Центробежный компрессор
Полезная модель относится к области компрессоростроения, и может быть использована в центробежных компрессорах с электродвигателем, в которых ротор установлен на магнитных подшипниках, а в качестве концевых уплотнений использованы сухие газодинамические уплотнения.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемая полезная модель состоит в подборе параметров элементов проточной части и места расположения магнитных подшипников, обеспечивающих требуемую степень сжатия природного газа, проходящего через компрессор, и в достижении заданной производительности его работы при соответствующем допустимом значении вибрационного состояния ротора.
Для достижения указанного технического результата в центробежном компрессоре преимущественно двухступенчатом, содержащем снабженный торцовой крышкой с центральным отверстием неразъемный корпус, внутри которого расположены образующие проточную часть элементы в виде статора, включающего диафрагму всасывающую, обратный направляющий аппарат с лопатками, безлопаточные диффузоры с размещенными между ними диафрагмами, и ротора с валом и двумя, имеющими лопатки рабочими колесами первой и второй ступеней, установленного на магнитных подшипниках, а именно: на двух опорных и одном упорном, причем первый опорный подшипник, расположен со стороны привода компрессора, и использующем в качестве концевых уплотнений сухие газодинамические уплотнения, соотношения элементов проточной части и соотношения размеров, определяющих место установки опорных магнитных подшипников, связаны зависимостями, при которых:
d1/D2 выбрано в интервале от 0,33 до 0,36,
d2/D 2 выбрано в интервале от 0,37 до 0,40,
/D2 выбрано в интервале от 0,01 до 0,013,
D4/d2 =D5/D2 выбрано в интервале от 1,7 до 1,8,
I1/I выбрано в интервале от 0,4 до 0,5,
I2/I выбрано в интервале от 0,3 до 0,5,
где: d1 - диаметр вала при входе в рабочее колесо первой ступени;
d2 - диаметр вала при входе в рабочее колесо второй ступени;
- толщина лопаток рабочих колес первой и второй ступеней;
D2 - диаметр безлопаточного диффузора на входе;
D4 - диаметр безлопаточного диффузора на выходе;
D5 - диаметр на входе в лопатки обратного направляющего аппарата;
I - расстояние между осями опорных магнитных подшипников;
I1 - расстояние от оси первого опорного магнитного подшипника, расположенного со стороны привода компрессора до оси рабочего колеса первой ступени;
I 2 - расстояние от оси второго опорного магнитного подшипника, до оси рабочего колеса второй ступени.
1 н.п., ф-лы
Полезная модель относится к области компрессоростроения, и может быть использована в центробежных компрессорах с электродвигателем, в которых ротор установлен на магнитных подшипниках, а в качестве концевых уплотнений использованы сухие газодинамические уплотнения.
Известна конструкция центробежного компрессора, (см., например, свидетельство №20777 на полезную модель «Центробежный компрессор») преимущественно двухступенчатого, содержащего неразъемный корпус, снабженный торцовой крышкой с центральным отверстием и расположенные в корпусе статор, включающий диафрагму всасывающую, обратный направляющий аппарат, безлопаточные диффузоры с размещенными между ними диафрагмами, и ротор с валом и двумя рабочими колесами, имеющими лопатки, установленный на опорных подшипниках, требующих масляной смазки. При этом в качестве концевых уплотнений используются масляные уплотнения, а это также требует наличие масляного аккумулятора и с точки зрения эксплуатации ведет к повышению опасности возникновения пожара
Известна также конструкция центробежного компрессора (см., например, статью С.Н.Самсонов и др. «Новые разработки ОАО «Компрессорный комплекс» для газовой и нефтегазовой отраслей». Труды одиннадцатого международного симпозиума «Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования - 2005», Санкт-Петербург, издательство СпбГПУ, 2005 г., стр.26-30), содержащего неразъемный корпус, снабженный торцовой крышкой с центральным отверстием и расположенные в корпусе статор, включающий диафрагму всасывающую, обратный направляющий аппарат с лопатками, безлопаточные диффузоры с размещенными между
ними диафрагмами, и ротор с валом и двумя рабочими колесами первой и второй ступеней, имеющими лопатки, установленный на магнитных подшипниках: на двух опорных и одном упорном. В качестве концевых уплотнений использованы сухие газодинамические уплотнения.
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является конструкция, приведенная в статье С.Н.Самсонова и др. «Новые разработки ОАО «Компрессорный комплекс» для газовой и нефтегазовой отраслей». Труды одиннадцатого международного симпозиума «Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования-2005», Санкт-Петербург, издательство СпбГПУ, 2005 г., стр.26-30). Однако данных о значениях параметров элементов проточной части центробежного компрессора, обеспечивающих требуемые значения коэффициента полезного действия, которые свидетельствуют о потерях энергии сжатия, в указанной публикации не приводятся.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель состоит в снижении потерь энергии сжатия за счет более оптимального обтекания потоком элементов проточной части центробежного компрессора, что позволяет получить требуемые значения коэффициента полезного действия.
Для достижения указанного технического результата в центробежном компрессоре преимущественно двухступенчатом, содержащем снабженный торцовой крышкой с центральным отверстием неразъемный корпус, внутри которого расположены образующие проточную часть элементы в виде статора, включающего диафрагму всасывающую, обратный направляющий аппарат с лопатками, безлопаточные диффузоры с размещенными между ними диафрагмами, и ротора с валом и двумя, имеющими лопатки рабочими колесами первой и второй ступеней, установленного на магнитных подшипниках, а именно: на двух опорных и одном упорном, причем первый опорный подшипник, расположен со стороны привода компрессора, и использующем в качестве концевых уплотнений сухие газодинамические уплотнения, соотношения элементов проточной части и соотношения размеров, определяющих место установки опорных магнитных подшипников, связаны зависимостями, при которых:
d1/D2 выбрано в интервале от 0,33 до 0,36,
d2/D 2 выбрано в интервале от 0,37 до 0,40,
/Dz выбрано в интервале от 0,01 до 0,013,
D4/D2 =D5/D2 выбрано в интервале от 1,7 до 1,8,
I1/I выбрано в интервале от 0,4 до 0,5,
I2/I выбрано в интервале от 0,3 до 0,5,
где: d1 - диаметр вала при входе в рабочее колесо первой ступени;
d2 - диаметр вала при входе в рабочее колесо второй ступени;
- толщина лопаток рабочих колес первой и второй ступеней;
D2 - диаметр безлопаточного диффузора на входе;
D4 - диаметр безлопаточного диффузора на выходе;
D5 - диаметр на входе в лопатки обратного направляющего аппарата;
I - расстояние между осями опорных магнитных подшипников;
I1 - расстояние от оси первого опорного магнитного подшипника, расположенного со стороны привода компрессора до оси рабочего колеса первой ступени;
I 2 - расстояние от оси второго опорного магнитного подшипника, до оси рабочего колеса второй ступени.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели является приведение указанных выше соотношений элементов проточной части и соотношений размеров, определяющих место установки опорных магнитных подшипников.
Причинно-следственная связь между указанными существенными признаками и техническим результатом заключается в том, что на снижение потерь энергии сжатия в центробежном компрессоре существенно влияет состояние его проточной части, параметры ее элементов и их расположения, которые обуславливают процесс протекание потока. Наиболее оптимальное соотношение этих параметров приводит к снижению потерь сжатия, что в свою очередь позволяет получить требуемые значения коэффициента полезного действия.
На фиг.1 представлен продольный разрез центробежного компрессора; на фиг.2 - сечение рабочего колеса первой ступени по лопатке; на фиг.3 - сечение рабочего колеса второй ступени по лопатке.
Центробежный компрессор содержит неразъемный корпус 1, снабженный торцовой крышкой 2 с центральным отверстием 3, внутри
которого расположены образующие проточную часть элементы в виде статора, включающего диафрагму всасывающую 4, лопатки 5 обратного направляющего аппарата, безлопаточные диффузоры 6 и 7 с размещенными между ними диафрагмами 4, 8 и 9 и установленного на магнитных подшипниках, а именно: на двух опорных 10 и 11 и одном упорном 12, причем первый опорный подшипник 10, расположен со стороны привода компрессора (на фиг. не показан), ротора с валом 13 с двумя рабочими колесами 14 и 15, имеющими лопатки 16 и 17 толщиной . В качестве концевых уплотнений используются сухие газодинамические уплотнения 18. При этом соотношения элементов проточной части и соотношения размеров, определяющих место установки опорных магнитных подшипников 10 и 11 связаны зависимостями, при которых:
d1/D2 выбрано в интервале от 0,33 до 0,36,
d2/D 2 выбрано в интервале от 0,37 до 0,40,
/D2 выбрано в интервале от 0,01 до 0,013,
D4/D2 =D5/D2 выбрано в интервале от 1,7 до 1,8,
I1/I выбрано в интервале от 0,4 до 0,5,
I2/I выбрано в интервале от 0,3 до 0,5,
где: d1 - диаметр вала 13 при входе в рабочее колесо 14 первой ступени;
d2 - диаметр вала 13 при входе в рабочее колесо 15 второй ступени;
- толщина лопаток 16 и 17 рабочих колес 14 и 15 первой и второй ступеней;
D2 - диаметр безлопаточного диффузора 6 и 7 на входе;
D4 - диаметр безлопаточного диффузора 6 и 7 на выходе;
D 5 - диаметр на входе в лопатки 5 обратного направляющего аппарата;
I - расстояние между осями опорных магнитных подшипников 10 и 11;
I1 - расстояние от оси первого опорного магнитного подшипника 10, расположенного со стороны привода компрессора до оси рабочего колеса 14 первой ступени;
I2 - расстояние от оси второго опорного магнитного подшипника 11, до оси рабочего колеса 15 второй ступени.
Информация о магнитных подшипниках, на которых устанавливается ротор в предлагаемом центробежном компрессоре, может быть получена,
например, из проспекта «Электромагнитные подшипники-ВНИИЭМ», М. 1997 г., а о сухих газодинамических уплотнениях из проспекта «Сухие газовые уплотнения для турбокомпрессоров и насосов. Проспект НПФ «Грейс-инжиниринг», 1997 г.
Работу центробежного компрессора, имеющего указанные соотношения конструкции проточной части подтверждают экспериментальные данные приведенные в таблице 1, где указаны 4 варианта соотношения элементов проточной части и соотношение размеров, определяющих место установки опорных магнитных подшипников, параметры работы компрессора при каждом из вариантов и полученные значения политропного КПД для каждого из вариантов. При этом требуемые значения политропного КПД 0,86-0,85 были получены в тех вариантах, когда соотношения элементов проточной части и соотношения размеров, определяющих место установки опорных магнитных подшипников, были выбраны в диапазоне, указанном в предлагаемой заявке.
| Таблица 1 | ||||||||||||||||||||
| Соотношение элементов проточной части и соотношение размеров, определяющих место установки опорных магнитных подшипников | Производительность объемная, отнесенная к 20°С и О.1013 Мпа.млн.м3/сут | Давление газа конечное, абсолютное, на выходе из нагнетателя, Мпа | Степень сжатия | Политропный КПД | ||||||||||||||||
| Показатели | 1в. | 2в. | 3в. | 4в. | 1в. | 2в. | 3в. | 4в. | 1в. | 2в. | 3в. | 4в. | 1в. | 2в. | 3в. | 4в. | 1в. | 2в. | 3в. | 4в. |
| d 1/D2 | 0,33 | 0,348 | 0,33 | 0,41 | 13,5 | 13,5 | 13,5 | 13,5 | 5,49 | 5,49 | 5,49 | 5,49 | 1,39 | 1,39 | 1,39 | 1,39 | 0,86 | 0,86 | 0,85 | 0,83 |
| D2/D 2 | 0,37 | 0,383 | 0,37 | 0,42 | ||||||||||||||||
| /D2 | 0,01 | 0,011 | 0,01 | 0,12 | ||||||||||||||||
| D4/D 2=D5/D2 | 1,7 | 1,739 | 1,8 | 1,9 | ||||||||||||||||
| I 1/I | 0,4 | 0,436 | 0,5 | 0,6 | ||||||||||||||||
| L2/I | 0,3 | 0,395 | 0,5 | 0,6 | ||||||||||||||||
Центробежный компрессор, преимущественно двухступенчатый, содержащий снабженный торцовой крышкой с центральным отверстием неразъемный корпус, внутри которого расположены образующие проточную часть элементы в виде статора, включающего диафрагму всасывающую, обратный направляющий аппарат с лопатками, безлопаточные диффузоры с размещенными между ними диафрагмами, и ротора с валом и двумя, имеющими лопатки рабочими колесами первой и второй ступеней, установленного на магнитных подшипниках, а именно: на двух опорных и одном упорном, причем первый опорный подшипник, расположен со стороны привода компрессора, и использующий в качестве концевых уплотнений сухие газодинамические уплотнения, отличающийся тем, что соотношения элементов проточной части и соотношения размеров, определяющих место установки опорных магнитных подшипников, связаны зависимостями, при которых
d1/D 2 выбрано в интервале от 0,33 до 0,36,
d 2/D2 выбрано в интервале от 0,37 до 0,40,
/D2 выбрано в интервале от 0,01 до 0,013,
D4/D2 =D5/D2 выбрано в интервале от 1,7 до 1,8,
l1/l выбрано в интервале от 0,4 до 0,5,
l2/l выбрано в интервале от 0,3 до 0,5,
где d1 - диаметр вала при входе в рабочее колесо первой ступени;
d2 - диаметр вала при входе в рабочее колесо второй ступени;
- толщина лопаток рабочих колес первой и второй ступеней;
D2 - диаметр безлопаточного диффузора на входе;
D4 - диаметр безлопаточного диффузора на выходе;
D5 - диаметр на входе в лопатки обратного направляющего аппарата;
l - расстояние между осями опорных магнитных подшипников;
l1 - расстояние от оси первого опорного магнитного подшипника, расположенного со стороны привода компрессора до оси рабочего колеса первой ступени;
l 2 - расстояние от оси второго опорного магнитного подшипника, до оси рабочего колеса второй ступени.
