Курсовая работа: Центробежные компрессоры Березанской КС

2.2.53 Ширина колеса в сечении 2-2, м:

 (52)

где b2 – ширина колеса в сечении 2-2, м;

KV2 – коэффициент уменьшения объёмов в сечении 2-2.

2.2.54 Относительная ширина колеса в сечении 2-2, м:

 (53)

0,02 ≤ b2 ≤ 0,08.

2.2.55 Радиус кривизны лопатки колеса

 (54)

где Bk – радиус кривизны лопатки колеса, м;

β2л – конструкторский угол на выходе из колеса;

β1л – конструкторский угол на входе в колесо.

2.2.56 Радиус начальной окружности лопатки колеса, м:

 (55)

где Rk – радиус начальной окружности лопатки колеса, м.

2.2.57 Диаметр диффузора в сечении 3-3, м:

Д3 = 1,05 · Д2 = 1,05 · 0,557 = 0,585 м. (56)

2.2.58 Диаметр диффузора в сечении 4-4, м:

Д4 = 1,45 · Д2 = 1,45 · 0,557 = 0,808 м. (57)

2.2.59 Ширина диффузора в сечении 4-4, м:

b4 = 1,2 · b2, (58)

где b4 – ширина диффузора в сечении 4-4, м;

b2 – ширина колеса в сечении 2-2, м.

b4 = 1,2 · 0,034 = 0,041 м.

2.2.60 Средний угол потока в преддиффузоре:

 (59)

где γ2 – средний угол потока в преддиффузоре, рад;

α2 – расчётный угол в сечении 2-2, рад.

2.2.61 Угол установки лопаток в диффузоре в сечении 3-3:

 (60)

2.2.62 Средний угол потока газа в диффузоре:

 (61)

2.2.63 Радиус кривизны лопатки диффузора, м:

 (62)

где Вд - радиус кривизны лопатки диффузора, м;

Д4 – диаметр диффузора в сечении 4-4, м.

2.2.64 Радиус начальной окружности лопатки диффузора, м:

 (63)

где Rд - радиус начальной окружности лопатки диффузора, м.

2.2.65 Коэффициент загромождения сечения 4-4:

 (64)

где τ4 – коэффициент загромождения сечения 4-4;

zд – число лопаток в диффузоре;

δд – средняя толщина лопатки диффузора, м.

2.2.66 Скорость газа в сечении 4-4, м/с:

 (65)

где C4 – скорость газа в сечении 4-4, м/с.

2.2.67 Диаметр нагнетательного патрубка в сечении к-к, м:

 (66)

где Дk – диаметр нагнетательного патрубка в сечении к-к, м;

Ck – скорость газа на выходе из компрессора, м/с;

KVk – коэффициент уменьшения объёмов в сечении к-к.

2.2.68 Температура газа в сечении 2-2, К:

T2 = TH + ΔTH-2, (67)

T2 = 288 + 10,9 = 298,9 К.

2.2.69 Давление газа в сечении 2-2, кПа:

 (68)

где P2 – давление газа в сечении 2-2, кПа;

P1 – давление газа в сечении 1-1, кПа;

T2 – температура газа в сечении 2-2, К;

Т1 – температура газа в сечении 1-1, К;

σ – показатель сжатия.

2.2.70 Плотность газа в сечении 2-2, кг/м3:

 (69)

где ρ2 – плотность газа в сечении 2-2, кг/м3;

z – коэффициент сжимаемости.

Заносим в таблицу параметры расчётных точек.

Таблица 2.1 – Параметры расчётных точек

Параметры	Расчётные точки
	Н	1	2	К
Т, К	288	286,2	299,7	320,4
P, кПа	3862	3759	4382	7301
ρ, кг/м3	29,1	28,5	31,81	37,92
KVi	0,98	0,989	1,098	1,303

Таблица 2.2 – Основные геометрические размеры компрессора

Наименование	Обозначение	Размерность	Величина
Конструкторский угол на выходе из колеса	β2л	град	45
Конструкторский угол на входе в колесо	β1л	град	32
Толщина лопатки колеса	δк	м	0,005
Толщина лопатки диффузора	δд	м	0,01
Угол установки лопатки диффузора на выходе	α4	град	23,1
Диаметр покрывного диска в сечении 0-0	D0	м	0,448
Диаметр колеса в сечении 1-1	D1	м	0,471
Диаметр колеса в сечении 2-2	D2	м	0557
Диаметр втулки колеса в сечении 0-0	d0	м	0,202
Средний диаметр вала	dв	м	0,182
Ширина колеса в сечении 1-1	b1	м	0,031
Ширина колеса в сечении 2-2	b2	м	0,034
Радиус кривизны лопатки колеса	Bk	м	4,242
Радиус начальной окружности лопатки колеса	Rk	м	1,828
Диаметр диффузора в сечении 3-3	D3	м	0,585
Диаметр диффузора в сечении 4-4	D4	м	0,808
Ширина диффузора в сечении 4-4	b4	м	0,041
Угол установки лопатки в диффузоре	α4	рад	0,403
Радиус кривизны лопатки в диффузоре	Bд	м	0,392
Радиус начальной окружности лопатки в диффузоре	Rд	м	0,365
Диаметр нагнетательного патрубка в сечении к-к	Dk	м	0,435

2.3 Треугольники скоростей для ступени в масштабе на входе и на выходе

Расчёт ведём согласно работе [1]

На входе:

Масштаб скоростей

μV = 169,3/60 = 2,82 (м/с)/мм

С1 = 90,0 м/с

U1 = 143,5 м/с

W1 = 169,3 м/с   

Β1л = 32˚

Рисунок 2.1 - треугольник скоростей в ступени на входе

На выходе:

Масштаб скоростей

μV = 239,2/100 = 2,4 (м/с)/мм

С2r = 57,42 м/с

С2u = 152,3 м/с

С2 = 162,8 м/с

U2 = 239,2 м/с

α2=19,40

Рисунок 2.2 – треугольник скоростей в ступени на выходе

3. Описание и принцип работы газоперекачивающего агрегата

3.1 Газоперекачивающий агрегат типа ГПА Ц-6,3 Б 56/1,45

 

3.1.1 Назначение

Газоперекачивающие агрегаты типа ГПА-Ц-6,ЗБ представляют собой блочные, комплектные автоматизированные установки с газотурбинным авиационным приводом НК-14СТ серии 02 мощностью 6,3 МВт. Предназначены для транспортирования природного газа по магистральным газопроводам, а также для использования на дожимных компрессорных станциях.

Газоперекачивающий агрегат является унифицированным и в зависимости от конструкции проточной части нагнетателя может быть использован при конечном давлении 5,6 (56) МПа

Агрегат обеспечивает нормальную работоспособность при температуре окружающего воздуха от 233 К (минус 40°С) до 318 К (+45 °С).

Сжимаемый газ – природный, некоррозионный, взрывоопасный. Состав и термодинамические свойства расчётного природного газа приведены в ГОСТ 23194-83.

Запылённость газа, поступающего в нагнетатель , не должна превышать 5 мг/м3, размер механических частиц – не более 40 мкм

Максимальная влажность газа на всасывании – состояние насыщения при отсутствии капельной влаги.

Температура газа на всасывании от 233 К до 318 К (от -40°С до+45°С).

Тип компрессора — двухступенчатый центробежный нагнетатель с вертикальным разъемом, спроектированный для параллельной работы в группе или для одного агрегата. Основные параметры нагнетателя приведены в ГОСТ 23194—83.

Тип приводного двигателя—НК-14СТ серии 02 ТУ 1-01-0714—83; авиационный, турбовальный, с силовой турбиной, укомплектованный двумя насосами марки 888 СТ.

Система смазки и уплотнения агрегата состоит из двух частей. - Система смазки двигателя—циркуляционная под давлением с воздушным охлаждением;

- Система смазки и уплотнения нагнетателя — циркуляционная под давлением с воздушным охлаждением.

Отборы воздуха от двигателя НК-14СТ, кг/с (кг/ч): на эжектор обдува статора силовой турбины—0,1 (360); для обогрева контейнеров—0,1 (360); на подогрев циклового воздуха—0,3 (1080).

Входной диффузор двигателя НК-14СТ оборудован коллектором для промывки проточной части двигателя.

3.1.2 Состав

1.Турбоблок 2.Блок систем обеспечения

3.Блок маслоохладителей с шумоглушителем всасывания

4.Устройство выхлопное 5.Устройство воздухоочистительное

6. Шумоглушитель выхлопа 7. Система подогрева циклового воздуха

8. Система обогрева 9. Система пожаротушения

10. Коллектор дренажа 11. Система масляная

12. Автоматизированная система управления комплектуется установкой А-705-15-06.

3.1.3 Устройство

Агрегат представляет собой установку, состоящую из стыкуемых между собой на месте эксплуатации отдельных блоков.

Монтаж агрегата на компрессорной станции осуществляется на специальном фундаменте.

Базовой сборочной единицей агрегата является турбоблок, в контейнере которого размещены нагнетатель с газотурбинным двигателем НК-14СТ авиационного типа.

На опорах внутри контейнера над турбоблоком установлено устройство выхлопное, предназначенное для выброса выхлопных газов от приводного двигателя.

На верхнюю опорную поверхность каркаса устройства выхлопного устанавливается шумоглушитель, используемый для глушения шума выхлопа.

Для удобства обслуживания агрегата и выполнения требований техники безопасности вспомогательное оборудование (маслобаки и маслоагрегаты, установка пожаротушения УАГЭ-8, щиты автоматизированной системы управления и др.) размещено в отдельном блоке систем обеспечения .

Для охлаждения масла, циркулирующего в системе маслоснабжения агрегата, предназначен блок маслоохладителей, расположенный на одной раме с шумоглушителем всасывания и установленный на блоке систем обеспечения.

Забор и очистка от пыли атмосферного воздуха для приводного двигателя осуществляются через ВОУ 7, установленного на блоке маслоохладителей.

После ВОУ поток очищенного воздуха через шумоглушитель всасывания поступает в камеру всасывания на вход осевого компрессора приводного двигателя.

Система подогрева циклового воздуха обеспечивает защиту воздухоочистительного устройства от обледенения. Для обогрева блоков и отсеков агрегата во время проведения пусконаладочных или регламентных работ в холодное время года агрегат снабжен системой обогрева. Слив отработанного масла с поддонов агрегата осуществляется через коллектор дренажа. Автоматизированная система управления агрегатом обеспечивает работу на всех режимах без постоянного присутствия обслуживающего персонала возле агрегата.

3.2 Принцип работы

Перекачиваемый газ по газопроводу через всасывающий патрубок поступает на вход двухступенчатого центробежного нагнетателя, где происходит его сжатие, и выбрасывается через нагнетательный патрубок в магистральный газопровод.

В качестве привода нагнетателя используется стационарный газотурбинный двигатель НК-14СТ авиационного типа, работающий на перекачиваемом газе. Выполнен по двухвальной схеме со свободной силовой турбиной.

Очищенный в воздухоочистительном устройстве агрегата воздух поступает в осевой компрессор двигателя, где он сжимается и поступает в камеру сгорания. Одновременно в камеру сгорания через рабочие форсунки подается топливо (природный газ). Из камеры горячие газы направляются на лопатки турбины компрессора, а затем по газовводу — на силовую турбину.

Мощность турбины компрессора расходуется на вращение самого компрессора и приводов агрегатов, а мощность силовой турбины — на привод ротора нагнетателя и на привод ее агрегатов. Механическая связь между силовой турбиной и ротором нагнетателя осуществляется через полый торсионный вал. Отработанные газы через улитку, выхлопное устройство и шумоглушитель выхлопа выбрасываются в атмосферу. Агрегат снабжен различными вспомогательными системами, обеспечивающими надежность его работы при установке на открытых площадках при температуре окружающего воздуха от 233 К (- 40°С) до 318 К (+45 °С).

4. Автоматизация нагнетателей

4.1 Общие данные

Центробежный нагнетатель Ц6,3Б/56-1,45 оборудован системой автоматик, позволяющей создать систему комплексной автоматизации компрессорной станции с использованием электронно-вычислительной техники, что обеспечивает облегчение в обслуживании газомотокомпрессора во время работы, повышение его надёжности.

Объём автоматизации нагнетателя Ц6,3Б/56-1,45 соответствует высшей (четвёртой классификации) степени.

Система автоматики обеспечивает автоматическое управление нагнетателем с агрегатного и дистанционного щитов, а также контроль, сигнализацию и защиту по рабочим параметрам в процессе работы нагнетателя без постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Контрольно-измерительные приборы нагнетателя в основной своей массе входят в состав систем, но существует набор показывающих контрольно-измерительных приборов, которые не входят в состав системы автоматики, по месту установки могут быть разделены на две группы: приборы, установленные на нагнетателе, и приборы, установленные на системах нагнетателя вне его габаритов.

Рассмотрим первую группу. Для контроля давления топливного газа перед газорегулирующим клапаном используется манометр, установленный на трубе подвода топливного газа с пределом измерений от 0 до 10 МПа, класс точности – 2,5.

Давление масла в упорном и опорном подшипниках измеряется тремя манометрами, установленными по правой опоре фундамента, с пределом измерений от 0 до 10 МПа, класс точности – 2,5.

Температура газа на выходе из компрессора замеряется ртутными термометрами, установленными непосредственно на нагнетательном патрубке. Шкала делений от 0 до 100˚С, цена деления - 1˚С.

Температура подшипников измеряется тремя ртутными термометрами со шкалой от 0 до 100˚С и ценой деления в 1˚С.

Осевой сдвиг ротора измеряется с помощью датчика осевого сдвига, установленного с торца компрессора. Частота вращения вала компрессора измеряется и контролируется сигнализатором предельной частоты вращения.

Рассмотрим вторую группу приборов. Давления масла до и после маслоохладителя замеряются двумя манометрами (на каждый маслоохладитель), с пределом измерений 0 ÷ 10 кгс/см2, класс точности – 2,5. Давление газа на входе регулятора давления измеряется одним манометром, с пределом измерений от 0 до 25 кгс/см2, класс точности – 2,5.

4.2 Аварийные остановки со стравливанием и без стравливания

4.2.1 Аварийные остановки без стравливания

1.  Негерметичность ДГ-12

2.  Самопроизвольная перестановка крана 12

3.  Низкое напряжение в сети постоянного тока 220В

4.  Т масла на выходе ПОПН > 80

5.  Т масла на выходе ЗОПН > 80

6.  Т масла Н > 65

7.  Т масла Д > 85

8.  Т газа на выходе Н > 90

9.  Р масла смазки ВС-12 < 0,2

10.  Р масла на выходе ТК < 0,3

11.  Р масла на входе ДГ-12 < 1,5

12.  Р топливного газа < 1

13.  Разрежение во всасывающей камере ВОУ > 0,8

14.  Виброскорость узлов Д > 60

15.  Вибросмещение Н > 80

16.  Нет зажигания

17.  Открытие КПВ 1…5 на режиме

18.  Неоткрытие КПВ 1,5 при НО

19.  Превышение времени работы ВС-12

20.  Частота вращения ВС-12 > 5200

4.2.2 АО со стравливанием

1.  Пожар в отсеке Д, Н, МА,

2.  Помпаж Д

3.  Помпаж Н

4.  Осевой сдвиг ротора Н

5.  Т газа на выходе СТ > 620

6.  Частота вращения ротора СТ > 9000

7.  Низкий уровень масла в МБД < 130

8.  Низкий уровень масла в МБН < 110

9.  Частота вращения ротора СТ > 9000

10.  АО от кнопки

11.  Р масла смазки < 0,08

12.  Δ М-Г < 0,03

13.  Самопроизвольное открытие кранов 1,2,6

4.3 Расчет критических параметров

4.3.1 Расчет критического давления нагнетания.

 МПа; (70)

где  -критическое давление нагнетания,

 -номинальное давление.

4.3.2 Расчет критического давления всасывания.

 Мпа; (71)

где  -критическое давление всасывания,

 -начальное давление.

4.3.3 Расчет критической температуры газа.

 °С; (72)

где  -критическая температура,

 -конечная температура.

Заключение

В работе приведён расчёт Березанской компрессорной станции, оборудованной четырьмя нагнетателями типа Ц6,3Б/56-1,45, один из которых используется как резервный.

По расчётам видно, что мощности установленных газоперекачивающих агрегатов достаточно для нормального функционирования компрессорной станции и выполнения стоящих перед ней задач.

В работе проведены технические расчёты станции, описание эксплуатации станции и системы автоматики.

Благодаря системе автоматизации параметры всех узлов и систем нагнетателя находятся под постоянным контролем вычислительной техники, которая передаёт на экран оператора значения всех контролируемых параметров. Эта система также даёт возможность оператору управлять ГПА находясь на своём рабочем месте за ЭВМ.

Газоперекачивающие агрегаты с системой автоматизации являются более надёжным в работе и при контроле рабочих параметров решением для оснащения газокомпрессорных станций. Эта система облегчает работу обслуживающего персонала, помогает быстрей определить возникающие неисправности, а при необходимости может произвести аварийную остановку ГПА, что делает его работу значительнее безопасней.

Список использованной литературы

1. Черкасский В.М. "Насосы, вентиляторы, компрессоры"- М.: Энергоатомиздат, 1984. – 210с.

2. Страхович К.И., Френель М. И. "Компрессорные машины" –М.: Госиздат, 1961 –301С.

3. Шлипченко З.С. "Насосы, вентиляторы, компрессоры"- Киев: Техника, 1976. – 368с.

4. Шерстюк А.Н. "Насосы, вентиляторы, компрессоры"- М: Высшая школа, 1972. – 344с.