Технологическая схема центробежного компрессора

Центробежным называют радиальный компрессор, в котором поток газа во вращающихся решетках лопаток направлен от центра к периферии.

Центробежный компрессор относится к классу динамических лопастных машин, которые называют турбокомпрессорами.

Видео:Пятиступенчатые центробежные компрессоры Dresser RandСкачать

Типы центробежных компрессоров

В зависимости от особенностей конструкции можно выделить несколько разновидностей центробежных компрессоров.

• с полуоткрытым рабочим колесом
• с закрытым рабочим колесом

По типу отводящего аппарата:

• с лопаточным диффузором
• с безлопаточным диффузором

Одноступенчатый центробежный компрессор

Схема одноступенчатого центробежного компрессора авиационного типа показана на рисунке.

Рабочее колесо с двухсторонним отводом установлено в корпусе насоса, воздух из атмосферы через входной направляющий аппарат подводится к центральной части рабочего колеса. При вращении колеса лопатки воздействуют на частицы воздуха, передавая им энергию. В результате взаимодействия с лопатками разогнанные частицы воздуха под действием центробежной силы переносятся к периферии рабочего колеса, попадая в выходной направляющий аппарат (или спиральный отвод), где часть кинетической энергии газа переводится в потенциальную.

Одноступенчатые компрессоры можно применять не только для получения сжатого воздуха, но и для нагнетания других газов.

Многоступенчатый центробежный турбокомпрессор

На рисунке показана схема многоступенчатого центробежного компрессора.

При вращении рабочего колеса центробежного компрессора за счет воздействия центробежных сил частицы газа отбрасываются от центра к периферии, затем поток через охладитель, диффузор или направляющий аппарат на вход последующей ступени. Степень повышения давления на каждой ступени зависит от возрастания скорости движения газа. На выходе последней ступени установлен отвод, который позволяет часть кинетической энергии преобразовать в потенциальную, а значит повысить давление газа.

Многоступенчатые турбокомпрессоры способны обеспечить значительно большую степень сжатия воздуха, они получили более широкое распространение, чем одноступенчатые.

Рабочие колеса центробежных компрессоров

Лопатки рабочего колеса воздействуют на частицы газа в компрессоре, профилирование лопаток, правильный выбор геометрии колеса позволяет повысить КПД компрессора и получить нужные характеристики.

Закрытое рабочее колесо

Закрытое рабочее колесо центробежного компрессора состоит из базового диска, лопаток, и переднего покрывающего диска.

С целью увеличения КПД насоса лопатки выполняют загнутыми назад. Колеса закрытого типа применяются в том случае, если окружная скорость не превышает 300 м/с. Как правило закрытые колеса используют в многоступенчатых компрессорах.

Полуоткрытое рабочее колесо

В полуоткрытых колесах отсутствует передний покрывающий диск, внешний вид колеса полуоткрытого типа показан на рисунке.

Полуоткрытые рабочие колеса применяют при окружных скоростях на выходе колеса превышающих 300 м/с, в том числе и в одноступенчатых центробежных компрессорах авиационного типа.

Входной направляющий аппарат

Направляющие лопатки, установленные на входе компрессора предварительно закручивают поток газа в сторону вращения рабочего колеса. Это позволяет снизить относительную скорость, таким образом, чтобы число Маха не превышало 0,9. Кроме того, направляющие лопатки на входе центробежных компрессоров позволяет снизить потери во входном устройстве.

Применение направляющих лопаток позволяет увеличить КПД центробежного компрессора.

Отводящее устройство

Отводящее устройство или направляющий аппарат в центробежном компрессоре предназначено для направления потока газа в нагнетательный трубопровод или на вход последующей ступени сжатия. В отводящем устройстве кинетическая энергия потока газа преобразовывается в потенциальную, в результате чего скорость движения частиц падает, а давление возрастает.

Безлопаточный отвод

Безлопаточным отводом считают кольцевой канал в корпусе компрессора, в которой поступает газ от рабочего колеса.

Безлопаточный отвод может быть кольцевым или спиральным. Диаметр проходного сечения в кольцевом отводе по ходу движения потока газа не изменяется.

Спиральный отвод

В спиральном отводе или безлопаточном диффузоре диаметр проходного сечения по ходу движения газа увеличивается. Отвод представляет собой расширяющийся патрубок с переменным, относительно оси вращения колеса, диаметром. Для снижения скорости газа в отводе в 2 раза, его диаметр также должен быть увеличен в 2 раза.

Лопаточный отвод

Если в отводе имеются лопатки, то его называют лопаточным диффузором. Использование лопаток, направляющих поток, позволяет снизить скорость движения потока сжатого газа, и уменьшить габаритные размеры отвода.

Форма и расположение лопаток зависят от особенностей компрессора. Например в многоступенчатых центробежных компрессорах часто используют лопатки одинаковой формы, образующих радиальную решетку.

Видео:Как работает центробежный газовый компрессорСкачать

Применение центробежных турбокомпрессоров

Центробежные машины используют на компрессорных станциях металлургических заводов, машиностроительных предприятий, в горнодобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности, для транспортировки больших объемов газа.

Видео:Центробежный компрессорСкачать

Многоступенчатый центробежный компрессор

Видео:Как работает центробежный насос? Основные типы конструкций центробежных насосовСкачать

Назначение

Центробежные компрессоры относятся к динамическим компрессорам. В них давление повышается при непрерывном движении газа через проточную часть машины. Повышение происходит за счет энергии, которую сообщают газу лопатки вращающегося ротора.

Читайте также: Лучший компрессор для аквариума 100 литров

Многоступенчатый центробежный компрессор. На установке производства водорода, используется многоступенчатый центробежный компрессор. Данный агрегат предназначен для непрерывной подачи природного газа в технологический процесс.

Рис.1 – Многоступенчатый центробежный компрессор

Видео:Устройство и принцип работы винтового компрессораСкачать

Конструкция

Структура компрессора. Корпус компрессора состоит из двух частей с горизонтальной плоскостью разъема. Обе части корпуса имеют фланцы, которые стягиваются болтами для обеспечения герметизации. Подняв верхнюю часть корпуса, можно получить доступ ко всем внутренним элементам компрессора. В корпусе размещены также диффузоры и обратные направляющие аппарата.

Ротор. Наиболее важной частью центробежного компрессора является ротор. Он состоит из вала, на котором установлены рабочие колеса. Ротор вращается в подшипниках, установленных в корпусе.

Рабочее колесо состоит из заднего и переднего дисков. Между дисками установлены лопасти, отогнутые от радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса.

Видео:Все о компрессорахСкачать

Принцип работы

Принцип работы центробежного компрессора. При вращении колеса газ, находящийся между лопатками, получает вращательные движения. Под действием центробежной силы газ перемещается к периферийной зоне колеса. Затем газ попадает в диффузор, площадь которого возрастает с увеличением радиуса. Скорость газа снижается, а давление увеличивается. Направляющие лопатки предназначены для повышения эффективности работы диффузора по превращению кинетической энергии в потенциальную.

При вращении рабочего колеса давление газа в зонах, расположенных у оси вращения, уменьшается, по сравнению с давлением во всасывающем трубопроводе. За счет чего образуется непрерывный поток, перемещающийся через проточную часть колеса.

Рис.5 – перемещение газа внутри компрессора

Колесо вместе с диффузором образует одну ступень компрессора.

Увеличение степени сжатия компрессора. Чтобы увеличить степень сжатия используют несколько ступеней. Конструктивно это обеспечивается установкой на одном валу нескольких рабочих колес, располагаемых в одном корпусе. В этом случае газ поступает в следующую ступень по каналам, образованным лопатками направляющего аппарата. Степень сжатия центробежного компрессора равна произведению его отдельных ступеней.

Осевое давление. Давление газа на стороне нагнетания рабочего колеса всегда больше, чем на всасывающей стороне. Данная характеристика образует осевое давление в направлении всасывающего патрубка компрессора. Для уравновешивания осевого давления на валу устанавливают разгрузочный барабан, со стороны нагнетания рабочего колеса.

Рис.6 – разгрузочный барабан

Муфты. Для присоединения вала компрессора к приводу используют упругие муфты, такие муфты разгружают вал компрессора от возможных изгибающих моментов. Кроме того муфты препятствуют распространению вибраций.

Турбина. Приводом компрессора является турбина, работающая на паре высокого давления. В качестве носителя энергии используется пар, производимый в парогенераторе, непосредственно на самой установке производства водорода. Поток водяного пара поступает через направляющие аппараты на лопатки, закрепленные по окружности ротора. Воздействуя на них, пар приводит ротор во вращение.

Применение парового турбопривода экономически обосновано, т.к. позволяет минимизировать затраты электроэнергии на установке в целом.

Видео:Как работает торцевое уплотнение? / Центробежный насосСкачать

Конструкции и узлы центробежных компрессоров

Несмотря на большое разнообразие конструкций, центробежные компрессоры состоят из отдельных элементов, назначение и конструктивное исполнение которых аналогично. К числу основных элементов относятся: ротор, корпус, уплотнения и опоры.

Видео:Поршневой компрессорСкачать

Ротор и статорные детали

Ротор компрессора представляет собой отдельный сборочный элемент, состоящий из вала, на котором закреплены рабочие колеса, разгрузочный барабан, полумуфта, втулки уплотнений и другие детали (рис. 7.18).

К рабочим колесам центробежных компрессоров предъявляются повышенные требования с точки зрения точности геометрических размеров проточной части и чистоты поверхности. Рабочие колеса работают в напряженных условиях. Это налагает особые требования к выбору материала и технологии изготовления.

В зависимости от условий работы, параметров, размеров, вида перекачиваемого газа применяют обычно один из трех способов изготовления рабочих колес.

Литые стальные колеса выполняются при больших геометрических размерах, при крупных партиях изготовления колес и при коэффициентах расхода выше 0,015. Максимально допустимые окружные скорости для стальных литых колес не превышают 300 м/с.

Сварные колеса применяются для перекачивания нейтральных газов. Лопатки обычно фрезеруются на основном диске. Современное станочное оборудование позволяет фрезеровать как цилиндрические, так и пространственные лопатки. К торцам лопаток приваривается покрывающий диск.

Для изготовления рабочих колес с повышенными требованиями применяется высокотемпературная пайка в вакуумных печах. Торцы лопаток точно подгоняются по контуру покрывающего диска (допустимый зазор 0,03—0,08 мм). Между торцами лопаток и диском наносится специальный припой (82% Au; 18% Ni). Собранное колесо помещается в вакуумную термическую печь, где по специальному режиму нагревается до температуры свыше 1000°С. В процессе термообработки между припоем и основным материалом образуется новое химическое и атомарное образование, прочность которого превышает прочность основного материала.

Читайте также: Комплектующие для компрессора abac

После изготовления колеса проверяются на отсутствие трещин, контролируется прочность материала, колеса проверяются на разгонное число оборотов.

Для изготовления колес используются хромо-никелевые, хромоникельмолибденовые и другие легированные стали, сплавы титана.

Рабочие колеса, разгрузочный барабан обычно устанавливаются на вал по неподвижной посадке. Натяг выбирается таким, чтобы при максимальной частоте вращения обеспечивался остаточный натяг, необходимый для передачи крутящего момента и осевого усилия. Детали ротора в отдельности проходят статическую балансировку. Ротор в сборе динамически балансируется на балансировочных станках.

Расчет критической частоты вращения производится с учетом упругих сил в уплотнениях и подшипниках, податливости опор, продольного изгиба.

Для уменьшения протечек газа применяются лабиринтные уплотнения рабочего колеса. Переднее уплотнение 1 выполняется на пояске покрывающего диска, межступенное 2 — на ступице рабочего колеса, разъемные уплотняющие кольца устанавливаются и фиксируются в корпусе (рис. 7.19). На рабочей поверхности кольца выполнены кольцевые выступы треугольной формы. На рабочем колесе в местах уплотнений выполняются кольцевые канавки прямоугольной формы или ступенчатые проточки.

Оценку колебаний ротора можно произвести по удельным нагрузкам на подшипниках, амплитуде отклонения центра тяжести ротора от оси вращения, скорости перемещения центра тяжести ротора.

Допустимый эксцентриситет центра тяжести ротора е = 160/пмакс, мк, где nмакс — максимальная частота вращения, 1/с.

При массе ротора m, кг, максимальная допустимая неуравновешенность Δm = 160m/nмакс, г*мм.

При разности давлений по обе стороны рабочего колеса на колесо действует осевая сила направленная в сторону входа колеса (рис. 7.20).

Для уравновешивания осевой силы применяют разгрузочный барабан 1, который фиксируется на валу в осевом направлении. Барабан изготовляется из поковки. По наружной цилиндрической поверхности барабана диаметром D0 выполняется лабиринтное уплотнение. Полость за барабаном соединяется трубой с входом в компрессор. За барабаном устанавливается давление, примерно равное рн. Из-за разности давления на барабан будет действовать сила ре, направленная противоположно силе рi.

Для полного уравновешивания осевой силы в одноступенчатом компрессоре при p1 ≈ рn необходимо, чтобы диаметр барабана был бы примерно равен диаметру переднего уплотнения рабочего колеса.

Уравновешивание осевой силы таким способом возможно на определенном расчетном режиме. При изменении режима работы компрессора возникает неуравновешенная осевая сила, для восприятия которой используют упорный подшипник.

В многоступенчатых компрессорах осевая сила, действующая на ротор, определяется суммированием всех сил по числу рабочих колес. По величине рoс определяют размеры барабана.

Через лабиринт разгрузочного барабана протекает определенное количество газа, благодаря чему снижается объемный КПД компрессора. Для уменьшения протечек разгрузочным барабаном уравновешивают около 75% осевой силы, что позволяет уменьшить диаметр.

Вал компрессора выполняют со ступенчатым изменением диаметров. Максимальные значения диаметров вала под рабочими колесами определяются расчетом критической частоты вращения. Номинальная частота вращения вала компрессора должна не менее чем на 20% отличаться от критической. Если рабочая частота вращения лежит ниже первой критической, вал называется жестким, если пНом лежит между первой и второй критической частотой гибким.

Вал изготавливается из поковки легированной стали. Кроме расчета критической частоты вращения вал проверяют расчетом на прочность в опасных сечениях (у муфты, у шейки подшипника и др.).

В многоступенчатых компрессорах применяются два типа корпусов: с горизонтальным разъемом, с вертикальными разъемами в плоскостях, перпендикулярных оси вращения ротора.

Применяемость корпусов с горизонтальным или вертикальным разъемом определяется конечным давлением и свойствами газа. Так, например, для газов с низким поверхностным напряжением (фреон-11 и 12, водородсодержащие газы) уплотнение горизонтального разъема корпуса осуществить сложно. Предельными ограничениями применения корпусов с горизонтальным разъемом считают конечное давление до 7,0 МПа при перекачивании газов с молекулярной массой больше 10.

Конструктивное исполнение корпуса определяется числом ступеней, внутренним давлением, массой внутренних частей и др. Элементы корпуса имеют сложную пространственную форму. Расчет на прочность и жесткость элементов корпуса сложен и производится методом конечных элементов с использованием ЭВМ.

Корпус с горизонтальным разъемом состоит из нижней части и крышки (рис. 7.21), обе части корпуса соединяются с помощью шпилек с колпачковыми гайками, плоскость разъема уплотняется специальной мастикой. Иногда по плоскости разъема выфрезеровываются фигурные канавки, в которые закладывается резиновый уплотняющий шнур. Патрубки для подсоединения трубопроводов и холодильников обычно располагаются в нижней части корпуса. Это дает возможность производить ревизию проточной части без отсоединения трубопроводов.

Читайте также: Комплектующие для компрессора remeza

Толщину фланцев нижней части и крышки корпуса выбирают с запасом для избежания деформации их при стягивании. Взаимное расположение половин корпуса фиксируется штифтами. Во фланец крышки корпуса вворачивают отжимные болты, с помощью которых производят первоначальный отрыв крышки при разборке компрессора.

Корпуса подшипников и концевых уплотнений отсоединяются от корпуса, без снятия крышки компрессора. Корпуса имеют сложную геометрию. Прочность корпуса проверяется расчетом на ЭВМ. Корпуса с горизонтальным разъемом изготовляются из стального или чугунного литья. При низких давлениях (до 1,0 МПа) корпуса могут быть сварно-литыми.

Корпус с вертикальными разъемами состоит из двух сборочных единиц: наружного и внутреннего корпусов. Наружный корпус представляет собой кованый цилиндр с приварными входным и напорным патрубками (рис. 7.22). С торцов корпус закрывается крышками, к крышкам подсоединяются корпуса подшипников и концевых уплотнений.

Наружный цилиндрический корпус изготавливается из поковки либо вальцуется и сваривается. Корпус закрывается крышками на шпильках; в некоторых конструкциях крышки заворачиваются на специальной резьбе.

В корпусах с вертикальными разъемами входной и нагнетательный патрубки могут выполняться в любом направлении перпендикулярно оси вращения ротора.

Внутри наружного корпуса устанавливаются детали разъемного внутреннего корпуса, образующие проточную часть компрессора (рис. 7.23). Выем деталей внутреннего корпуса из наружного производится без отсоединения трубопроводов.

Для уменьшения опасности расдентровки агрегата из-за температурного расширения деталей компрессора применяется специальная схема крепления и фиксации корпуса на фундаментной плите (рис. 7.24).

Опорные поверхности лап корпуса 3 максимально приближены к горизонтальной плоскости, проходящей через ось вращения ротора. Это особенно важно при последовательном соединении нескольких корпусов или при перекачивании горячих газов. Обычно со стороны привода опорные лапы фиксируются на фундаменте поперечными шпонками 2. Это создает предпосылки для направленного в одну сторону теплового расширения корпуса. Сохранение неизменным положения оси вращения ротора и направленное тепловое расширение в вертикальной плоскости обеспечиваются двумя шпонками 1. Расположение упорного подшипника на конце вала, противоположном лапам корпуса, фиксированным шпонками 2 создает благоприятные условия для компенсации. различного температурного расширения деталей корпуса и ротора.

Остаточные усилия и моменты от трубопроводов должны кратчайшим путем передаваться на фундамент во избежание деформации корпуса. Этим объясняется необходимость максимального приближения опорных лап к патрубкам.

Корпуса турбокомпрессоров проходят гидроиспытаиие пробным давлением, равным 1,25—1,5 максимального рабочего давления.

Видео:Пуск насосаСкачать

Уплотнения

В зависимости от расположения в машине уплотнения подразделяются на внутренние и внешние (концевые).

Внутренние уплотнения обычно выполняются в виде лабиринтов и разделяют отдельные ступени проточной части.

В местах выхода вала из корпуса предусмотрены внешнее (концевые) уплотнения. Концевое уплотнение — один из важнейших элементов, определяющих работоспособность компрессоров. В ряде случаев технический уровень узла уплотнения определяет технический уровень турбокомпрессора.

Основные требования к уплотнениям:

• не допускать выхода сжимаемой среды наружу (особенно это важно при сжатии токсичных и взрывоопасных газов);
• обусловливать минимальные утечки сжимаемого и запирающего газа (жидкости);
• обеспечивать долговечность работы не ниже долговечности работы основных деталей машины;
• быть удобными в изготовлении, сборке и эксплуатации.

Многие конструкции уплотнений компрессоров высокого давления выполняются с промежуточным подводом и отводом запирающего газа и в некоторых случаях жидкости.

В компрессорах применяются три типа уплотнений: лабиринтное, с плавающими кольцами и торцевое.

Лабиринтное уплотнение (рис. 7.25,а) относится к уплотнениям бесконтактного типа, оно состоит из нескольких дроссельных участков, между которыми предусмотрены камеры для подвода и отвода запирающего газа. Дроссельные участки могут располагаться на одном диаметре либо ступенчато.

Многокамерное уплотнение работает следующим образом. В камеру 1 от постороннего источника подводится запирающий газ с некоторым избыточным давлением. Часть запирающего газа вытекает наружу и предупреждает попадание воздуха в компрессор, другая часть попадает в камеру 5, которая соединена с трубопроводом разгрузки. Уравнительная камера 6 может быть связана с полостями входа и нагнетания компрессора, в ней создают давление, немного превышающее давление в камере 5, но ниже, чем давление запирающего газа. Часть потока газа протекает в камеру 5, где смешивается с запирающим газом, другая — поступает в проточную часть компрессора с уплотняемым давлением ру. Требование ре

• Свежие записи
  • Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
  • Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
  • Какие моторы бывают у стиральных машин
  • Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
  • Как снять стопорную шайбу с вала
  • Правообладателям
  • Политика конфиденциальности

  
  

  источники:

  https://evakuatorinfo.ru/tehnologicheskaya-shema-tsentrobezhnogo-kompressora

  📹 Видео

  Суперчарджер. Приводной компрессор | Science Garage На РусскомСкачать

  

  Многоступенчатый центробежный компрессорСкачать

  

  Технологический газовый центробежный компрессор Sundyne API 617Скачать

  

  Работа винтового компрессора, его принцип действия и устройство.Скачать

  

  Производство центробежных компрессоров DENAIRСкачать

  

  Центробежный компрессорСкачать

  

  Видеоурок "Классификация компрессоров"Скачать

  

  Принцип работы компрессорного цеха с параллельной обвязкой газоперекачивающих агрегатовСкачать

  

  Центробежный насосСкачать

  

  Технологические схемы КССкачать