем, что корпус центробежного компрессора, содержит обечайку с присоединенными к ней при помощи сварки входным и выходным патрубками, причем обечайка состоит из двух элементов, выполненных из полученного прессованием горячекатаного листового металла и соединенных по длине при помощи электрошлаковой сварки, с образованием цилиндрической внутренней и внешней поверхности обечайки.
Корпус центробежного компрессора, характеризующийся тем, что толщина горячекатаного листового металла каждого элемента обечайки может быть одинакова и может быть не менее 100 мм, а патрубки могут быть приварены к обечайке аргонодуговой сваркой.
Для повышения к.п.д. центробежного компрессора с заявляемым корпусом, целесообразно входной и выходной патрубки приваривать к обечайке по разные стороны от вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось корпуса, причем продольные оси отверстий обоих патрубков располагать в горизонтальных плоскостях и смещать по вертикали относительно друг друга.
Заявляемое решение конкретизируется на фиг.1-3, где на фиг.1 представлен продольный разрез заявляемого корпуса центробежного компрессора, на фиг.2 - сечение А-А, на фиг.3 - сечение Б-Б.
Корпус центробежного компрессора содержит обечайку 1 входной патрубок 2, присоединенный к ней при помощи сварки 3 и выходной патрубок 4, присоединенный к обечайке 1 при помощи сварки 5. Обечайка 1 состоит из двух элементов 6 и 7, соединенных по длине электрошлаковой сваркой 8.
Корпуса компрессоров являются одной из самых ответственных и самой дорогостоящей деталью компрессора вследствие условий работы, габаритов, материалоемкости и высоких требований к их надежности.
При отливке заготовок для изготовления корпусов компрессоров, работающих при высоких давлениях (свыше 70 атм; верхняя граница определяется уровнем техники и в настоящее время составляет ≈250 атм) и больших расходах (свыше 1 млн стандартных кубометров; верхняя граница определяется уровнем техники и в настоящее время составляет ≈3 млн стандартных кубометров) рабочего тела, с учетом габаритов корпуса, практически невозможно обеспечить равномерную структуру металла и отсутствие воздушных каверн в металле, что снижает прочность литой заготовки и, следовательно, готового корпуса.
Изготовление корпуса центробежного компрессора, работающего при высоких давлениях и больших расходах, из кованой цилиндрической заготовки хотя и позволяет улучшить структуру металла корпуса, однако усложняет процесс изготовления и удорожает его.
В заявляемом решении предлагается использовать для изготовления корпуса (обечаки) обработанный прессованием горячекатаный листовой металл, например, для компрессоров в которых рабочим телом является газ с сероводородом, целесообразно использовать нержавеющую сталь (15ХН9Т, 08Х12Н10Т и т.д.). В случае, если компрессор предназначен для работы в условиях севера, выбирается материал по ГОСТ 19282-73, ГОСТ 19903-74 (17ГС, 16ГС и т.д.)
Прессование листового материала осуществляют на прессах с давлением 6-20 тыс.тонн, такое оборудование есть, например, Ижевском машиностроительном заводе, Магнитогорском заводе и т.д.
Прессование осуществляют до приобретения каждым листом (элементом обечайки) формы полуцилиндра, т.е. в поперечном сечении - полуокружность (с заданными в техпроцессе погрешностями).
После чего ее два элемента соединяют по длине при помощи электрошлаковой сварки, с образованием цилиндрической внутренней и внешней поверхности обечайки, и осуществляют термообработку обечайки для снятия напряжений, возникших в процессе сварки. Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса центробежного компрессора подвергается чистовой обработке для обеспечения требуемого внутреннего диаметра.
Электрошлаковая сварка позволяет сваривать любую сталь, однако ее целесообразно применять в случае, когда толщина соединяемых элементов не менее 40 мм.
При электрошлаковой сварке тепло, необходимое для плавления свариваемого металла, образуется за счет прохождения электрического тока через расплавленный шлак, состоящий из оксидов галоидов или их смесей.
Две свариваемые детали устанавливаются вертикально с зазором между кромками. Зазор с двух сторон закрывают медные водоохлаждаемые ползуны. Снизу зазор также закрывается специальным карманом. В зазор засыпается сварочный флюс и опускается сварочная проволока. В процессе сварки проволока подается вниз роликами, токоподвод осуществляется мундштуком. За счет прохождения тока между проволокой и изделием флюс нагревается и расплавляется. Расплавленный флюс образует шлак, который, будучи электропроводным, является источником тепла, приводящим к расплавлению проволоки и кромок и образованию сварочной ванны. Электрическая дуга отсутствует, так как она шунтируется расплавленным шлаком. Процесс сварки идет снизу вверх. Ползуны, охлаждаемые водой через трубки, перемещаются вверх вместе со сварочным автоматом и формируют сварной шов. Расплавленный флюс обеспечивает одновременно защиту сварочной ванны и участвует в металлургических процессах, обеспечивающих требуемое качество сварного шва.
Расход флюса при этом способе сварки невелик и не превышает 5%-ной массы наплавленного металла. Флюс используется такой же, как и для дуговой сварки, или специальный.
Основными разновидностями электрошлаковой сварки являются
- многоэлектродная электрошлаковая сварка,
- электрошлаковая сварка пластинчатыми электродами,
- электрошлаковая сварка плавящимся мундштуком.
св
п
Так как выделение теплоты в шлаковой ванне происходит главным образом в области электрода, максимальная толщина металла, свариваемого одной проволокой, обычно ограничена 60 мм. При больших толщинах целесообразно использовать несколько проволок - обычно кратно трем - числу фаз источника питания. При необходимости проволокам придают колебания поперек зазора для его лучшего заполнения. Сила сварочного тока на одну проволоку составляет I=200-600 А, напряжения сварки - 26-44 В; скорость подачи проволоки - V=100-400 м/ч.
Основным преимуществом электрошлаковой сварки является возможность сварки за один проход деталей практически любой толщины. Сварка производится без разделки кромок, поэтому ее экономичность повышается с ростом толщины свариваемого металла. Экономически целесообразно применять ее уже начиная с 40 мм, но чаще всего она используется для сварки толщин 100-600 мм.
Как показали исследования, проведенные заявителем для компрессоров, работающих при высоких давлениях и больших расходах рабочего тела, например, газа целесообразно использовать горячекатаный листовой металла толщиной не менее 100 мм. Максимальная толщина листового металла определяется технической и экономической целесообразностью, и возможностями производства, в частности прессовым оборудованием и т.д.
Существующее прессовое и сварочное оборудование в настоящее время позволяют обработать листовой металл с максимальной толщиной 600 мм, т.е. в настоящее время возможна обработка листового металла толщиной, например, 100-600 мм. Однако данный диапазон определяется только возможностями производства на данный момент и может измениться в сторону расширения его верхнего предела.
Толщина листового металла каждого элемента обечайки может быть одинакова, но может и отличаться у двух элементов, в этом случае, потребуется более сложная чистовая обработка готовой обечайки.
Входной и выходной патрубки могут быть приварены к обечайке, например, аргонодуговой сваркой.
Примеры конкретного выполнения.
1. Пример изготовления корпуса газового компрессора мощность до 32 МВт, давление - до 120 атм,
Корпус центробежного компрессора изготовлен из материала 09Г2С, толщина листового металла - 160 мм, внутренний диаметр обечайки - 1600 мм, ширина сварного шва электрошлаковой сварки в поперечном сечении корпуса - 40 мм.
Обработка - нагрев до температуры 540°С с последующей выдержкой 4 часа.
Характеристики корпуса - работа при давлении 120 атм ресурс более 100000 часов.
Требуемый ресурс работы 100000 часов.
2 Пример изготовления корпуса газового компрессора мощность до 32 МВт, давление - до 200 атм,
Корпус центробежного компрессора изготовлен из материала СТ17ГС, толщина листового металла - 200 мм, внутренний диаметр обечайки - 2000 мм, ширина сварного шва электрошлаковой сварки в поперечном сечении корпуса - 35 мм.
Обработка - нагрев до температуры 620°С с последующей выдержкой 6 часов.
Характеристики корпуса - работа при давлении 200 атм ресурс более 100000 часов.
Требуемый ресурс работы 100000 часов.