Тема 6 Центробежные нагнетатели
Нагнетателями природных газов принято называть лопаточные компрессорные машины с соотношением давления сжатия свыше 1,1 и не имеющие специальных устройств для охлаждения газа в процессе его сжатия.
Нагнетатель каждого агрегата является машиной центробежного типа. Движение газа и повышение давления в проточной части нагнетателя происходит за счет создания поля центробежных сил в рабочем колесе, обеспечивающего движение газа от центра колеса к его периферии и за счет преобразования кинетической энергии газа в потенциальную (энергию давления). Ротор приводится во вращение двигателем.
Все нагнетатели условно можно разделить на два класса: неполнонапорные и полнонапорные. Первые, имеющие степень повышения давления в одном нагнетателе 1,25–1,27, используются при последовательной схеме компримирования газа на КС, вторые – полнонапорные, имеющие степень повышения давления 1,35–1,51, используются при коллекторной схеме обвязки компрессорной станции.
Важной характеристикой нагнетателя является его производительность. Применительно к газопроводу различают объемную 
, м 
/мин, массовую 
, кг/ч и коммерческую подачу газа 
, млн·нм /сут. 
– объемная подача газа, 
– массовая подача, характеризующая количество газа, протекающее в единицу времени через сечение всасывающего патрубка. Коммерческая подача определяется по параметрам состояния во всасывающем патрубке, приведенным к нормальным физическим условиям ( 
= 20 °С; 
= 0,101 МПа).
Используемые на КС, ДКС, ПХГ, СОГ нагнетатели по конструктивному исполнению являются одно- и многоступенчатыми. В общем случае проточная часть ступени нагнетателя состоит из четырех элементов: входное устройство, рабочее колесо, диффузор и выходное устройство.
На рисунке 18 представлена конструкция одноколесного неполнонапорного нагнетателя Н-370-18-1.
Рисунок 18 – Конструкция нагнетателя Н-370-18-1
На рисунке обозначены: 1 – корпус, 2 – крышка, 3 – лопаточный диффузор, 4 – ротор, 5 – стакан, 6 – торцевое уплотнение, 7 – опорный подшипник, 8 – корпус подшипника, 9 – опорно-упорный подшипник, 10 – кожух, 11 – муфта, 12 – резиновое кольцо.
На рисунке 19 представлена конструкция двухколесного полнонапорного нагнетателя 325ГЦ2.
Рисунок 19 – Конструкция нагнетателя 325ГЦ2
На рисунке обозначены: 1 – корпус, 2 – крышка, 3 – крышка, 4 – корпус внутренний, 5 – ротор, 6 – улитка, 7 – диафрагма, 8 – шпонка, 9 – уплотнение торцевое, 10 – подшипник опорно-упорный магнитный, 11 – подшипник опорный магнитный, 12, 13 – кольцо разрезное, 14, 15, 17, кольцо уплотнительное, 16 – думмис, 18 – кронштейн, 19 – гайка, 20 – шпилька, 21 – винт, 22 – трубопровод уравнительной линии, 23 – трубопровод задуммисной линии.
В центробежных компрессорах применяют динамический способ сжатия. Сначала газ разгоняют до больших скоростей в лопаточных аппаратах рабочих колес, а затем движение искусственно затормаживают в расширяющихся (диффузорных) каналах, в результате чего силы инерции потока газа сближают молекулы газа, повышая тем самым давление. Поэтому иногда этот способ называется инерционным.
При использовании двух и более колес в нагнетателе увеличивается нагрузка на упорный подшипник. Для уравновешивания осевой силы иснижения этих нагрузок применяется разгрузочный поршень – думмис, который жестко крепиться на валу за вторым рабочим колесом.
При соединении полости всасывания нагнетателя и задуммисной полости наружным трубопроводом, то в результате разницы давлений, действующих на думмис, появляется уравновешивающая сила, направленная противоположно осевому усилию и действующая на думмис.
Подшипники ЦБН
Опорой ротора нагнетателя являются подшипники. На сегодняшний день существуют два типа подшипников, применяемых в ЦБН: подшипники скольжения и магнитные подшипники (магнитный подвес).
При применении подшипников скольжения нагнетатель имеет собственную маслосистему, или объединенную маслосистему с ГТУ. В подшипниках скольжения создается масляный клин, обеспечивающий вращение ротора ЦБН на больших оборотах.
В магнитных подшипниках ЦБН применен принцип подвешивания ротора в магнитном поле, создаваемом электромагнитами, как показано на рисунке 20. Применение активного магнитного подвеса позволило отказаться от использования маслосистемы нагнетателя и избавиться от ряда проблем, связанных с этим (расход масла, утечки масла, попадание масла в транспортируемый газ). На сегодняшний день использование магнитного подвеса является более перспективным.
Рисунок 20 – Принципиальная схема магнитного подвеса
Подшипник опорный магнитный воспринимает радиальные нагрузки ротора компрессора. Подшипник установлен на крышке компрессора со стороны привода.
Подшипник опорно-упорный магнитный, двухсторонний (по осевым нагрузкам) воспринимает радиальные и осевые нагрузки ротора компрессора. Подшипник опорно-упорный магнитный установлен на крышке компрессора со стороны свободного конца вала. Подшипник включает в себя опорный и упорный подшипники. Расположение магнитных подшипников показано на рисунке 21.
Рисунок 21 – Схема расположения магнитных подшипников на роторе ЦБН
В состав магнитных подшипников входят:
– магнитопровод роторный, который напрессован на вал ротора;
– статорные узлы и детали, которые образуют подшипниковую камеру;
– система управления магнитным подвесом.
Подшипник соединен с СУМП информационными и силовыми кабелями.
Продувка и охлаждение деталей подшипниковой камеры производится воздухом, который поступает через специальный канал в крышке компрессора.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник
Характеристики центробежных нагнетателей для транспорта природных газов
Пользуются характеристиками следующим образом. Зная фактические значения величин 
для данных условий, по соотношению 2.3, определяют приведенную относительную частоту вращения нагнетателя . По известной степени сжатия находят приведенный объемный расход газа , соотношение 2.4, а затем по соответствующим кривым (рис. 2.36) определяют политропический КПД и приведенную внутреннюю мощность нагнетателя 
, (2.3)
. (2.4)
Внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем, определяется соотношением
. (2.5)
В соотношениях 2.3-2.5 индексом «О» отмечен номинальный режим работы нагнетателя; индексом «в» — отмечены параметры на входе в нагнетатель. Плотность газа при всасывании, кг/м , определяется по соотношению:
, (2.6)
где — абсолютное давление (МПа) и температура (К) при всасывании.
Мощность на муфте привода, кВт: ,
где — механические потери, для газотурбинного привода = 100 кВт, для электропривода = 150 кВт.
Расчетный рабочий расход газа для нагнетателей должен быть примерно на 10-12% больше крайних левых значений расхода, соответствующего условиям начала срыва потока газа по нагнетателю (зоне помпажа). На рис. 2.36 этому соответствует подача газа ~360 м /мин.
Наличие надежных приведенных характеристик при эксплуатации газотурбинного привода позволяет обслуживающему персоналу выбирать наилучший режим работы в зависимости от конкретных условий. Для центробежных нагнетателей с электроприводом также можно пользоваться приведенными газодинамическими характеристиками, но только для какого-то вполне определенного значения , так как электропривод не имеет регулируемую частоту вращения.
Наличие надежных приведенных характеристик с использованием соотношений (2.3-2.6) позволяет относительно легко определять мощность ГПА в эксплуатационных условиях.
Пример 2.1. Определить степень сжатия по нагнетателю, коэффициент полезного действия ( 
), производительность и мощность на муфте нагнетателя типа 370-18-1 при следующих исходных данных: частота вращения 
= 4500 об/мин, начальное абсолютное давление сжатия = 5,0 МПа, конечное абсолютное давление 6,1 МПа, температура газа на входе, 
= 288,2 К, газовая постоянная R = 510 Дж/кг·К.
Решение. Определение рабочих параметров нагнетателя при заданных исходных данных можно осуществить в такой последовательности:
1. Определяется относительная плотность газа по воздуху
,
где 
и 
— соответственно, газовая постоянная воздуха ( ) и газа ( ), определяемые как отношения универсальной газовой постоянной (R = 8314 Дж/кг·К) к мольной массе газа.
2. В зависимости от среднего давления процесса сжатия и начальной температуры газа при найденной относительной плотности газа по воздуху по номограмме (см. рис. 1.1) определяется коэффициент сжимаемости газа, = 0,9.
3. По уравнению состояния реального газа ( ) определяется его плотность на входе в нагнетатель
=37,8 кг/м .
4. Определяется степень сжатия по нагнетателю
.
5. Определяется приведенная относительная частота вращения вала нагнетателя
6. С использованием приведенной характеристики нагнетателя (рис. 2.36) при найденных значениях = 1,22 и приведенной частоте вращения вала нагнетателя = 0,96 определяется приведенная объемная производительность: = 480 м мин.
7. Приведенная относительная внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем и его политропический КПД при = 480 м / мин по характеристике рис. 2.36 составят:
= 260·кВт/(кг/м ); = 0,82.
8. Фактическая производительность нагнетателя составит:
м /мин.
Объемный, или «коммерческий» расход, приведенный к стандартным условиям, определяется соотношением
·млн.нм /сут.
= 1,206·0,56 = 0,675 кг/м
9. Внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем
= 8098 кВт.
10. Мощность на муфте привода нагнетателя
= 8098 + 100 = 8198 кВт,
где — механические потери мощности в системе ГПА, принимаемые в расчетах для этого типа агрегатов на уровне 100 кВт.
Источник
2.14. Нагнетатели природного газа. Их характеристики
Нагнетателями природных газов принято называть лопаточные компрессорные машины с соотношением давления сжатия свыше 1,1 и не имеющие специальных устройств для охлаждения газа в процессе его сжатия.
Все нагнетатели условно можно разделить на два класса: неполнонапорные (одноступенчатые) (см. рис. 2.34) и полнонапорные (см. рис. 2.35). Первые, имеющие степень сжатия в одном нагнетателе 1,25-1,27, используются при последовательной схеме компремирования газа на КС, вторые — полнонапорные, имеющие степень сжатия 1,45-1,51, используются при коллекторной схеме обвязки компрессорной станции.
2.34. Неполнонапорный одноступенчатый нагнетатель 370-18 агрегата гтк-10-4 производства нзл:
1 — корпус; 2 — крышка; 3 — лопаточный диффузор; 4 — рабочее колесо; 5 — гильза; 6 — зубчатая муфта; 7 — клиновые прокладки; 8 — анкерные болты
Рис. 2.35. Полнонапорный двухступенчатый нагнетатель НЦ-16/76 агрегата ГПА У16 производства АО «СМПО им. Фрунзе»:
1 — опорный подшипник; 2 — крышка; 3 — корпус; 4 — внутренний корпус; 5 — ротор; 6 — крышка; 7 — уплотнение; 8 — упорно-упорный подшипник; 9 — блок масляных насосов; 10 — думмис; 11 — улитка; 12 — обратный направляющий аппарат
Важной характеристикой нагнетателя является его производительность. Применительно к газопроводу различают объемную 
, м
/мин, массовую 
, кг/ч и коммерческую подачу газа 
, млн·нм
/сут. Перевод одних величин в другие осуществляется с использованием уравнения Клапейрона с поправкой на сжимаемость газа 
. При использовании 
кг газа применяется уравнение Клапейрона-Менделеева также с использованием поправки на сжимаемость газа 
, где 
— объемная подача газа, 
— массовая подача, характеризующая количество газа, протекающее в единицу времени через сечение всасывающего патрубка. Коммерческая подача 
определяется по параметрам состояния во всасывающем патрубке, приведенным к нормальным физическим условиям (
= 20 °С; 
= 0,101 МПа). Для определения коммерческой подачи используется уравнение Клапейрона для «стандартных» условий: 
; 
, 
.
Характеристики ряда типов центробежных нагнетателей, используемых на газопроводах, приведены в табл. 2.5.
Каждый тип нагнетателя характеризуется своей характеристикой, которая строится при его натурных испытаниях. Под характеристикой нагнетателей принято понимать зависимость степени сжатия 
, политропического КПД (
) и удельной приведенной мощности 
от приведенного объемного расхода газа 
. Строятся такие характеристики для заданного значения газовой постоянной 
, коэффициента сжимаемости 
, показателя адиабаты, принятой расчетной температуры газа на входе в нагнетатель 
в принятом диапазоне изменения приведенной относительной частоты вращения 
. Типовая характеристика нагнетателя типа 370-18-1 приведена на рис. 2.36. Характеристики других типов имеют такой же вид, как для неполнонапорных, так и для полнонапорных нагнетателей.
Рис. 2.36. Приведенные характеристики нагнетателя 370-18-1 при 
= 288К; 
= 0,9; 
= 490 Дж/(кг·К)
Источник