Классификация нагнетателей
Основное назначение нагнетателя—повышение полного давления перемещаемой среды. В зависимости от свойств среды (газ, чистая жидкость, загрязненная жидкость и взвесь, вязкая жидкость, агрессивная жидкость, жидкий металл, сжиженный газ и т. п.) применяются нагнетатели различных типов и конструкций. В практике довольно часто встречаются нагнетатели разных типов, названия которым даны в зависимости от их назначения и особенностей эксплуатации (например, питательные, циркуляционные, конденсатные насосы для тепловых электростанций и т. п.). Нагнетатели в основном классифицируют по принципу действия и конструкции. В этом смысле их подразделяют на объемные и динамические.
тип тип тип подвид
Рис. 1.1. Классификация насосов
Объемные нагнетатели работают по принципу вытеснения, когда давление перемещаемой среды повышается в результате сжатия. К ним относятся возвратно-поступательные (диафрагменные, поршневые) и роторные (аксиально- и радиально-поршневые, шиберные, зубчатые, винтовые и т. п.) насосы.
Динамические нагнетатели работают по принципу силового воздействия на перемещаемую среду. К ним относятся лопастные (радиальные, центробежные, осевые) нагнетатели и нагнетатели трения (вихревые, дисковые, струйные и т. п.).
Нагнетатели, используемые в системах теплогазоснабжения и вентиляции, должны удовлетворять следующим основным требованиям:
1) соответствие фактических параметров работы (р, L и N) заданным расчетным условиям;
2) возможность регулирования подачи и давления в определенных пределах;
3) устойчивость и надежность в работе;
4) простота монтажа;
5) бесшумность при работе.
Рис. 1.2. Схема радиального вентилятора
1 — коллектор; 2 — рабочее колесо; 3 — спиральный кожух; 4 — лопатка
Рис. 1.3. Схема центробежного насоса
1 — входной патрубок; 2 — рабочее колесо; 3 — корпус; 4 — нагнетательный патрубок; 5 — лопатка
Рассмотрим схемы и принципы действия нагнетателей разного типа.
В радиальном вентиляторе со спиральным кожухом (рис. 1.2 ) перемещаемая среда, двигаясь в осевом направлении через всасывающий коллектор, попадает на вращающееся рабочее колесо, снабженное лопатками, изменяет направление своего движения к периферии колеса, закручивается в направлении вращения, поступает в спиральный кожух и затем через отверстие выходит из нагнетателя. Рабочее колесо сидит на валу и приводится во вращение приводом. Вал вращается в подшипниках, укрепленных на станине или непосредственно на кожухе.
Рис.1.4. Схема осевого вентилятора
1- коллектор; 2 — входной направляющий аппарат; 3 — рабочее колесо; 4 — выходной направляющий аппарат; 5 — кожух (обечайка); 6 — обтекатель
 |
Рис. 1.5. Схема прямоточного вентилятора
1 — корпус; 2 — рабочее колесо; 3 — диффузор
Аналогичную конструкцию и принцип действия имеет центробежный насос, изображенный на рис. 1.3.
К достоинствам таких вентиляторов следует отнести возможность использования для привода высокоскоростных электродвигателей, высокий КПД (более 80%), простоту изготовления, высокую равномерность подачи и относительную простоту ее регулирования. Недостатком является то, что подача зависит от сопротивления сети.
В осевом вентиляторе (рис. 1.4) поток движется преимущественно в направлении оси вращения и некоторое закручивание приобретает лишь при выходе из колеса. Поток через коллектор поступает во входной направляющий аппарат, затем в рабочее колесо и в выходной направляющий аппарат. Колесо сидит на валу, вращающемся в подшипниках, укрепленных на стойках.
Колесо и направляющие аппараты заключены в кожух (обечайку). Втулка рабочего колеса имеет обтекатель.
Как в осевом, так и в радиальном вентиляторе передача энергии от двигателя потоку среды происходит во вращающемся рабочем колесе.
Осевые нагнетатели просты в изготовлении, компактны, реверсивны; по сравнению с радиальными нагнетателями они имеют более высокие КПД и подачу при относительно низком давлении (напоре).
В прямоточном радиальном вентиляторе (рис. 1.5) перемещаемая среда вначале также движется в осевом направлении и поступает во вращающееся рабочее колесо, где под действием центробежной силы проходит в радиальном направлении в межлопаточном пространстве и выходит в осевом направлении по кольцу через радиальный лопастной диффузор, стенки которого имеют криволинейную форму, а лопатки установлены на осесимметричном коленообразном участке диффузора. В диффузоре часть динамического давления преобразуется в статическое. КПД вентилятора достигает 70 %’. Одним из преимуществ вентиляторов такого типа является возможность размещения электродвигателя внутри кожуха, что приводит к улучшению шумовых характеристик установки. Изготовление таких вентиляторов несколько сложнее, чем обычных.
Смерчевой вентилятор (рис. 1.6) имеет рабочее колесо с небольшим числом лопаток, прикрепленных к заднему диску. Это колесо размещено в специальной нише в задней стенке спирального кожуха. При вращении колеса возникает вихревое течение, аналогичное атмосферному вихрю — смерчу, в центральной и периферийной частях которого образуется перепад давлений, являющийся побудителем движения воздуха. Вследствие этого основная часть потока с содержащимися в нем примесями проходит через нагнетатель, минуя рабочее колесо. КПД вентилятора не превышает 60 %.
Дисковый вентилятор (рис. 1.7) относится к нагнетателям трения. Рабочее колесо у такого нагнетателя представляет собой пакет дисков (колец), расположенных с небольшим зазором перпендикулярно оси вращения колеса. Передача энергии от колеса потоку жид кости происходит в результате действия сил трения в пограничном слое, образующемся на дисках. Отсутствие срывных вихревых зон, неизбежных в лопастном рабочем колесе, способствуетустойчивой работе дисковых машин с малым шумом. КПД таких нагнетателей не превышает 40—45 %.
 |
Рис. 1.6. Схема смерчевого вентилятора
1 — кожух; 2 — лопатка; 3 — задний диск
 |
Рис. 1.7. Схема дискового вентилятора
1 — корпус; 2 — рабочее колесо
Вихревой насос (рис. 1.8 ) относится к машинам трения. Его рабочее колесо, аналогично колесу центробежного насоса, засасывает жидкость из внутренней части канала и нагнетает ее во внешнюю, в результате чего возникает продольный вихрь. При прохождении жидкости через рабочее колесо в вихревом насосе, как и в центробежном, увеличиваются кинетическая энергия жидкости (увеличивается ее скорость) и потенциальная энергия давления.
 |
Рабочим органом насоса является рабочее колесо с радиальными или наклонными лопатками. Колесо вращается в цилиндрическом корпусе с малыми торцовыми зазорами. Жидкость поступает через всасывающее отверстие в канал, перемещается по нему рабочим колесом и выбрасывается через выходное отверстие.
Рис. 1.8. Схема вихревого насоса
1 — рабочее колесо; 2 — лопатка; 3 — корпус; 4 — всасывающее отверстие; 5 — выходное отверстие
 |
Рис. 1.9. Схема диаметрального вентилятора
1 — рабочее колесо; 2 — корпус; 3 — неподвижное тело
Вихревой насос по сравнению с центробежным обладает следующими достоинствами: создаваемое им давление в 3 — 5 раз больше при одинаковых размерах и частоте вращения рабочего колеса; конструкция проще и дешевле; обладает самовсасывающей способностью; может работать на смеси жидкости и газа; подача меньше зависит от противодавления сети. Недостатками насоса являются низкий КПД, не превышающий в рабочем режиме 45%, и непригодность для подачи жидкости, содержащей абразивные частицы (так как это приводит к быстрому изнашиванию стенок торцовых и радиальных зазоров и, следовательно, падению давления и КПД).
Диаметральный вентилятор (рис. 1.9) имеет следующий принцип действия. Если во вращающееся колесо барабанного типа поместить неподвижное тело, расположенное несимметрично относительно оси колеса, то осесимметричный вихрь, образующийся вокруг колеса, смещается в сторону, и возникает течение воздуха через колесо в сторону меньшего сечения. Поперечное течение появляется также при установке лопаточного колеса в несимметричном коленообразном корпусе.
Диаметральные вентиляторы имеют следующие преимущества по сравнению с радиальными: диаметральные вентиляторы с широкими колесами могут непосредственно присоединяться к воздуховодам, имеющим сечение в форме вытянутого прямоугольника; диаметральные вентиляторы могут создавать значительные давления даже при невысоких окружных скоростях рабочих колес, поскольку поток воздуха дважды пересекает лопаточное колесо.
Недостатки, мешающие более широкому применению диаметральных вентиляторов, состоят в следующем: невысокий КПД (максимальный 60 -65%); повышенный уровень шума; возможность появления неустойчивых режимов работы в области, где с увеличением подачи наблюдается рост давления; существенные перегрузки электродвигателя при уменьшении сопротивления сети.
Поршневой нагнетатель (рис. 1.10) состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого перемещается поршень с кольцами, всасывающего и нагнетательного клапанов. Поршень в корпусе совершает возвратно-поступательное движение. Преобразование вращательного движения привода в возвратно-поступательное движение поршня осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма. При движении поршня вправо открывается клапан 5, и жидкость заполняет пространство внутри корпуса. При этом клапан 4 закрыт, При движении поршня влево клапан 3 закрыт, открывается клапан 4, и жидкость выталкивается в нагнетательный трубопровод.
 |
Поршневые нагнетатели имеют следующие достоинства: высокий КПД (до 95%); возможность получения высоких давлений; независимость подачи от противодавления сети; возможность запуска в работу без предварительного залива (при использовании в качестве насосов).
Рис. 1.10. Схема поршневого нагнетателя
1 — корпус; 2 — поршень; 3 — всасывающий клапан; 4 — нагнетательный клапан
 |
Рис.1.11. Схема зубчатого насоса
1 — корпус; 2 — шестерня
К недостаткам относятся громоздкость конструкции; невозможность использования для привода высокоскоростных электродвигателей из-за сложности привода через кривошипно-шатунный механизм; сложность регулирования подачи.
Зубчатый (шестеренный) насос (рис. 1.11 ) состоит из двух шестерен, расположенных в корпусе. Одна из шестерен приводится в движение расположенным на одной оси электродвигателем, а вторая получает вращение от первой благодаря плотному зацеплению зубьев. При работе жидкость захватывается зубьями колес, отжимается к стенкам корпуса и перемещается со стороны всасывания на сторону нагнетания. Переток жидкости в обратном направлении практически отсутствует из-за плотного сцепления зубьев.
Число зубьев в пределе может быть уменьшено до двух, при этом вращающиеся элементы будут иметь очертания, напоминающие восьмерку (рис. 1.12). В таком нагнетателе необходимо обеспечить привод от двигателя обеих «восьмерок», так как в отличие от зубчатых насосов они не имеют зацепления.
К достоинствам нагнетателей данного вида следует отнести компактность, простоту конструкции, отсутствие клапанов, возможность использования для привода высокоскоростных электродвигателей, независимость подачи от противодавления сети, реверсивность, возможность получения высоких давлений (5 МП а для шестеренного насоса, 0,5 МПа для насоса «восьмерочного» типа). Основные недостатки состоят в быстром износе рабочих органов, невысокой подаче и сравнительно низком КПД (до 0,75%).
 |
Рис 1.12. Схема нагнетателя восьмерочного типа
1 — корпус; 2- рабочее колесо
Пластинчатый нагнетатель (рис. 1.13), как и зубчатый, относится к группе роторных машин. Он состоит из цилиндрического корпуса, в котором эксцентрично расположен массивный ротор с радиальными продольными пазами, где свободно размещены пластины, выполненные из материала, хорошо сопротивляющегося истиранию. При вращении ротора пластины под действием центробежных сил выходят ив пазов, прижимаются к внутренней поверхности корпуса, захватывают на стороне всасывания жидкость и перемещают ее к нагнетательному трубопроводу, т. е. пластины как бы выполняют роль поршня.
К достоинствам нагнетателя относятся высокая равномерность подачи, возможность непосредственного соединения с электродвигателем, отсутствие клапанов, реверсивность, независимость подачи от противодавления сети. К недостаткам следует отнести повышенную чувствительность к качеству перемещаемой жидкости (наличию в ней механических примесей), быстрый износ кромок пластин, довольно низкий КПД — 50% (из-за перетекания жидкости через зазоры между кромками пластин и стенками корпуса).
 |
Рис. 1.13. Схема пластинчатого нагнетателя
1 – корпус; 2 – ротор; 3 – пластины
В струйных нагнетателях смешение двух жидких или газообразных сред происходит под воздействием давления, создаваемого другими нагнетателями (например, насосами или вентиляторами). Движение перемещаемой жидкости обеспечивается струей рабочей жидкости.
 |
Известны две конструктивные схемы струйных аппаратов. В аппаратах, выполненных по первой схеме (рис. 1.14), подмешиваемый поток поступает под углом 90° к оси аппарата. Вследствие больших потерь на удар при смешивании потоков КПД этих аппаратов очень низок и не превышает 25%. В аппаратах, выполненных по второй схеме (рис. 1.15), подмешиваемый поток подводится вдоль оси аппарата. При этом, как доказал проф. П. Н. Каменев, их КПД может быть доведен до 43,5%.
Рис.1.14. Схема водоструйного нагнетателя
 |
1 — сопло; 2 — камера смешения; 3 — диффузор
Рис.1.15. Схема эжектора
1 — сопло; 2 — камера смешения; 3 — диффузор
Любой струйный аппарат состоит из сопла, куда подается рабочая жидкость (вода, газ, пар), камеры смешения, где смешиваются рабочая и подсасываемая жидкости, и диффузора, в котором осуществляется преобразование кинетической энергии в потенциальную, т. е. создается давление.
Работает струйный аппарат следующим образом. Рабочая жидкость выходит из сопла с большой скоростью в виде струи, несущей большой запас кинетической энергии. Активная рабочая струя захватывает окружающую жидкость и передает ей часть своей энергии. Образовавшийся смешанный поток движется в проточной части аппарата. В камере смешения в результате обмена импульсами происходит выравнивание поля скоростей потока и за счет высвобождающейся кинетической энергии растет его статическое давление. Затем поток поступает в диффузор, где вследствие уменьшения скорости и, следовательно, динамического давления потока происходит увеличение статического давления.
К достоинствам струйных аппаратов следует отнести простоту конструкции и отсутствие подвижных элементов; к недостаткам — очень низкий КПД.
В пневматических нагнетателях (подъемниках) для подъема жидкости используется сжатый воздух или технический газ. Идея подъема жидкости сжатым воздухом возникла в конце 18 в., но только спустя столетие нашла практическое применение для подъема воды и нефти из скважин.
 |
Рис. 1.16. Схема газлифта (эрлифта)
1-обсадная труба; 2-газовая труба; 3-подъемная труба
 |
Рис. 1.17. Схема пневматического подъемника периодического действия
Аппарат, в котором воплотилась эта идея, получил название газлифт (эрлифт). Теория газлифта, правильно объясняющая его действие увлечением жидкости всплывающими пузырьками воздуха, была разработана лишь в 1941 г. Н. М. Герсевановым. Существует три типа газлифтов (рис. 1.15): I — с двумя трубами: газовой и для подъема жидкости (жидкостной); II -с одной газовой и III — с одной жидкостной трубой, установленной в обсадной трубе и опущенной в скважину. В газлифте I и II типов сжатый воздух (или газ) под давлением нагнетается в скважину по газовой трубе, а в газлифте III типа воздух нагнетается в кольцевое пространство между обсадной и жидкостной трубами. В жидкостных трубах образуется смесь жидкости и воздуха (или газа) — эмульсия. Пузырьки воздуха (или газа) устремляются вверх, увлекая с собой жидкость. Достигнув верха труб, эмульсия изливается. Пузырьки воздуха (или газа) по мере движения вверх увеличиваются в объеме вследствие уменьшения в них давления, при этом возрастает скорость подъема эмульсии. При подъеме пузырьков часть жидкости не увлекается ими и падает вниз. Чем меньше скорость подъема эмульсии, тем больше утечка жидкости. Практикой установлены следующие оптимальные скорости движения эмульсии. При входе воздуха (или газа) 3 м/с, при изливе = м/с. При увеличении скорости быстро возрастают потери давления, а при ее уменьшении увеличивается скольжение пузырьков воздуха (или газа), что приводит к увеличению потерь жидкости. На выходе эмульсии из газлифта сепаратором производится разделение газа и жидкости. Сепаратором для воды служит отражатель в виде зонта, установленный в приемном баке. Эмульсия ударяется о внутреннюю поверхность отражателя, воздух улетучивается, а вода стекает с отражателя в бак, откуда по трубам направляется в систему водоснабжения.
Для нормальной работы газлифта необходимо, чтобы высота слоя жидкости в скважине была больше высоты ее подъема (H — h > h), а также, чтобы уровень жидкости был постоянным (так называемый динамический уровень), а коэффициент погружения K=H/hнаходился в пределах 1,7-3,5. Встречающиеся на практике газлифты имеют подачу 1- 500 м 3 /ч с высотой подъема воды 10-200 м.
Несмотря на малый КПД (15-36%) подъем жидкости с помощью газлифтов обладает следующими достоинствами: простота устройства, отсутствие в скважине механизмов, надежность и бесперебойность действия, невысокие требования к качеству жидкости.
К пневматическим подъемникам относится и пневматическое устройство периодического действия (рис. 1.17). Подъем воды из резервуара 1 в бак 2 на высоту НГ осуществляется спомощью компрессора 3 и пневматического баллона 4. При отключенном компрессоре и открытых задвижках а и б баллон заполняется водой. Закрыв задвижки а и б, открывают задвижку в и, включив компрессор, вытесняют воду в бак. Цикл подачи осуществляется периодически.
Виды компрессоров. Классификация
В наше время устройство, обеспечивающее сжатие и направленное перемещение газов под названием компрессор (нагнетатель) эксплуатируется практически во всех областях жизнедеятельности человека – в быту, в коммерческом оборудовании, во многих отраслях промышленности, в сельском хозяйстве, на транспорте и т.д. Ассортимент современных нагнетателей представлен огромным количеством моделей разного типа, отличающихся конструкцией, принципом действия, эксплуатационными характеристиками, родом рабочего газа, условиями эксплуатации и сферами применения. Ориентироваться в этом многообразии невозможно без представления о видах компрессоров.
Основные виды компрессоров по принципу действия и конструкции
Итак, какие виды компрессоров применяются в наше время ?По принципу действия все нагнетатели можно разделить на два основных вида компрессоров– объемные и динамические. К первой группе относятся нагнетатели с рабочей камерой, в которой периодически происходит сжатие газа путем принудительного изменения ее объема. Движение газа в одном направлении, попеременное заполнение и опорожнение камеры обеспечивается системой клапанов. Ко второму виду – аппараты с открытой проточной частью, в которых давление газа повышается путемувеличения скорости его перемещения.По конструкции механизма объемные компрессоры подразделяются на три вида – мембранные, поршневые и роторные. В мембранных аппаратах изменение объема камеры, впускание и выпускание газа происходит, благодаря разностороннему выгибанию эластичной мембраны под действием привода определенного типа. В поршневых устройствах тот же результат достигается, благодаря возвратно-поступательным перемещениям поршня, соединенного с кривошипно-шатунным механизмом. В роторных нагнетателях компрессия газа осуществляется вращающимися элементами. Они в свою очередь подразделяются на такие виды компрессоров как: без масляные, винтовые, зубчатые, спиральные, роторно-пластинчатые и жидкостно-кольцевые. Работа первых основана на встречном вращении роторов без их соприкосновения и не требует смазки элементов. В винтовых нагнетателях сжатие газа происходит в рабочем пространстве между вращающимся винтом или находящимися в зацеплении винтами и герметичным корпусом. В зубчатых компрессорах эту функцию выполняют зубья шестеренок, которые вращаются в противоположных направлениях и периодически входят в зацепление. В спиральных нагнетателях постепенное уменьшение рабочего объема происходит, благодаря сдвигу по фазе между неподвижной, закрепленной в корпусе спиралью и подвижной спиралью, соединенной с приводом. В роторно-пластинчатых аппаратах создание рабочих камер осуществляется с помощью вставленных в пазы ротора пластин, которые перемещаются под действием центробежной силы до контакта с корпусом. Изменение объема камер в этом виде нагнетателей происходит из- за несовпадения положений оси ротора и оси самого нагнетателя. Также расположен ротор и у еще одного вида компрессоров – жидкостно-кольцевого. Только тут рабочее пространство с газом уменьшает залитая в корпус жидкость, которая отбрасывается к его стенкам лопастями ротора.
Динамические нагнетатели разделяют на три вида компрессоров- осевые, центробежные и струйные. В осевых аппаратах газ перемещается по направлению оси вращения ведущего вала, на котором установлен ротор с лопатками. Проходя их, газ получает кинетическую энергию и закручивается, а выравнивается его движение направляющими лопатками статора. В основе конструкции центробежного нагнетателя – вращающееся колесо с радиально расположенными лопатками. Газ между лопатками отбрасывается центробежной силой к внутренним стенкам корпуса и поступает в диффузор, где производится его сжатие. В струйных аппаратах давление пассивного газа увеличивается за счет энергии активного при смешивании их потоков. В результате на выходе создается газовый поток с промежуточным давлением.
По другим признакам
Компрессоры можно классифицировать не только по принципу работы и типу механизма, но и по другим признакам. По роду рабочего газа их можно разделить на воздушные, кислородные, фреоновые; по типу привода: на работающие от электродвигателя, ДВС, газовой турбины; по способу охлаждения: с воздушным либо жидкостным. По назначению можно выделить следующие виды компрессоров: кондиционера, систем охлаждения, общего назначения, химические, энергетические и т.д. По области применения на такие виды как: бытовые, полупромышленные и промышленные. Нагнетатели также можно классифицировать по конечному давлению, производительности, условиям эксплуатации.
Центробежные нагнетатели
(от Н-2900 до Н-15500) представляет собой, одноцилиндровую одноступенчатую машину двухстороннего всасывания. Два прямоугольных всасывающих патрубка направлены вверх, нагнетательный патрубок расположен в нижней части улитки и направлен горизонтально влево, если смотреть со стороны привода. Центробежный нагнетатель состоит из сварного корпуса с вставками, ротора, корпусов подшипников с вкладышами, уплотнений, фундаментных рам.Корпус нагнетателя сварной, корпус изготовлен из листовой стали, имеет разъемы в вертикальной и горизонтальной плоскостях и состоит из двух всасывающих камер и улитки. Вертикальный разъем окончательно собирается на заводе и разборке не подлежит.Ротор нагнетателя имеет одно рабочее колесо двухстороннего всасывания. Роторы нагнетателей 6500-11-4(6500-11-3) и 7500-11-3(7500-11-1) взаимозаменяемы. Стопорное кольцо насажено на вал ротора. Колеса роторов бывают двух вариантов исполнения: клепаный, сварной.
 Клепаный |
 Сварной |
Рабочее колесо клепаной и сварной конструкции состоит из центрального диска, двух покрышек и лопаток. К диску со стороны всасывания перед входом на лопатки прикручена противоизносная защита (решетка). Сменные противоизносные решетки служат для повышения устойчивости газообразивному износу элементов рабочих колес центробежных нагнетателей. Решетки способствуют равномерному распределению абразивных частиц по всему объему газового потока на входе в рабочее колесо, предотвращают локальный износ и снижают интенсивность эрозийных процессов. Срок службы колес увеличивается до двух раз.
 Противоизносная решетка |
 Лопатки |
- возможность многократной замены рабочих лопаток
- использование высокопрочного материала ЗОХГСА для изготовления для изготовления рабочих лопаток позволяет значительно увеличить срок службы ротора
- наличие сменной противоизносной защиты (решетки).
Основные виды нагнетателей и составляющих (роторы, колеса) выпускаемых ОАО «ЭНЕРГОМАШ»
| Наименование машины | № чертежа машины | № чертежа ротора | № чертежа колеса | № корпуса |
| Н- 900 | ||||
| Н-1000 | ||||
| Н-2900 | 1384.025.СБВ | |||
| Н-2900-11-1 | Э1384.025СБГ | |||
| Н-3300-12-1 | 3332.025СБ(М) | |||
| Н-3500 | 1301.025.РСБ | |||
| 2317.025.СБА | 2317.025.СБ4 | |||
| Н-3600-11-1 | 376.025.СБ | |||
| Н-6500-11-1 | 354.025.РСБ | 354.025.СБ1 | ||
| Н-6500-11-1 модернизирован на 7500 | 1382.025.РСБ | 1382.025.СБ1 | ||
| Н-6500-11-3 | 354.025.СБ1 | |||
| Н-6500-11-4 | 2315.000СБ | 2315.025.СБА | 2315.025.СБ11 | 2315.001.СБ |
| 2315.000-01СБ | 2315.025.СБА | 2315.025.СБ11 | ||
| 2315.000-04СБ | 354.025.СБ | 354.025.СБ1 | ||
| 2315.000-05СБ | 354.025.СБ | 354.025.СБ1 | ||
| 2315.000.СБА | 2315.025СББ | 2315.025СБ14А | ||
| 2315.000-01СБА | 2315.025СББ | 2315.025СБ14А | ||
| Э-354.025.РСБ | 354.025.РСБ1 | |||
| 354.025.РСБ15Э | 354.025.РСБ1 | |||
| Н-7500-11-2 | Э-1382.025.СБ | 1382.025.СБ1 | ||
| 1382.025.СББ | 2330.025.СБ5 | |||
| Н-7500-11-3 | 2315.000-02СБ | 2315.025-01СБА | 1382.025.СБ6 | |
| 2315.000-03СБ | 2315.025-01СБА | 1382.025.СБ6 | ||
| 2315.000-06СБ | 1382.025.СБА | 1382.025.СБ1 | ||
| 2315.000-07СБ | 1382.025.СБА | 1382.025.СБ1 | ||
| 2315.000-02СБА | 2315.025-01СББ | 1382.025.СБ13А | ||
| 2315.000-03СБА | 2315.025-01СББ | 1382.025.СБ13А | ||
| Н-7700-12-1 | 2315.025.01СББ | 0008.025.СБ1А | ||
| Н-8000 | 0008.025.СБ | |||
| Н-8500-11-1 | 2338СБ1 | Э-2338.025.РСБ | 2338.025.СБ7 | 2338.001.СБ |
| 2338.025.СБ | 2338.025.СБ2 | |||
| 2338.025.СБН | 2338.025.СБ7Н | |||
| Н-9000-11-4 | 0009.025.СБ | 1318.025.СБА | ||
| Н-9000-11-4(5) | 1318.025.СБ | 1318.025.СБ5 | ||
| Н-9000-11-5 | 0009.025.СБ | 0009.025.СБ1 | ||
| Н-9000-31-3 | 1346.025.СБВ | |||
| Н-10000-11-1 | 3300.025СБ | 3300.025СБ7 | ||
| 3300.025СБ2 | ||||
| 3300.025СБ1 | ||||
| Н-13000 | 0013.025.СБ1 | |||
| Н-15500 |
- 10 сен 2021
- 15 просмотров
- Поделиться
- О производителе
- Сообщение производителю
15 просмотров c 10 сентября 2021
Характеристики совместимости энергоэффективных центробежных нагнетателей газа Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАГНЕТАТЕЛЬ / СОПОСТАВЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК / ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ / КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ / ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ / CENTRIFUGAL SUPERCHARGER / COMPARISON OF CHARACTERISTICS / GAS-DISTRIBUTING UNIT / COMPRESS WEED STATION / ENERGY EFFICIENCY
Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Крюков О.В.
Предложен комплексный анализ перспектив совершенствования функциональных возможностей и энергетических характеристик центробежных нагнетателей газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов. Показано, что энергосберегающий подход к реализации требований повышения эффективности и полезного использования энергии технологических установок и агрегатов на объектах топливно-энергетического комплекса предусматривает необходимость проведения газодинамических исследований на газоперекачивающих агрегатах дожимных и линейных компрессорных станций. Обоснованы причины появления нерасчетных режимов работы магистральных газопроводов, которые связаны с изменением их конфигураций, изменением параметров агрегатов, с колебаниями рельефных и природных факторов, а также перераспределением нагрузок газа между цехами. Проведен анализ натурных испытаний различных центробежных нагнетателей с типовыми степенями сжатия и использованием сменных проточных частей. Сопоставлены основные характеристики нагнетателей типа 235-21-1 и 235 СПЧ 1,32/76 5000 по температуре и потребляемой мощности. Исходные неэффективные их режимы на компрессорных станциях объясняются начальным рассогласованием газодинамических параметров агрегатов с характеристиками сети газопроводов и снижением производительности по сравнению с проектом. Рассмотрены принципы и состав технологической цепи реализации технических средств и алгоритмов энергоэффективных технологий с получением дополнительных эффектов энергосбережения. Показанные в статье косвенные резервы по снижению расхода электроэнергии на компрессорных станциях обеспечиваются, в частности, дозагрузкой параллельно работающих агрегатов по подаче и по мощности, устойчивостью совместной работы в рамках цеха и ограничениями возможности попадания в зону помпажа. Предложены рекомендации по дальнейшему совершенствованию характеристик центробежных нагнетателей мегаваттного класса на газотурбинных компрессорных станциях .
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Крюков О.В.
Пуск электроприводных газоперекачивающих агрегатов
Выбор высоковольтных преобразователей частоты для электроприводного газоперекачивающего агрегата путем моделирования их характеристик
Формирование стабильных режимов работы электроприводов турбокомпрессоров с вычислителями угла нагрузки
Результаты исследования мониторинга приводных электродвигателей газоперекачивающих агрегатов
Инвариантная система управления электроприводом вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения газа
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
CHARACTERISTICS OF COMPATIBILITY OF ENERGY EFFICIENT CENTRIFUGAL SUPERCHARGERS OF GAS
The complex analysis of prospects of improvement of functionality and power characteristics of centrifugal superchargers of gas at compressor stations of the main gas pipelines is offered. It is shown that energy saving approach to implementation of requirements of increase in efficiency and useful use of energy technological installations and units on objects of fuel and energy complex provides need of carrying out gas-dynamic researches on gas-distributing units of booster and linear compressor stations. The reasons of emergence of off-design operating modes of the main gas pipelines which are connected with change of their configurations, change of parameters of units, fluctuations of relief and natural factors, and also redistribution of loadings of gas between shops are proved. The analysis of natural tests of various centrifugal superchargers with standard extents of compression and use of replaceable flowing parts is provided. The main characteristics of superchargers of 235-21-1 and 235 type of HRC 1,32/76 5000 on temperature and power consumption are compared. Their initial inefficient modes at compressor stations have a talk an initial mismatch of gas-dynamic parameters of units with characteristics of network of gas pipelines and decline in production in comparison with the project. The principles and structure of a technological chain of realization of a technical means and algorithms of energy efficient technologies with obtaining additional effects of energy saving are considered. The indirect reserves shown in article on decrease in an expense of the electric power at compressor stations are provided, in particular, with additional charge in parallel of the working units on giving and on power, stability of collaboration within the shop and restriction of hit in a surge zone. Recommendations about further improvement of characteristics of centrifugal superchargers of a megawatt class at gas-turbine compressor stations are offered.
Текст научной работы на тему «Характеристики совместимости энергоэффективных центробежных нагнетателей газа»
2017 Электротехника, информационные технологии, системы управления № 22 УДК 62-52:656.56
АО «Гипрогазцентр», Нижний Новгород, Россия
ХАРАКТЕРИСТИКИ СОВМЕСТИМОСТИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ ГАЗА
Предложен комплексный анализ перспектив совершенствования функциональных возможностей и энергетических характеристик центробежных нагнетателей газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов. Показано, что энергосберегающий подход к реализации требований повышения эффективности и полезного использования энергии технологических установок и агрегатов на объектах топливно-энергетического комплекса предусматривает необходимость проведения газодинамических исследований на газоперекачивающих агрегатах до-жимных и линейных компрессорных станций. Обоснованы причины появления нерасчетных режимов работы магистральных газопроводов, которые связаны с изменением их конфигураций, изменением параметров агрегатов, с колебаниями рельефных и природных факторов, а также перераспределением нагрузок газа между цехами. Проведен анализ натурных испытаний различных центробежных нагнетателей с типовыми степенями сжатия и использованием сменных проточных частей. Сопоставлены основные характеристики нагнетателей типа 235-21-1 и 235 СПЧ 1,32/76 — 5000 по температуре и потребляемой мощности. Исходные неэффективные их режимы на компрессорных станциях объясняются начальным рассогласованием газодинамических параметров агрегатов с характеристиками сети газопроводов и снижением производительности по сравнению с проектом. Рассмотрены принципы и состав технологической цепи реализации технических средств и алгоритмов энергоэффективных технологий с получением дополнительных эффектов энергосбережения. Показанные в статье косвенные резервы по снижению расхода электроэнергии на компрессорных станциях обеспечиваются, в частности, дозагрузкой параллельно работающих агрегатов по подаче и по мощности, устойчивостью совместной работы в рамках цеха и ограничениями возможности попадания в зону помпажа. Предложены рекомендации по дальнейшему совершенствованию характеристик центробежных нагнетателей ме-гаваттного класса на газотурбинных компрессорных станциях.
Ключевые слова: центробежный нагнетатель; сопоставление характеристик, газоперекачивающий агрегат; компрессорная станция; энергоэффективность.
JSC «Giprogazcenter», Nizhny Novgorod, Russian Federation
CHARACTERISTICS OF COMPATIBILITY OF ENERGY EFFICIENT CENTRIFUGAL SUPERCHARGERS OF GAS
The complex analysis of prospects of improvement of functionality and power characteristics of centrifugal superchargers of gas at compressor stations of the main gas pipelines is offered. It is shown that energy saving approach to implementation of requirements of increase in efficiency and useful use of energy technological installations and units on objects of fuel and energy complex provides need of
carrying out gas-dynamic researches on gas-distributing units of booster and linear compressor stations. The reasons of emergence of off-design operating modes of the main gas pipelines which are connected with change of their configurations, change of parameters of units, fluctuations of relief and natural factors, and also redistribution of loadings of gas between shops are proved. The analysis of natural tests of various centrifugal superchargers with standard extents of compression and use of replaceable flowing parts is provided. The main characteristics of superchargers of 235-21-1 and 235 type of HRC 1,32/76 — 5000 on temperature and power consumption are compared. Their initial inefficient modes at compressor stations have a talk an initial mismatch of gas-dynamic parameters of units with characteristics of network of gas pipelines and decline in production in comparison with the project. The principles and structure of a technological chain of realization of a technical means and algorithms of energy efficient technologies with obtaining additional effects of energy saving are considered. The indirect reserves shown in article on decrease in an expense of the electric power at compressor stations are provided, in particular, with additional charge in parallel of the working units on giving and on power, stability of collaboration within the shop and restriction of hit in a surge zone. Recommendations about further improvement of characteristics of centrifugal superchargers of a megawatt class at gasturbine compressor stations are offered.
Keywords: centrifugal supercharger; comparison of characteristics, gas-distributing unit; compress weed station; energy efficiency.
Введение. Проблема эффективности эксплуатационных режимов центробежных нагнетателей (ЦБН) природного газа возникает в связи с неизбежными отклонениями в реальной работе магистральных газопроводов (МГ) от проектных условий [1-3]. Это объясняется тем, что при проектировании МГ и установленной мощности ЦБН на компрессорных станциях (КС) в основном рассматриваются 3 расчетных режима: зимний, летний и среднегодовой (межсезонный) [4-6]. Реже выполняется более детальное исследование с помесячными расчетами режимов ЦБН [7-10]. Практика проектирования и эксплуатации газоперекачивающих агрегатов (ГПА) показала, что в большинстве случаев для этого достаточно рассмотреть только стационарные режимы подачи газа [3, 11-13].
Однако в результате развития структуры Единой системы газоснабжения РФ, появления новых крупных источников и потребителей газа, изменения объемов добычи и потребления величина и даже направление газопотоков могут значительно изменяться, вплоть до реверсивных поставок [1, 14-17]. Поэтому режимы работы МГ и особенно производительность его ЦБН на отдельных участках могут существенно отличаться от расчетных. Кроме того, причинами возникновения нерасчетных режимов являются непроектное давление и температура газа у его поставщиков, которые чаще всего изменяются случайным образом [18-22]. Как правило, снижение начального давления МГ служит причиной снижения его производительности и увеличения удельной энергоемкости [23-26].
Таким образом, нерасчетные режимы связаны с техническим, технологическим и климатическим состоянием МГ и возникают по причинам:
— отклонения от проекта по конфигурации газопровода;
— изменения по составу и характеристикам производственных мощностей;
— неудовлетворительного состояния оборудования ГПА, КС и линейного производственного участка (ЛПУ);
— значительных колебаний метеорологических факторов (по сравнению с расчетными), связанных с изменениями климата в России в последние годы;
— неоптимального управления МГ, включая нештатное распределение нагрузки между КС, цехами на многоцеховых КС и отдельными ГПА в КС.
Поскольку режим работы КС МГ практически определяется производительностью газопровода, главной задачей ГПА является необходимость постоянно поддерживать номинальное давление газа на выходе КС независимо от влияния всех внешних возмущений детерминированной или стохастической природы [27-30]. Системное решение этой задачи позволяет обеспечить оптимальную загрузку ГПА, максимальную энергоэффективность линейных участков, КС МГ и высокую надежность [31-35].
Все это обусловливает необходимость внедрения комплекса современных инновационных энергосберегающих технологий при реконструкции и модернизации КС с ГПА, а также при новом строительстве КС [3, 36-38], а именно:
1) увеличение единичной мощности ГПА до 50 МВт с учетом планируемых объемов транспортируемого газа и долгосрочных перспектив МГ;
2) применение осевых компрессоров на ГПА с КПД до 90 %, обеспечивающих снижение энергопотребления, в том числе снижение потерь газа до 8 %;
3) повышение эффективности низконапорных режимов транспорта газа на разгруженных МГ или на отдельных участках с экономией до 10 %;
4) согласование газодинамических и энергетических характеристик ГПА и газопроводов за счет внедрения новых высокоэкономичных
сменных проточных частей ЦБН и перевода цехов на более экономичное полнонапорное сжатие с переобвязкой агрегатов (эффект экономии электроэнергии до 10 %);
5) внедрение новых конструкторских решений ГПА с объединением ЦБН и привода в едином корпусе с реализацией безредукторных и безмасляных технологий электромагнитного подвеса с минимизацией площадей, повышения надежности и снижения эксплуатационных расходов.
При этом обеспечивается также возможность реализации инновационных энергосберегающих технологий эксплуатации МГ:
— оптимизация режимов электроприводных КС на основе применения системных программно-оптимизированных комплексов с экономией газа до 4 %;
— регулирование режимов работы аппаратов воздушного охлаждения (АВО) газа на основе применения преобразователей частоты (ПЧ) в приводе вентиляторов АВО газа с эффектом экономии электроэнергии до 20 %;
— внедрение турбодетандерных установок на газораспределительных станциях с возможностью выработки электроэнергии до 50 млрд. кВт- ч/год;
— повышение гидравлической эффективности ЛПУ с учетом потоковой загрузки ЛПУ МГ на основе установки комплектов камер приема-запуска очистных устройств, позволяющих проводить очистку полости трубопроводов, своевременную диагностику и ремонт для поддержания гидравлической эффективности МГ на нормативном уровне (сокращение затрат до 2 %).
Характеристики нагнетателей и их влияние на привод. Как известно, центробежные нагнетатели представляют собой лопаточные компрессорные машины с соотношением давления сжатия свыше 1,1, которые не имеют специальных устройств для охлаждения газа в процессе его сжатия. Они могут быть неполнонапорными (одноступенчатые) и полнонапорными. Первые, имеющие степень сжатия в одном ЦБН 1,25-1,27, используются при последовательной схеме комприми-
рования газа на КС, вторые — полнонапорные, имеющие 8 = 1,45___1,51,
используются при коллекторной схеме обвязки КС.
Типовой параметрический ряд ЦБН, используемых в транспорте природного газа, представлен в табл. 1, а современный технический
уровень эффективности серийно выпускаемых газовых компрессоров -в табл. 2.
Важной характеристикой нагнетателя является его производительность. Применительно к МГ различают объемную () (м3/мин), массовую О (кг/ч) и коммерческую подачу газа
Типовой параметрический ряд ЦБН
Тип КС и ЦБК Отношение давлений Давление газа на ¡ыходе ЦБК, МПа
ДКС, мн огост упенчать |й ЦБК (длинный корпус) 1,25 1,44 1,70 2,20 3,00 5,00 1 «| 1 1 ! 4.°: : 2,8 1 !20 ! 1 1,5 1 ■ 1 5,5 4,5 4,0 3,0 1 | 7,45 \ 7,45 \ ~1Ш I 6,00 I 6,6 8,5 9,5 8,5 Г I I _ ! 120 | 120 I 120 I
КС ПХГ, мн огост упенча1 ь |й ЦБК традиционной схемы 1,70 2,20 3,00 2,0 4,5 4,0 7,45 7,45 7,45 ш 14,7 14.7 21 р
КС ПХГ, деухсекционнь |й ЦБК [компрессорная установка типа «тандем) с перехльсчением секций по схеме Парал. 1,44 Послед. 2,20 Парал. 1,75 Послед. 3,00 Парал. 2,20 Послед. 5,00 5,5 7,45 ! 7,45 \ ‘ 5,5 ! ■ 1 ‘ 8,3 ! : т: ■ 1 10,5 14,7 10(5 24р ! 12,5 , 21,0 \ 16р I зер ‘ 25р ‘ | 42р \ 1 1 \ 22р 1 1 50р I 1 1 ; 28р ; I 6Вр 1 ■ 1
нкс ■2,70 ш 22(8 22В
При использовании О, характеризующей количество газа, протекающего в единицу времени через сечение всасывающего патрубка, применяется уравнение Клапейрона-Менделеева с использованием также поправки на сжимаемость газа г, PQ = ОгКТ.
Технический уровень эффективности серийно выпускаемых газовых ЦБН
Класс мощности, МВт Отношение давления Полит] ропный КПД (%) при выходном давлении, МПа
2,0 2,8 4,0 4,5 5,5 6,0 6,5 7,45 9,5 12,5 14,7 15,7
6-8 1,25 82 85 85 85
1,44 80 80 82 84
1,70 80 78 78 80 80 82 76
2,20 77 75 76 75 75 76 76 74 74