Проектирование линейного центробежного нагнетателя природного газа мощностью 25 МВт

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 16 Февраля 2013 в 16:28, дипломная работа

Краткое описание

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.

Содержание работы

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

Скачать целиком (1.89 Мб) Сколько стоит заказать работу?
Содержимое работы - 1 файл

Черный.doc

— 2.75 Мб (Скачать файл)

  |    | 2 | 1.020E+07| 1.155E+07| 1.219E+07| 3.099E+02| 3.243E+02| 3.315E+02|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  | 40 | 1 | 8.333E+06| 9.529E+06| 1.010E+07| 2.880E+02| 3.018E+02| 3.089E+02|

  |    | 2 | 1.017E+07| 1.150E+07| 1.208E+07| 3.089E+02| 3.227E+02| 3.292E+02|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  | 60 | 1 | 8.333E+06| 9.491E+06| 1.001E+07| 2.880E+02| 3.012E+02| 3.078E+02|

  |    | 2 | 1.009E+07| 1.138E+07| 1.189E+07| 3.078E+02| 3.210E+02| 3.269E+02|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  | 80 | 1 | 8.333E+06| 9.430E+06| 9.881E+06| 2.880E+02| 3.006E+02| 3.068E+02|

  |    | 2 | 9.979E+06| 1.120E+07| 1.162E+07| 3.068E+02| 3.193E+02| 3.246E+02|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  |100 | 1 | 8.333E+06| 9.362E+06| 9.750E+06| 2.880E+02| 2.999E+02| 3.057E+02|

  |    | 2 | 9.865E+06| 1.100E+07| 1.133E+07| 3.057E+02| 3.175E+02| 3.223E+02|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  |120 | 1 | 8.333E+06| 9.287E+06| 9.616E+06| 2.880E+02| 2.992E+02| 3.047E+02|

  |    | 2 | 9.748E+06| 1.078E+07| 1.103E+07| 3.047E+02| 3.157E+02| 3.200E+02|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  |140 | 1 | 8.333E+06| 9.203E+06| 9.477E+06| 2.880E+02| 2.984E+02| 3.036E+02|

  |    | 2 | 9.626E+06| 1.055E+07| 1.072E+07| 3.036E+02| 3.137E+02| 3.176E+02|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  |160 | 1 | 8.333E+06| 9.113E+06| 9.336E+06| 2.880E+02| 2.976E+02| 3.026E+02|

  |    | 2 | 9.499E+06| 1.029E+07| 1.039E+07| 3.026E+02| 3.117E+02| 3.152E+02|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  |180 | 1 | 8.333E+06| 9.015E+06| 9.192E+06| 2.880E+02| 2.967E+02| 3.016E+02|

  |    | 2 | 9.366E+06| 1.001E+07| 1.006E+07| 3.016E+02| 3.095E+02| 3.128E+02|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  |200 | 1 | 8.333E+06| 8.909E+06| 9.050E+06| 2.880E+02| 2.957E+02| 3.006E+02|

  |    | 2 | 9.225E+06| 9.714E+06| 9.726E+06| 3.006E+02| 3.072E+02| 3.103E+02|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

 

  Table 2 - Another parameters

  +--------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  |    #   |V(m^3/min)|    F     |    ETA   |    PSIi  |    Mu    |    Reu   |

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  |  1 | 1 | 2.870E+02| 3.359E-02| 8.136E-01| 7.058E-01| 5.045E-01| 8.955E+08|

  |    | 2 | 2.529E+02| 2.960E-02| 8.008E-01| 6.966E-01| 4.855E-01| 1.016E+09|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  | 20 | 1 | 3.274E+02| 3.831E-02| 8.478E-01| 6.741E-01| 5.045E-01| 8.955E+08|

  |    | 2 | 2.878E+02| 3.368E-02| 8.307E-01| 6.620E-01| 4.864E-01| 1.019E+09|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  | 40 | 1 | 3.699E+02| 4.329E-02| 8.744E-01| 6.412E-01| 5.045E-01| 8.955E+08|

  |    | 2 | 3.252E+02| 3.805E-02| 8.562E-01| 6.254E-01| 4.872E-01| 1.019E+09|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  | 60 | 1 | 4.125E+02| 4.826E-02| 8.834E-01| 6.087E-01| 5.045E-01| 8.955E+08|

  |    | 2 | 3.641E+02| 4.261E-02| 8.702E-01| 5.878E-01| 4.880E-01| 1.014E+09|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  | 80 | 1 | 4.550E+02| 5.324E-02| 8.779E-01| 5.764E-01| 5.045E-01| 8.955E+08|

  |    | 2 | 4.047E+02| 4.736E-02| 8.703E-01| 5.489E-01| 4.889E-01| 1.007E+09|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  |100 | 1 | 4.975E+02| 5.822E-02| 8.690E-01| 5.444E-01| 5.045E-01| 8.955E+08|

  |    | 2 | 4.461E+02| 5.220E-02| 8.652E-01| 5.095E-01| 4.897E-01| 9.987E+08|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  |120 | 1 | 5.400E+02| 6.319E-02| 8.564E-01| 5.124E-01| 5.045E-01| 8.955E+08|

  |    | 2 | 4.884E+02| 5.715E-02| 8.542E-01| 4.694E-01| 4.905E-01| 9.902E+08|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  |140 | 1 | 5.825E+02| 6.817E-02| 8.383E-01| 4.806E-01| 5.045E-01| 8.955E+08|

  |    | 2 | 5.317E+02| 6.222E-02| 8.345E-01| 4.286E-01| 4.914E-01| 9.811E+08|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  |160 | 1 | 6.251E+02| 7.314E-02| 8.138E-01| 4.489E-01| 5.045E-01| 8.955E+08|

  |    | 2 | 5.761E+02| 6.742E-02| 8.001E-01| 3.868E-01| 4.922E-01| 9.715E+08|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  |180 | 1 | 6.676E+02| 7.812E-02| 7.800E-01| 4.172E-01| 5.045E-01| 8.955E+08|

  |    | 2 | 6.219E+02| 7.278E-02| 7.471E-01| 3.439E-01| 4.931E-01| 9.612E+08|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

  |200 | 1 | 7.101E+02| 8.309E-02| 7.326E-01| 3.856E-01| 5.045E-01| 8.955E+08|

  |    | 2 | 6.694E+02| 7.833E-02| 6.686E-01| 2.995E-01| 4.939E-01| 9.499E+08|

  +----+---+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

 

 

 

Результаты  газодинамического расчета приведены  на рис. 4.1,4.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4.1 График зависимости давления и температуры на выходе от коэффициента расхода.

Рис.4.2 График зависимости КПД и коэффициента напора от коэффициента расхода.

 

 

5. Профилирование лопаток рабочего колеса.

 

Профиль лопатки  первого и второго рабочих  колес получен с помощью программы расчета невязкого квазитрехмерного потока 3DM.023, разработанной на кафедре КВХТ.

 

Программа 3DM

Программа  расчета  невязкого квазитрехмерного потока 3ДМ.023 используется в практике проектирования для качественной оптимизации рабочих  колес путем анализа диаграмм поверхностных скоростей и корректировки формы лопаток. Коэффициент теоретического напора на расчетном режиме определяется с учетом средней нагрузки лопаток, характера ее распределения и эмпирических коэффициентов.

 

5.1.Профиль лопатки рабочего колеса первой ступени.

 

1. Средняя линия лопатки рабочего колеса выполнена по радиусу.

На рис 5.1 представлен эскиз лопаточного аппарата РК из программы 3DM.023

Рис. 5.1 Профиль лопатки по радиусу.

На рис. 5.2 представлено распределение относительных скоростей по передней и задней поверхностям лопатки РК для лопатки, выполненной по радиусу.

Рис. 5.2 Распределение скоростей.

 

Из рис. 5.2 видно, что на начальном участке лопатки существует большая нагрузка, а так же межлопаточный канал имеет существенную диффузорность на начальном участке, что выражается в резком падении относительной скорости потока на задней поверхности лопатки РК. Такая диффузорность канала является причиной образования срыва потока уже на его начальном участке, что вызывает уменьшение эффективного сечения канала и развитие обширной области следа (см. рис. 5.3). Вследствие этого существенно возрастают потери в рабочем колесе. Таким образом профилирование средней линии лопатки рабочего колеса будем осуществлять методом сопряжённых парабол с коэффициентами A и B.

 

Рис. 5.3 Схема потока в межлопаточном канале РК

 

2. Средняя  линия лопатки рабочего колеса  выполнена по сопряжённым параболам.

На рис 5.4 представлен эскиз лопаточного аппарата РК из программы 3DM.023

Рис. 5.4 Профиль лопатки по сопряженным параболам.

 

Рис.5.5 Меридиональное распределение скоростей.

 

Рис.5.6 Распределение скоростей.

. 

=================== PACЧET OБTEKAHИЯ PEШETKИ  1ЛOПATOЧHOГO AППAPATA  1  ====================

 

 

AS=     .291896     Длина  обвода профиля: L=BS=     .581254

 

 

                    Расчетные координаты профиля в расчетной системе

 

  I      X            Y           S1           S2           I      X           Y           S1          S2

 

   1    -.000349    -.175473     .000519     .000893       29     .234854    -.010874     .292411     .503068

   2     .000324    -.173432     .002729     .004694       30     .234217    -.012939     .294601     .506836

   3     .002565    -.170183     .006676     .011485       31     .231537    -.015761     .298513     .513568

   4     .006042    -.165748     .012313     .021184       32     .227221    -.019312     .304102     .523182

   5     .010994    -.160445     .019573     .033673       33     .221519    -.023704     .311298     .535563

   6     .017522    -.154555     .028366     .048802       34     .214414    -.028750     .320015     .550560

   7     .025285    -.147907     .038587     .066386       35     .205800    -.034078     .330148     .567992

   8     .034213    -.140620     .050111     .086212       36     .196031    -.040000     .341571     .587645

   9     .044202    -.132799     .062798     .108040       37     .185323    -.046598     .354148     .609283

  10     .055119    -.124528     .076495     .131604       38     .173808    -.053791     .367726     .632642

  11     .066789    -.115855     .091035     .156618       39     .161660    -.061548     .382139     .657439

  12     .079051    -.106862     .106241     .182779       40     .149039    -.069791     .397213     .683373

  13     .091730    -.097623     .121929     .209769       41     .136090    -.078403     .412765     .710128

  14     .104668    -.088244     .137909     .237261       42     .122976    -.087289     .428606     .737382

  15     .117720    -.078855     .153987     .264921       43     .109822    -.096288     .444544     .764801

  16     .130737    -.069587     .169967     .292414       44     .096795    -.105302     .460385     .792054

  17     .143584    -.060583     .185655     .319404       45     .084028    -.114182     .475937     .818810

  18     .156106    -.051956    .200861     .345565       46     .071690    -.122842     .491011     .844744

  19     .168157    -.043822     .215401     .370579       47     .059946    -.131198     .505424     .869541

  20     .179584    -.036271     .229097     .394143       48     .048965    -.139184     .519002     .892900

  21     .190209    -.029335     .241785     .415971       49     .038908    -.146735     .531579     .914538

  22     .200210    -.023609     .253309     .435797       50     .029921    -.153787     .543002     .934191

  23     .209245    -.018837     .263530     .453381       51     .022100    -.160228     .553135     .951623

  24     .217131    -.014950     .272323     .468509       52     .015521    -.165947     .561851     .966619

  25     .223724    -.011910     .279583     .480999       53     .010125    -.170709     .569048     .979001

  26     .228895    -.009663     .285220     .490698       54     .005634    -.174029     .574636     .988615

  27     .232712    -.008868     .289167     .497488       55     .002319    -.176106     .578549     .995346

  28     .234580    -.009901     .291377     .501289       56     .000230    -.176293     .580739     .999114

 

5.2 Профиль лопатки рабочего колеса второй ступени.

1. Средняя  линия лопатки рабочего колеса  выполнена по радиусу.

На рис 5.7 представлен эскиз лопаточного аппарата РК из программы 3DM.023

Рис. 5.7 Профиль лопатки по радиусу.

На рис. 5.8 представлено распределение относительных скоростей по передней и задней поверхностям лопатки РК для лопатки, выполненной по радиусу.

Рис. 5.8 Распределение скоростей в колесе.

2. Средняя  линия лопатки рабочего колеса  выполнена по сопряжённым параболам.

На рис 5.9 представлен эскиз лопаточного аппарата РК из программы 3DM.023

Рис. 5.9 Профиль лопатки.

Рис.5.10 Меридиональное распределение скоростей.

 

Рис.5.11 Распределение скоростей в колесе.

 

 

На основе сопоставления  картин распределения скоростей  по поверхности лопаток для средней линии, выполненной по радиусу (рис. 5.2 и 5.8) и по сопряженным параболам (рис. 5.6 и 5.11), выбираем профиль лопатки, полученный методом сопряженных парабол.

 

 

=================== PACЧET OБTEKAHИЯ PEШETKИ  1ЛOПATOЧHOГO AППAPATA  1  ====================

 

 

AS=     .329292     Длина  обвода профиля: L=BS=     .657256

 

 

                    Расчетные координаты профиля  в расчетной системе

 

  I      X            Y           S1           S2           I      X           Y           S1          S2

 

   1    -.000124    -.175478     .000586     .000891       29     .277610    -.005893     .329876     .501899

   2     .001278    -.173471     .003078     .004683       30     .276655    -.008154     .332358     .505676

   3     .004613    -.170522     .007531     .011458       31     .273404    -.011142     .336793     .512423

   4     .009537    -.166498     .013891     .021134       32     .268329    -.014934     .343127     .522060

   5     .016143    -.161657     .022080     .033595       33     .261645    -.019611     .351284     .534470

   6     .024418    -.156188     .032000     .048688       34     .253346    -.024966     .361164     .549502

   7     .034072    -.149884     .043531     .066231       35     .243334    -.030586     .372648     .566975

   8     .044965    -.142788     .056531     .086011       36     .232081    -.036987     .385595     .586674

   9     .056971    -.134997     .070844     .107788       37     .219892    -.044379     .399850     .608364

  10     .069940    -.126596     .086295     .131296       38     .206728    -.052350     .415240     .631778

  11     .083716    -.117694     .102698     .156252       39     .192763    -.060826     .431576     .656633

  12     .098136    -.108402     .119852     .182352       40     .178167    -.069706     .448661     .682628

  13     .113018    -.098823     .137550     .209280       41     .163109    -.078870     .466288     .709446

  14     .128186    -.089081     .155578     .236708       42     .147788    -.088230     .484242     .736763

  15     .143448    -.079281     .173715     .264303       43     .132378    -.097656     .502306     .764248

  16     .158627    -.069555     .191742     .291731       44     .117076    -.107049     .520261     .791565

  17     .173520    -.059995     .209440     .318659       45     .102068    -.116292     .537887     .818383

  18     .187963    -.050738     .226595     .344759       46     .087532    -.125271     .554973     .844378

  19     .201765    -.041875     .242997     .369715       47     .073651    -.133884     .571309     .869233

  20     .214772    -.033536     .258448     .393224       48     .060586    -.142016     .586698     .892648

  21     .226809    -.025792     .272761     .415000       49     .048499    -.149574     .600953     .914337

  22     .238227    -.019584     .285762     .434780       50     .037531    -.156455     .613901     .934036

  23     .248566    -.014486     .297292     .452323       51     .027816    -.162578     .625385     .951509

  24     .257572    -.010330     .307212     .467416       52     .019442    -.167821     .635265     .966541

  25     .265088    -.007076     .315402     .479877       53     .012395    -.171927     .643421     .978951

  26     .270975    -.004671     .321762     .489553       54     .006712    -.174721     .649755     .988588

  27     .275274    -.003672     .326214     .496328       55     .002640    -.176476     .654190     .995335

  28     .277395    -.004779     .328707     .500120       56     .000250    -.176516     .656672     .999112

 

 

6. Расчет камер компрессора.

 

Подводящие и отводящие элементы ступени компрессора связывают ступень компрессора с всасывающими и нагнетательными трубопроводами, и выносными холодильниками, которые имеются у компрессоров с промежуточным охлаждением.

Основное назначение этих элементов — подвод и отвод  газа с наименьшими потерями. Также они служат для создания требуемых скоростей потока по величине и направлению перед первой ступенью, и для преобразования части кинетической энергии в энергию давления после ступени турбокомпрессора.

Основные требования, предъявляемые к подводящим и  отводящим элементам ступени компрессора:

    • минимальные потери
    • равномерное распределение скоростей на входе в ступень
    • равномерное поле давлений и скоростей на выходе
    • минимальные осевые и радиальные размеры
    • технологичность конструкции

Информация о работе Проектирование линейного центробежного нагнетателя природного газа мощностью 25 МВт