Автор работы: Пользователь скрыл имя, 16 Февраля 2013 в 16:28, дипломная работа
Центробежные компрессоры применяются для обеспечения многих производственных процессов (доменного производства, производства аммиачных удобрений, пластмасс, получения продуктов нефтехимии и т.п.), при добыче нефти и газа, на магистральных газопроводах, для наддува двигателей внутреннего сгорания, в газотурбинных установках, для получения сжатого воздуха, имеющего силовое назначение (пневматический инструмент, молоты, прессы и т.д.). На привод центробежных компрессоров приходится значительная доля всей потребляемой энергии. Например, только 4200 центробежных компрессоров газоперекачивающих агрегатов (ГПА) ОАО «Газпром» имеют суммарную мощность более 40 млн. киловатт и требуют для своего привода энергию на сумму несколько миллиардов долларов ежегодно. Таким образом, проблема оптимального проектирования центробежных компрессоров имеет очень большое значение для национальной экономики.
Стр.
1.Введение………………….…………………………………...……
4
2.Техническое задание.……………………...…………………....…..
14
3. Выбор варианта машины……………………………………….…..
15
3.1. Определение физических констант газа………………….………….....
15
3.2. Вариантные расчеты. ……….….…………………………..……......
16
3.3. Оптимизационный расчет выбранного варианта
проточной части компрессора…………………………...……….………..
26
3.4. Расчет семейства характеристик при переменных числах оборотов ротора…………………………………………………………………....
56
4. Расчет газодинамических параметров в сечениях ступеней...…..
66
5. Профилирование лопаток рабочего колеса ……………………...
71
5.1. Профиль лопатки РК первой ступени…..…..…………….………........
71
5.2. Профиль лопатки РК второй ступени...………….………………....….
76
6. Расчет камер компрессора...…………………………...……….…..
80
6.1. Расчет всасывающего патрубка...……….......………….……………...
83
6.2. Расчет выходной камеры …….…..…..…………….……………........
90
7. Расчет осевого усилия, действующего на ротор компрессора…..
91
8. Расчеты на прочность……………………………………………....
93
8.1. Расчет критической частоты ротора……..………………………….....
93
8.2. Расчет минимальной толщины стенки корпуса………………………...
97
9. Расчет подшипников на удельное давление………………………
100
9.1. Расчет опорных подшипников………………………………………...
100
10. Обеспечение безопасности при эксплуатации компрессорного оборудования…………………………………………………………..
102
10.1. Вентиляция………………………………………………………..
104
10.2. Освещение………………………………………………………...
106
10.3. Вибрация………………………………………………………….
107
10.4. Шум……………………………………………….………………..
110
10.5. Электробезопасность………………………………………………..
112
10.6. Обеспечение безопасности при эксплуатации систем, находящихся под давлением………………………………………………………………..
112
10.7. Взрыво- и пожаробезопасность……………………………………..
114
10.8. Защитная оснастка компрессора……………………………………
116
10.9 Регулирование компрессора………………………………………...
118
10.10. Список нормативных документов……………………….………...
118
11. Технико-экономическое обоснование проекта………………...
119
12. Технология изготовления РК первой ступени………………...
125
13. Описание конструкции……………………………………………
132
Список литературы……………………………………………………
133
Трехступенчатый компрессор.
Радиальное рабочее колесо (2D), лопаточный (VD) диффузор.
Amount of rotors, nr=1
Amount of stages on rotor #1, nst=3
+---+------+------+------+----
| # | Type | F | Mu | PSIt | Reu | U2 | D2 | ETA | Tin | Tout |
+---+------+------+------+----
|Rotor # 1 n=5000. Dhb=0.3
| 1 |2D+VD |0.0851|0.4149|0.6000| 6.060E+08|190.49|0.7276|0.
| 2 |2D+VD |0.0784|0.4056|0.5900| 6.580E+08|190.49|0.7276|0.
| 3 |2D+VD |0.0724|0.3971|0.5800| 7.120E+08|190.49|0.7276|0.
+---+------+------+------+----
Polytropic Efficiency, ETAp=0.877
Power consumption, Nc=24985.25 kW
*** Variant # 10 ***
Трехступенчатый компрессор.
Радиальное рабочее колесо (2D), безлопаточный (VLD) диффузор.
Amount of rotors, nr=1
Amount of stages on rotor #1, nst=3
+---+------+------+------+----
| # | Type | F | Mu | PSIt | Reu | U2 | D2 | ETA | Tin | Tout |
+---+------+------+------+----
|Rotor # 1 n=5000. Dhb=0.3
| 1 |2D+VLD|0.0851|0.4149|0.6000| 6.060E+08|190.49|0.7276|0.
| 2 |2D+VLD|0.0784|0.4056|0.5900| 6.580E+08|190.49|0.7276|0.
| 3 |2D+VLD|0.0724|0.3971|0.5800| 7.120E+08|190.49|0.7276|0.
+---+------+------+------+----
Polytropic Efficiency, ETAp=0.877
Power consumption, Nc=24985.25 kW
*** Variant # 11 ***
Трехступенчатый компрессор.
Осерадиальное рабочее колесо (3D), лопаточный (VD) диффузор.
Amount of rotors, nr=1
Amount of stages on rotor #1, nst=3
+---+------+------+------+----
| # | Type | F | Mu | PSIt | Reu | U2 | D2 | ETA | Tin | Tout |
+---+------+------+------+----
|Rotor # 1 n=5000. Dhb=0.3
| 1 |3D+VD |0.0860|0.4136|0.6000|
6.020E+08|189.89|0.7253|0.
| 2 |3D+VD |0.0791|0.4044|0.5900| 6.540E+08|189.89|0.7253|0.
| 3 |3D+VD |0.0731|0.3959|0.5800| 7.080E+08|189.89|0.7253|0.
+---+------+------+------+----
Polytropic Efficiency, ETAp=0.879
Power consumption, Nc=24826.67 kW
*** Variant # 12 ***
Трехступенчатый компрессор.
Осерадиальное рабочее колесо (3D), безлопаточный (VLD) диффузор.
Amount of rotors, nr=1
Amount of stages on rotor #1, nst=3
+---+------+------+------+----
| # | Type | F | Mu | PSIt | Reu | U2 | D2 | ETA | Tin | Tout |
+---+------+------+------+----
|Rotor # 1 n=5000. Dhb=0.3
| 1 |3D+VLD|0.0860|0.4136|0.6000|
6.020E+08|189.89|0.7253|0.
| 2 |3D+VLD|0.0791|0.4044|0.5900|
6.540E+08|189.89|0.7253|0.
| 3 |3D+VLD|0.0731|0.3959|0.5800|
7.080E+08|189.89|0.7253|0.
+---+------+------+------+----
Polytropic Efficiency, ETAp=0.879
Power consumption, Nc=24826.67 kW
***** Input data *****
***** Compressor parameters ******
Mass flow,
Outlet pressure, Pout= 122.449 Atm (1.2000E+07 Pa)
Inlet pressure, Pin= 85.031 Atm (8.3330E+06 Pa)
Inlet temperature, Tin= 288.00 K
***** Gas parameters ******
Isentropic coefficient k= 1.4440
Gas constant,
Dynamic viscosity coefficient, muu= 1.3066E-05 n*s/m^2
*** Variant # 13 ***
Четырехступенчатый компрессор.
Осерадиальное рабочее колесо (3D), безлопаточный (VLD) диффузор.
Amount of rotors, nr=1
Amount of stages on rotor #1, nst=4
+---+------+------+------+----
| # | Type | F | Mu | PSIt | Reu | U2 | D2 | ETA | Tin | Tout |
+---+------+------+------+----
|Rotor # 1 n=5000. Dhb=0.3
| 1 |3D+VLD|0.1344|0.3563|0.6000| 4.470E+08|163.59|0.6249|0.
| 2 |3D+VLD|0.1264|0.3504|0.6000| 4.750E+08|163.59|0.6249|0.
| 3 |3D+VLD|0.1190|0.3448|0.6000| 5.050E+08|163.59|0.6249|0.
| 4 |3D+VLD|0.1123|0.3394|0.6000| 5.350E+08|163.59|0.6249|0.
+---+------+------+------+----
Polytropic Efficiency, ETAp=0.877
Power consumption, Nc=24896.81 kW
Обоснование выбора схемы компрессора.
В одноступенчатой схеме получили большие окружные скорости и радиальные размеры, поэтому эта схема не подходит для заданных параметров (вариант № 1-4). Четыре ступени также не рационально использовать в данном случае (вариант № 13), так как будет показано ниже, необходимые параметры достигаются в 2-х и 3-х ступенчатых машинах.
Рабочие колеса по результатам
расчёта являются малорасходными (Ф<0,045),
для малорасходных колёс
Двухступенчатая машина (вариант № 5-8) при сравнении с 3х ступенчатой машиной имеет значительное меньшее КПД, имеет большие радиальные габариты и окружные скорости вращения, что накладывает дополнительные требования к прочности рабочих колёс. Двухступенчатая машина имеет меньшие осевые габариты. Общие габариты двухступенчатой машины меньше и конструкция менее дорогостоящая, за счёт уменьшения числа ступеней (см. вариант №6). На основе вышеизложенного при сравнении совокупных параметров для дальнейшей работы по проектированию нагнетателя выбираем двухступенчатую схему центробежного компрессора.
Ниже, для определения варианта с наибольшим КПД, проводились вариантные расчёты выбранной двухступенчатой схемы с БЛД, где изменялись параметры:
***** Compressor parameters ******
Mass flow,
Outlet pressure, Pout= 122.449 Atm (1.2000E+07 Pa)
Inlet pressure, Pin= 85.031 Atm (8.3330E+06 Pa)
Inlet temperature, Tin= 288.00 K
***** Gas parameters ******
Isentropic coefficient k= 1.4440
Gas constant,
Dynamic viscosity coefficient, muu= 1.3066E-05 n*s/m^2
*** Variant # 14 ***
Уменьшение втулочного отношения (Dhb).
Amount of rotors, nr=1
Amount of stages on rotor #1, nst=2
+---+------+------+------+----
| # | Type | F | Mu | PSIt | Reu | U2 | D2 | ETA | Tin | Tout |
+---+------+------+------+----
|Rotor # 1 n=5000. Dhb=0.25
| 1 |2D+VLD|0.0475|0.5041|0.6000|
8.940E+08|231.41|0.8839|0.
| 2 |2D+VLD|0.0420|0.4876|0.5800| 1.010E+09|231.41|0.8839|0.
+---+------+------+------+----
Polytropic Efficiency, ETAp=0.879
Power consumption, Nc=24772.45 kW
*** Variant # 15 ***
Увеличение втулочного отношения (Dhb).
Amount of rotors, nr=1
Amount of stages on rotor #1, nst=2
+---+------+------+------+----
| # | Type | F | Mu | PSIt | Reu | U2 | D2 | ETA | Tin | Tout |
+---+------+------+------+----
|Rotor # 1 n=5000. Dhb=0.35
| 1 |2D+VLD|0.0471|0.5061|0.6000| 8.990E+08|232.31|0.8871|0.
| 2 |2D+VLD|0.0416|0.4895|0.5800| 1.070E+09|232.31|0.8871|0.
+---+------+------+------+----
Polytropic Efficiency, ETAp=0.872
Power consumption, Nc=24885.45 kW
*** Variant # 16 ***
Amount of rotors, nr=1
Amount of stages on rotor #1, nst=2
+---+------+------+------+----
| # | Type | F | Mu | PSIt | Reu | U2 | D2 | ETA | Tin | Tout |
+---+------+------+------+----
|Rotor # 1 n=5010.37 Dhb=0.3
| 1 |2D+VLD|0.0472|0.5056|0.6000| 8.970E+08|232.12|0.8848|0.
| 2 |2D+VLD|0.0417|0.4889|0.5800| 1.020E+09|232.12|0.8848|0.
+---+------+------+------+----
Polytropic Efficiency, ETAp=0.876
Power consumption, Nc=24942.29 kW
*** Variant # 17 ***
Изменение окружной скорости (U2).
Amount of rotors, nr=1
Amount of stages on rotor #1, nst=2
+---+------+------+------+----
| # | Type | F | Mu | PSIt | Reu | U2 | D2 | ETA | Tin | Tout |
+---+------+------+------+----
|Rotor # 1 n=5000. Dhb=0.3
| 1 |2D+VLD|0.0439|0.5174|0.6000|
9.420E+08|237.56|0.9074|0.
| 2 |2D+VLD|0.0450|0.4746|0.5800| 9.670E+08|225.68|0.8620|0.
+---+------+------+------+----
Polytropic Efficiency, ETAp=0.877
Power consumption, Nc=24855.67 kW
*** Variant # 18 ***
Уменьшение коэффициента напора yт (PSIt).
Amount of rotors, nr=1
Amount of stages on rotor #1, nst=2
+---+------+------+------+----
| # | Type | F | Mu | PSIt | Reu | U2 | D2 | ETA | Tin | Tout |
+---+------+------+------+----
|Rotor # 1 n=5000. Dhb=0.3
| 1 |2D+VLD|0.0427|0.5223|0.5500| 9.590E+08|239.77|0.9158|0.
| 2 |2D+VLD|0.0378|0.5053|0.5300| 1.080E+09|239.77|0.9158|0.
+---+------+------+------+----
Polytropic Efficiency, ETAp=0.877
Power consumption, Nc=24496.48 kW
*** Variant # 19 ***
Увеличение коэффициента напора yт (PSIt).
Amount of rotors, nr=1
Amount of stages on rotor #1, nst=2
+---+------+------+------+----
| # | Type | F | Mu | PSIt | Reu | U2 | D2 | ETA | Tin | Tout |
+---+------+------+------+----
|Rotor # 1 n=5000. Dhb=0.3
| 1 |2D+VLD|0.0513|0.4914|0.6500| 8.490E+08|225.60|0.8617|0.
| 2 |2D+VLD|0.0452|0.4749|0.6000| 9.630E+08|225.60|0.8617|0.
+---+------+------+------+----
Polytropic Efficiency, ETAp=0.875
Power consumption, Nc=24898.25 kW
Выбран вариант № 16 с наилучшим сочетанием параметров.
3.3. Оптимизационный расчет
выбранного варианта проточной части компрессора
Оптимизационный расчёт выбранного варианта проточной части компрессора осуществляется при помощи программного комплекса Метода универсального моделирования, разработанного на кафедре КВХТ под руководством Ю.Б.Галёркина.
Сравним характеристики
двухступенчатой схемы при
1. Радиальное колесо и лопаточный диффузор;
2. Радиальное колесо и безлопаточный диффузор;
3. Осерадиальное колесо и безлопаточный диффузор.
Ниже приведена таблицы, в которых приведены данные расчетов.
Вариант 1 (2D+VD)
***** Input data *****
***** Compressor parameters ******
Mass flow, m= 385.00 kg/s
Outlet pressure, Pout= 122.449 Atm (1.2000E+07 Pa)
Inlet pressure, Pin= 85.031 Atm (8.3330E+06 Pa)
Inlet temperature, Tin= 288.00 K
***** Gas parameters ******
Isentropic coefficient k= 1.4440
Gas constant,
Dynamic viscosity coefficient, muu= 1.3066E-05 n*s/m^2
*** Variant # 1 ***
Amount of rotors, nr=1
Amount of stages on rotor #1, nst=2
+---+------+------+------+----
| # | Type | F | Mu | PSIt | Reu | U2 | D2 | ETA | Tin | Tout |
+---+------+------+------+----
|Rotor # 1 n=5010.37 Dhb=0.3
| 1 |2D+VD |0.0472|0.5056|0.6000|
8.970E+08|232.12|0.8848|0.
| 2 |2D+VD |0.0417|0.4889|0.5800|
1.020E+09|232.12|0.8848|0.
+---+------+------+------+----
Polytropic Efficiency, ETAp=0.876
Power consumption, Nc=24942.29 kW
Stage # 1
**** Input data ****
F = .472E-01
PSIt = .600E+00
Mu = .506E+00
K = .144E+01
Reu = .897E+09
Dhb = .300E+00
DELim = .150E-01
DELvd = .150E-01
DELrch = .200E-01
Kp = .450E+00
Stage exit - RCh
Impeller - 2D
Diffuser - VD
**** Optimization parameters *****
Kf = .100E+01-
Kd = .100E+01-
Ad = .960E+00-
AL2 = .160E+02-
DWim = .296E+00-
DCvd = .205E+00-
DCrch = .405E+00-
DAL34 = .100E+02-
B3/B2 = .100E+01-
D3 = .115E+01-
D4 = .150E+01-
B5/B6 = .700E+00-
B66 = .100E+01-
I5 = .000E+00-
******* Calculation rezults ********
+------------------+----------
| Impeller | Diffuser | Return channel |
+------------------+----------
| Stage's geometry parameters |
| D1= .514E+00 | D3= .115E+01 | D5= .150E+01 |
| D0= .514E+00 | D4= .150E+01 | D6= .514E+00 |
| B1= .846E-01 | B3= .629E-01 | B5= .681E-01 |
| B2= .629E-01 | B4= .629E-01 | B6= .973E-01 |
| BT1'= .341E+02 | AL3'= .177E+02 | AL5'= .303E+02 |
| BT2'= .252E+02 | AL4'= .277E+02 | AL6'= .900E+02 |
| Zim= .170E+02 | Zvd= .160E+02 | Zrch= .140E+02 |
| WT= .713E+00 | Cd= .447E+00 | Crch= .985E+00 |
| BTbl1= .303E+02 | ALbl3= .169E+02 | ALbl5= .257E+02 |
| BTbl2= .420E+02 | ALbl4= .307E+02 | ALbl6= .900E+02 |
| Rblim= .615E+00 | Rblvd= .123E+01 | Rbrch= .367E+00 |
| flow rates in control planes |
| F0= .271E+00 | F2= .172E+00 | F4= .111E+00 |
| F1= .271E+00 | F3= .150E+00 | F5= .106E+00 |
| F1'= .347E+00 | F3'= .167E+00 | F5'= .117E+00 |
| F2'= .188E+00 | F4'= .114E+00 | F6'= .229E+00 |
| efficiency losses in elements |