УНИФИЦИРОВАННЫЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР

Полезная модель относится к области компрессоростроения, а именно к созданию унифицированного многоступенчатого центробежного компрессора для работы с газоперекачивающими агрегатами различной мощности.
Известен центробежный компрессор (нагнетатель) со сменной проточной частью, выполненный в виде блочного устройства и входящий в состав газоперекачивающего агрегата ГПУ-16А (Газоперекачивающая установка ГПА-16А, НПО «Машпроект», Зовнiшторгвидав Украiни, 1992 г.) - аналог.
Недостатком известного устройства является то, что оно исключает возможность использования сформированной структуры технологического оборудования, так как эксплуатация агрегата ГПУ-16А возможна только в конструктивно неизменном составе блоков, что делает невозможным его использование в составе газоперекачивающего агрегата другой мощности.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение является создание унифицированного многоступенчатого центробежного компрессора для использования в составе газоперекачивающих агрегатов различной мощности с использованием унифицированных сменных проточных частей, при обеспечении надежной работы.
Указанный технический результат, достигается тем, что унифицированный многоступенчатый центробежный компрессор, содержит корпус с размещенной и зафиксированной в нем посредством торцевых крышек сменной проточной частью, которая содержит вал и опорные крышки с размещенными в них газодинамическими уплотнениями и подшипниками скольжения, рабочие колеса, входной направляющий аппарат, диффузор, обратный направляющий аппарат, входную и выходную камеры, причем корпус выполнен с возможностью размещения в нем сменной проточной части из ряда сменных проточных частей, рассчитанных на различную мощность приводного двигателя, у которых размеры опорных крышек, газодинамических уплотнений, подшипников скольжения и размеры вала под них для всех сменных проточных частей неизменны, а посадочные размеры на корпусе и на торцевых крышках соответствуют габаритным размерам сменной проточной части.
Заявляемое устройство конкретизировано на фиг.1 и 2, где на фиг.1 представлен продольный разрез унифицированного многоступенчатого центробежного компрессора, а на фиг.2 - вид. А на фиг 1.
На фиг.1 приведен и далее будет рассмотрен вариант выполнения компрессора для работы с приводным двигателем на 16 МВт и на 25 МВт, что, однако не ограничивает возможность использования заявляемого компрессора со сменными проточными частями, рассчитанными на другую мощность приводного двигателя, например, 32 МВТ и т.д.
Заявляемый унифицированный многоступенчатый центробежный компрессор содержит корпус 1, с размещенной и зафиксированной в нем посредством торцевых крышек 2 и 3 сменной проточной частью (СПЧ) 4. СПЧ 4 содержит вал 5 и опорные крышки 6 и 7 с размещенными в них газодинамическими уплотнениями 8 и подшипниками скольжения 9. Сменная проточная часть 4 выполнена с двумя рабочими колесами 10 и 11, и рассчитана для работы с приводным двигателем на 16 МВт, и с приводным двигателем на 25 МВт. Сменные проточные части, рассчитанные для работы с двигателями различной мощности (16 МВт, 25 МВт и т.д.) могут различаться, например, количеством рабочих колес каждой СПЧ (количеством ступеней ротора), геометрией рабочих колес, геометрией входного направляющего аппарата 12, геометрией и конфигурацией диффузора 13, который может быть выполнен безлопаточным и лопаточным, и обратного направляющего аппарата 14, а также геометрией и конфигурацией входной 15 и выходной 16 камер.
Заявляемый унифицированный многоступенчатый центробежный компрессор является работоспособным при его использовании со сменными проточными частями, имеющими различную конфигурацию и геометрию, и предназначенными для работы с приводными двигателями различной мощности, однако для обеспечения его работы посадочные размеры на корпусе (Б на фиг.1) и на торцевых крышках (С на фиг.1) должны соответствовать габаритным размерам соответствующей СПЧ, рассчитанной, например, на 16 МВт или СПЧ, рассчитанной на 25 или 32 МВт. Оптимальным, но не единственно возможным работоспособным вариантом выполнения заявляемого компрессора является тот, когда габаритные размеры СПЧ, рассчитанными для работы с приводными двигателями различной мощности, в зоне их контакта с торцевыми крышками (С) и корпусом (Б) одинаковы (в пределах погрешности изготовления и сборки), однако указанные размеры могут и отличаться с обеспечением работоспособности унифицированного компрессора для различных СПЧ. Размеры опорных крышек 6 и 7, газодинамических уплотнений 8, подшипников скольжения 9 и размеры вала 5 для их размещения для обеих СПЧ неизменны, т.е. с учетом погрешностей изготовления и монтажа СПЧ габаритные размеры и посадочные места на корпусе и торцевых крышках 2 и 3 неизменны, в оптимальном варианте - одинаковы (унифицированы), например, для СПЧ на 16 МВт и для СПЧ на 25 МВт.
Корпус унифицированного многоступенчатого центробежного компрессора выполнен с возможностью размещения в нем сменной проточной части, рассчитанной на мощность приводного двигателя 16 МВт и сменной проточной части, рассчитанной на мощность приводного двигателя 25 МВт, причем посадочные размеры на корпусе и на торцевых крышках должны соответствовать габаритным размерам соответствующей СПЧ, рассчитанной, например, на 16 МВт или СПЧ, рассчитанной на 25 МВт. Число рабочих колес (ступеней ротора), как для СПЧ, рассчитанной на мощность приводного двигателя 16 МВт, так и для СПЧ рассчитанной на мощность приводного двигателя 25 МВт, зависит, в том числе, и от требуемого коэффициента сжатия рабочего тела на выходе компрессора. Число ступеней для разных СПЧ может быть и одинаковым, например, равным двум, как для СПЧ, рассчитанной на мощность приводного двигателя 16 МВт, так и для 25 МВт. В целом количество рабочих колес, геометрия и конфигурация входного направляющего аппарата, диффузора, рабочих колес, обратного направляющего аппарата, входной и выходной камер по габаритам и геометрии отличаются от аналогичных элементов для сменных проточных частей, рассчитанных на различные мощности и зависят от требуемой степени сжатия центробежного компрессора, например, 1,3≤πк≤1,7, а также от мощности приводного двигателя с которым будет работать сменная проточная часть. Особенностью заявляемого компрессора является то, что минимальная доработка сменной проточной части, а именно рабочих колес, входного направляющего аппарата, безлопаточного диффузора, обратного направляющего аппарата, входной и выходной камер, позволяет использовать его с приводами, например на 16 МВт и на 25 МВт.
Унифицированный центробежный компрессор работает следующим образом. Рабочая среда поступает на вход центробежного компрессора, проходит через него с повышением на выходе давления рабочей среды до требуемого значения. Особенностью и одним из преимуществ заявляемого центробежного компрессора является то, что благодаря его унифицированной конструкции, на месте эксплуатации в условиях компрессорного цеха или индивидуального укрытия производятся только операции выемки из корпуса или установки в корпус полностью собранной и отрегулированной СПЧ без дополнительных регулировочных операций, что обеспечивает повышение качества сборки и регулирования и, следовательно, надежность, т.к. регулировка производится в специально оборудованном помещении.
Пример конкретного выполнения.
Корпус унифицированного центробежного компрессора и торцевые крышки выполнены из поковки СТ 09Г2С, рабочие колеса обеих СПЧ - из титана ВТ5Л, направление вращения ротора - против часовой стрелки, если смотреть со стороны компрессора в сторону привода (по ГОСТ 22378), ротор компрессора - жесткий, в компрессоре применены масло-смазываемые опорные подшипники со сменными колодками повышенной виброустойчивости, упорный с самовыравнивающим устройством и пониженным расходом масла. Компрессор оснащен газодинамическими сухими уплотнениями тандемного типа, реверсивного исполнения.
Сравнительные характеристики основных параметров и размеров унифицированного центробежного компрессора приведены в таблице №1.
Таблица №1.
№ п/п
Параметр/привод мощность
16 МВт
25 МВт
1.
Производительность 106 нм<sup>3</sup>/сутки
40
49
2.
Степень сжатия πк
1,35
1,44
3.
Конечное давление кг/см<sup>2</sup>
76
76
4.
Политропный кпд не менее
0,87
0,87
5.
Частота вращения ротора компрессора
5300
5000
6.
Внутренний диаметр колеса d, мм
260
260
7.
Наружный диаметр колеса D, мм
830
900
8.
Ширина колеса по наружному диаметру, bмм
50,3
65,8
9.
Посадочные размеры на торцевых крышках (С), мм
740
740
10.
Посадочные размеры на корпусе (В), мм
1600
1600
11.
Размеры газодинамических уплотнений (Д), мм
160
160
12.
Размеры подшипников скольжения (Е), мм
208
208
Как показали, проведенные авторами исследования, заявляемый унифицированный центробежный компрессор с заменяемыми СПЧ, которые в свою очередь унифицированы по подшипникам скольжения, уплотнениям и т.д. обеспечивает степень повышения давления в диапазоне 1,3≤πк≤1,7, на конечное давление 76 кг/см2, и обеспечивает политропный кпд центробежного компрессора 87%.