Проектирование линейного центробежного нагнетателя природного газа мощностью 25 МВт

   4  1   0.068   0.130     0.000     0.000E+00

   5  1   0.132   0.140     0.000     0.000E+00

   6  3   0.000   0.000     0.000     0.500E+10

   7  1   0.120   0.140     0.000     0.000E+00

   8  1   0.250   0.150     0.000     0.000E+00

   9  1   0.173   0.180     0.000     0.000E+00

  10  1   0.050   0.190     0.000     0.000E+00

  11  2   0.000   0.000    28.900     0.000E+00

  12  1   0.050   0.190     0.000     0.000E+00

  13  1   0.117   0.200     0.000     0.000E+00

  14  2   0.000   0.000    42.470     0.000E+00

  15  1   0.054   0.200     0.000     0.000E+00

  16  1   0.173   0.220     0.000     0.000E+00

  17  1   0.100   0.200    0.000     0.000E+00

  18  2   0.000   0.000    40.310     0.000E+00

  19  1   0.163   0.200     0.000     0.000E+00

  20  2   0.000   0.000    58.900     0.000E+00

  21  1   0.118   0.200     0.000     0.000E+00

  22  1   0.223   0.180     0.000     0.000E+00

  23  1   0.172   0.170     0.000     0.000E+00

  24  1   0.256   0.150     0.000     0.000E+00

  25  1   0.114   0.140     0.000     0.000E+00

  26  3   0.000   0.000     0.000     0.500E+10

  27  1   0.135   0.140     0.000     0.000E+00

  28  1   0.023   0.128     0.000     0.000E+00

  29  2   0.000   0.000    35.660     0.000E+00

  30  1   0.015   0.128     0.000     0.000E+00

  31  1   0.108   0.118     0.000     0.000E+00

  32  1   0.013   0.108     0.000     0.000E+00

  33  2   0.000   0.000    6.900     0.000E+00

  34  1   0.041   0.108     0.000     0.000E+00

  35  1   0.046   0.095     0.000     0.000E+00

 

  КРИТИЧЕСКИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ  РОТОРА

              РАДИАНЫ В СЕКУНДУ   ОБОРОТЫ  В МИНУТУ

 

  1  ГАРМОНИКА:     402.6 1/С     3844. ОБ/МИН

  2  ГАРМОНИКА:    1485.0 1/С    14181. ОБ/МИН

  3  ГАРМОНИКА:    2350.2 1/С    22443. ОБ/МИН

  4  ГАРМОНИКА:    3406.9 1/С    32533. ОБ/МИН

  5  ГАРМОНИКА:    4606.5 1/С    43989. ОБ/МИН

  6  ГАРМОНИКА:    7141.3 1/С    68194. ОБ/МИН

 

  ДЛИНА РОТОРА          2.795 М

  МАССА РОТОРА        713.765 КГ

Результатом расчёта являются значения критических частот вращения ротора, при которых происходит потеря устойчивости и поломка.

Рабочая частота вращения должна иметь не менее двадцати процентов запаса до ближайшего критического значения. Определим запас номинальной частоты вращения ротора до ближайших критических частот:

По итогам расчета получили гибкий вал с номинальной частотой вращения между первой и второй критическими частотами с необходимым запасом по отношению к критическим частотам.

 

 

8.2. Расчет минимальной толщины стенки корпуса компрессора

 

 

Для расчёта корпуса  на прочность необходимо определить расчётные нагрузки. За расчётное давление принимаем наибольшее давление в нагнетателе.

 

Пробное давление при  гидравлических испытаниях.

 

 

В расчёте используем формулы для толстостенных труб, нагруженных равно распределённой нагрузкой по длине.

 

,

 

где D_внутр и D_наруж – внутренний и наружный диаметр корпуса компрессора.

 

 

Определим напряжение на внутренней поверхности цилиндра (r = a):

 

 

 

 

 

 

Напряжение на наружной поверхности цилиндра (r = b)

 

 

 

Определим эквивалентные  напряжения согласно теории Мора:

 

 

 и  - максимальные и минимальные главные напряжения

- коэффициент, характеризующий неодинаковость сопротивления

  материала напряжению  растяжения и сжатия, для стали 

 

 

Материал цилиндра - сталь 35ХМ. Ее механические свойства:

и

 

b - отношение внутреннего  диаметра корпуса к максимальному  диаметру отверстия для присоединения всасывающей камеры.

Коэффициент концентрации напряжений.

 

 

Действительные напряжения в зоне отверстия

 

 

 

 

 

Запас прочности по пределу  текучести на внутренней поверхности:

 

 

Запас прочности по пределу  прочности:

 

 

Запас прочности по пределу  текучести на наружной поверхности:

 

 

Запас прочности по пределу  прочности

 

 

Рекомендуемый запас  прочности:

 

 

 

Следовательно, значение действительного запаса прочности корпуса на внутренней и наружной поверхностях находится в пределах допустимых значений.

 

 

9. Расчет подшипников на удельное давление

9.1. Расчет опорных подшипников

Опорные подшипники служат для удержания ротора массой G_РОТ в относительно неизменном горизонтальном положении. При этом нагрузка (Р), воспринимаемая одним подшипников равна G_РОТ/2 (знаменатель указывает на количество подшипников).

Масса ротора равна сумме  массы вала и массы присоединенных элементов — Gрот=713,765 кг (данные взяты из результата расчёта критической частоты вращения вала).

Площадь опорной поверхности:

где d_в – диаметр вала, где располагается подшипник; q – угол сектора, образующий подушку подшипника, q = 1 рад.; В – ширина подушки подшипника, В = (0,45…1,0)·d_в; z – число подушек подшипника, z = 5.

Ограничения по удельному  давлению на один подшипник:

Удельное давление на один подшипник:

Условие допустимого  значения удельной нагрузки на опорный  подшипник выполняется.

Ограничение по окружной скорости: <65 м/с.

Окружная скорость:

Как видно опорные  подшипники проходят по допустимой окружной скорости.

 

10. Обеспечение безопасности при эксплуатации

компрессорного  оборудования.

 

Для сжатия и транспортировки  природного газа по магистральным газопроводам изготавливаются газоперекачивающие агрегаты (ГПА). Основным функциональным и формообразующим блоком - модулем агрегата является турбоблок (ГПА). Он располагается внутри контейнера ангарного типа. Турбоблок состоит из газотурбинной установки и центробежного нагнетателя. Каждый из агрегатов оснащается семейством нагнетателей природного газа. В дипломном проекте разрабатывается  перспективный линейный нагнетатель природного газа мощностью 25 МВт, который располагается в машинном зале компрессорной станции «Грязовецкая». Данный раздел посвящён обеспечению техники безопасности при эксплуатации центробежного компрессора.  Обеспечение безопасности эксплуатации является одной из важнейших задач при разработке конструкции компрессора и должно учитывать и предотвращать все основные опасные и вредные производственные факторы.

 

Технические характеристики компрессора:

 

мощность привода – N=25,0 МВт;

рабочее вещество – природный  газ;

начальная температура  — t_н= 15°С = 288К;

степень повышения давления П = 1,44;

конечное давление — Р_к =  12,0 МПа;

начальное давление — Р _н = 8,333 МПа;

рабочая частота вращения вала – n =5000 об/мин.

 

 

 

 

Состав газа:

 

№ п/п	Название	Формула	Х	Количество
1	Метан	CH4	0.98630	16.0430
2	Этан	C2H6	0.00120	30.0700
3	Пропан	C3H8	0.00020	44.0970
4	Н-бутан	C4H10	0.00100	58.1240
5	Азот	N2	0.00120	28.0160
6	Углекислый газ	CO2	0.01010	44.0110

 

 

Газовая постоянная: R = 506,84 Дж/(кг*К)

Плотность: r_o =  67,626  кг/куб.м

Показатель изоэнтропы: к = 1,445

 

Техника безопасности

 

Конструкция агрегата соответствует  требованиям ГОСТ 28775-90 «Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Общие технические требования». Необходимо выполнение соответствующих требований, так как при эксплуатации компрессорной установки могут возникнуть следующие вредные и опасные производственные факторы:

1.Вентиляция

2. Освещение

3. Вибрация

4. Шум

5. Электробезопасность

6. Обеспечение безопасности систем, находящихся под давлением

7. Взрывобезопасность и пожаробезопасность

 Рассмотрим обеспечение  безопасности по каждому из  факторов.

 

10.1. Вентиляция

 

Установка предназначена для транспортировки природного газа по магистральным газопроводам и закачки газа в подземные хранилища.  Этот газ, состоящий  из метана, пропана и бутана не имеет ни запаха, ни вкуса и вреден тем, что при атмосферных условиях может вызвать удушье, вследствие недостатка кислорода в легких. Пропан бутановые смеси имеют температуру вспышки ниже комнатной температуры, и могут образовывать взрывоопасные смеси с воздухом и кислородом.

По ГОСТ 12.1.005-88 “Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны” установлена предельно допустимая норма содержания природного газа q_ПДК =300 мг/м³ в воздухе рабочей зоны. Воздух, удаляемый системами вентиляции и содержащий вредные вещества, перед выбросом в атмосферу должен очищаться с тем, чтобы в атмосферном воздухе населённых пунктов не было вредных веществ, превышающих санитарные нормы, а в воздухе, поступающем внутрь производственных помещений, концентрации не превышали величины 0,3∙ q_ПДК для рабочей зоны этих помещений.

Для борьбы с  разгерметизацией в конструкции предусмотрены специальные (лабиринтные и торцевые) уплотнения — рассчитанные на соответствующее давление и препятствующие утечке газа из проточной части машины (все возникающие протечки собираются в уплотнения и через специальные отвода и трубопроводы передаются на всасывание — вход в компрессор или собираются в специальный коллектор); уплотнения в местах соединения газопроводов.

В контейнере предусмотрена  общестанционная приточно-вытяжная вентиляция, обеспечивающая трехкратный  воздухообмен в час. Подача воздуха предусматривается от приточной вентиляционной установки с резервным вентилятором. Дополнительный приток наружного воздуха в теплый период должен осуществляется естественным потоком через приточные проемы, оборудованные воздушными клапанами. В дополнение к общеобменной вентиляции предусмотрена аварийная вытяжная е вентиляция в объеме, обеспечивающем совместно с основной системой вентиляции восьмикратный воздухообмен.

Также необходимо поддерживать основные параметры микроклимата в  рабочей зоне. Нагрев частей установки  ведёт  к повышению температуры  и понижению влажности в окружающей среде, следовательно, необходимо экранирование  источников тепла. Микроклимат создается и поддерживается с помощью систем отопления и вентиляции. Согласно СанПин 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» устанавливаются следующие гигиенические требования к показателям микроклимата. Температура воздуха в помещении должна находиться в пределах 19-21°С и 20-22°С, скорость движения воздуха – 0,1м/с и 0,2м/с в холодный и теплый периоды года соответственно, относительная влажность должна поддерживаться в пределах меньше 70%.

По ГОСТ 12.1.005-88 “Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны” установлены оптимальные и допустимые метеорологические условия для рабочей зоны помещения, с учётом времени года и категории работы по её тяжести. Физические работы на компрессорной станции относятся к категории средней тяжести.