1590

Модернизация центробежного нагнетателя ЦН-235-21-1 газоперекачивающего агрегата ГПА-10-01 (дипломный проект)

ID: 245987
Дата закачки: 07 Августа 2024
Продавец: Shloma (Напишите, если есть вопросы)
    Посмотреть другие работы этого продавца

Тип работы: Диплом и связанное с ним
Форматы файлов: КОМПАС, Microsoft Word

Описание:
Выпускная квалификационная работа (ВКР) представлена в виде пояснительной записки и графического материала. Пояснительная записка выполнена на 139 страницах текста, включает 30 рисунков, 26 таблиц, список литературы, приложение. Графическая часть выполнена на 12 листах формата А1.



НАГНЕТАТЕЛЬ, ПОДШИПНИК, УПЛОТНЕНИЕ, ТЕМПЕРАТУРА, ДАВЛЕНИЕ, ПРИРОДНЫЙ ГАЗ.

Основными вопросами, рассмотренными в данной работе, являются:
Модернизация центробежного нагнетателя 235-21-1 ГПА-10-01, замена масляных торцевых уплотнений на сухие газодинамические и замена опорных вкладышей на опорные подшипники с самоустанавливающими вкладышами.

Выполнены газодинамический и прочностные расчёты. Рассмотрены вопросы экономического обоснования проекта, вопросы автоматического регулирования и защиты. Также в работе полно рассмотрены вопросы охраны труда и защиты окружающей среды.




Целью модернизации было, замена масляных торцевых уплотнений на сухие газодинамические и замена опорных вкладышей на опорные подшипники с самоустанавливающими колодками. Применение сухих газодинамических уплотнений позволило устранить сложную не надежную пожароопасную систему гидравлических уплотнений, существенно снизить потери мощности на трение, исключить загрязнение газа маслом, предотвратить потерю масла, которое уносилось раньше вместе с газом.
Подшипники с самоустанавливающими колодками, которые установлены вместо цилиндрических, являются виброустойчивыми и гарантируют надежную работу нагнетателя.
Проработаны разделы: экономики, автоматизации, БЖД, технологии.





Содержание
  
 Введение
1. Устройство и принцип работы ГПА-10-01 и его составных частей…
1.2. Устройство агрегата...
1.3. Описание конструкции нагнетателя.
2. Термогазодинамический расчет..
2.1. Подготовка исходных данных
2.2. Расчет рабочих колес
2.3. Расчет лопаточного диффузора..
2.4. Расчет поворотного колена и обратно - направляющего аппарата
2.5. Расчет кольцевой камеры
2.6. Расчет нагнетательного патрубка и параметров газа в конечном сечении..
2.7. Расчет мощности сжатия и КПД компрессора...
2.8. Параметры газа в характерных сечениях..
3. Расчет и уравновешивание осевой силы, действующей на ротор...
3.1. Расчет осевых сил, действующих на РК
3.2. Расчет уравновешивающего устройства (думмиса).
4.  Расчет упорного подшипника с самоустанавливающими вкладышами.
5. Расчет дисков РК на прочность...
5.1. Расчет основного диска на прочность...
5.2. Расчет на прочность покрывного диска..
6. Расчет и описание концевых уплотнений.
6.1. Преимущества сухих газовых уплотнений...
6.2. Описание конструкции и принципа действия СГУ.
6.3. Расчет СГУ.
7. Расчет критических частот ротора...
8. Технология компрессоростроения
8.1. Инструкция по сборке, эксплуатации и обслуживанию тандемного уплотнения на нагнетателе НЦ 235-21-1..
9. Раздел автоматики
10. Экономическое обоснование проекта..
11. Обеспечение производственной и экологической безопасности .
11.1. Характеристика производственной, промышленной и экологической опасности нагнетателя НЦ-235-21-1
11.2. Технические и технологические решения, обеспечивающие производственную, промышленную и экологическую безопасность эксплуатации установки.
11.3. Обеспечение электробезопасности..
11.4. 
Производственная санитария и гигиена труда 
11.5. Противопожарная профилактика.
 Заключение..
 Список графического материала..
 Список использованной литературы...
Приложение......


1. Устройство и принцип работы
ГПА-10-01 и его составных частей















1. Устройство и принцип работы ГПА-10-01 и его составных частей

1.1. Устройство агрегата
Газоперекачивающий агрегат состоит из функционально завершенных транспортабельных блоков полной заводской готовности, смонтированных на компрессорной станции у заказчика. Каждый блок имеет свой номер, нанесенный краской на стенке блока, согласно сборочному чертежу блока.
Газоперекачивающий агрегат ГПА 10-01 состоит:
1. Газотурбинного двигателя ДР 59 Л;
2. Центробежного нагнетателя НЦ-235-21-01.
3. Блока агрегатов;
4. Газоотвода.
Двигатель, блок агрегатов и газоотвод крепятся на общей раме. Нагнетатель крепится на отдельном фундаменте.
Камера сгорания турбины и газоотвод двигателя закрыты кожухом.
Газотурбинный двигатель состоит из компрессора низкого давления, компрессора высокого давления, камеры сгорания, турбины высокого давления, турбины низкого давления и турбины нагнетателя.
Сжигание природного газа осуществляется в камере сгорания трубчато-кольцевого типа, состоящей из десяти жаровых труб, рас-положенных вдоль оси двигателя и заключенных в общем корпусе.
Компрессор низкого давления и блок агрегатов приводятся во вра-щение турбиной низкого давления, компрессор высокого давления - турбиной высокого давления.
Компрессоры и приводящие их во вращение турбины образуют два кинематически меж собой не связанные каскада - каскад низкого и каскад высокого давления, которые вращается с различными часто¬тами вращения на каждом из режимов работы двигателя.
Турбина нагнетателя приводит во вращение нагнетатель и кинематически не связаны с каскадами низкого и высокого давления.
Конструкция газоперекачивающего агрегата обеспечивает размещение его в блоках-контейнерах блочной газоперекачивающем установки.
Газоперекачивающий агрегат приспособлен для подключения к систе¬ме дистанционного управления и централизованного контроля КС.

1.2. Принцип работы агрегата

При работе агрегата транспортируемый газ из магистрального газопровода через патрубок всасывающий попадает в проточную часть центро¬бежного нагнетателя, где происходит последовательное сжатие газа в двух ступе¬нях и далее через патрубок нагнетательный поступает в магистральный газопровод. Воздух в газотурбинный двигатель всасывается через входные окна осадко-задерживающих козырьков и поступает в полость блока очистки воздуха в блок карман¬ных фильтров, где проходит окончательную очистку, затем меняя направление - в блок шумоглушения и блок всасывания, где происходит поворот потока воздуха на 90° и начало формирования равномерного поля скоростей потока во входном коллекторе двигателя. Через лемнискату поток воздуха попадает во входной направляющий аппарат осевого компрессора двигателя ДР 59Л. Атмо¬сферный воздух, пройдя через входной направляющий аппарат, сжимается и по¬ступает в камеру сгорания, где делится на два потока - первичный и вторичный.
Воздух первичного потока, перемешиваясь с топливным газом, поступающим из блока топливного газа через форсунки участвует в процессе горения. Вторичный поток охлаждает стенки камеры сгорания и постоянно подмешивается к продуктам сгорания для поддержания необходимой температуры газа перед турбиной.
Из камеры сгорания горячие газы направляются на лопатки турбин. В турби¬нах тепловая энергия газового потока превращается в механическую энергию вращения ротора турбин. Мощность турбин расходуется на вращение роторов компрессора. Мощность, полученная на валу свободной турбины, расходу¬ется на привод нагнетателя газоперекачивающего агрегата. Механическая связь между свободной турбиной привода и ротором нагнетателя осуществляется через муфту. Расширившийся за свободной турбиной газ через выхлопную систему вы¬брасывается в атмосферу.
Для снижения уровня шума система всасывания и система выхлопа содержат эффективные элементы шумоглушения, а стенки контейнеров всех блоков выполнены из специальных панелей, заполненных звукопоглощающим материалом.
Работа нагнетателя происходит следующим образом. Транспортируемый газ из магистрального газопровода через блок кранов всасывания, трубопровод всасывающий и патрубок всасывающий попадает в проточную часть центробежного нагнетателя, где происходит последовательное сжатие газа в двух ступенях и далее газ через патрубок нагнетательный, трубопровод нагнетательный и блок кранов нагнетания поступает в магистральный газопровод.

1.3. Описание конструкции нагнетателя

Конструктивно нагнетатель НЦ-235-21-1 (см. ЦК 905.00.00.000 СБ) (корпус сжатия) состоит из:
- цилиндра;
- корпуса внутреннего с ротором (аэродинамический узел) ;
- крышек;
- подшипников радиального и радиально-осевого;
- уплотнений газодинамических;
- трубопроводов обвязки;
- крепежных деталей.
Ротор корпуса приводится во вращение со стороны всасывания. Направ¬ление вращения ротора - против хода часовой стрелки, если смотреть на корпус со стороны привода.

Нагнетатель НЦ-235-21-1 (корпус сжатия) представляет собой центробежную двухступенчатую машину, аэродинамический узел которой помещен в стальной литой цилиндр.
Корпус нагнетателя состоит из цилиндра, который закрывается крышкой. крышка крепится к цилиндру шпильками и гайками.
В кольцевой канавке крышки размещено резиновое уплотнительное кольцо, обеспечивающее надежную герметизацию вертикального разъема. В верхней части цилиндра выполнены приливы, на которых установлен аккумулятор масла. со стороны привода к дну цилиндра крепится кожух стыковой части, с противоположной стороны к крышке – корпус подшипника. На четырех опорных лапах цилиндра выполнены отверстия под шпильки, крепящие цилиндр к фундаменту.
В крышке имеются каналы подвода масла на торцевое уплотнение, слива протечек загазованного масла, слива масла с торцевых уплотнений, канал перепуска задуммисных протечек во всасывающий патрубок. На крышке смонтирован также патрубок, отбирающий чистый газ из центра сборной кольцевой камеры, и соответствующий канал для наддува этого газа в концевое уплотнение. Вышеуказанные каналы в крышке соединяются с соответствующими каналами пакета и герметизируются резиновыми кольцами, установленными в кольцевых каналах пакета.
В дне цилиндра имеется восемь отверстий, через которые специальными болтами с резиновыми уплотнительными кольцами пакет притягивается к торцевой поверхности цилиндра. Отверстия соединены между собой кольцевой канавкой, выполненной на торцевой поверхности пакета.
С наружной стороны дна цилиндра выфрезерован паз для установки шпонки. Фиксирующей положение пакета относительно цилиндра.
Кожух стыковой части. В кожух стыковой части входят следующие детали:
• сварно-литой кожух из двух половин;
• сварная перегородка из двух половин;
• сварная обойма из двух половин;
• плавающее кольцо.
Вал турбины соединяется с валом нагнетателя при помощи проставного вала и зубчатой муфты с бочкообразным зубом. Проставной вал имеет съемную часть, что позволяет без извлечения самого вала, снимать зубчатую втулку и разбирать торцевое уплотнение.
Сварно-литой кожух крепится вертикальным фланцем к цилиндру. Внутренним диаметром этот фланец плотно охватывает левую хвостовую часть пакета и тем самым достигается дополнительная жесткость опоры ротора. К кожуху присоединяется обойма, к которой в свою очередь крепится эластичная мембрана, разделяющая помещение нагнетателя от помещения турбины.
По внутреннему диаметру перегородки установлено плавающее кольцо. По внутренней поверхности кольца в его средней части выполнена кольцевая канавка, в которую через три радиальных отверстия в кольце подводится масло из системы низкого давления. Дополнительная жесткость опоры ротора
Корпус подшипника литой. Вертикальным фланцем корпус подшипника крепится к крышке корпуса нагнетателя и одновременно по внутренней расточке охватывает правую хвостовую часть пакета,
обеспечивая тем самым дополнительную жесткость опоры ротора. С другой стороны корпус подшипника имеет утолщение, расточка которого охватывает хвостовую часть пакета.
В нижней части корпуса расположены: слив масла, подвод масла на упорный подшипник. В верхней части корпуса имеется отвод на свечу.
Ротор имеет два рабочих колеса, расположенных между шейками вала. Рабочее колесо 1-й ступени насаживается на конический участок вала; 2-й ступени на цилиндрический. Оба колеса содержат цельнофрезерованный диск с лопатками, соединенный покрывающим диском с помощью сварки. Рабочие колеса насаживаются на вал с гарантированным натягом, исключающим их освобождение при рабочих оборотах ротора. Дополнительно рабочие колеса фиксируются на валу призматическими шпонками. В осевом направлении рабочее колесо 1-й ступени фиксируется гайкой и шайбой, 2-й ступени – разрезным кольцом и стяжным кольцом. Между рабочим колесом 1-й ступени и втулкой, а также между рабочим колесом 2-й ступени и думмисом, а также между думмисом и разрезным кольцом предусмотрены тепловые зазоры. Для уменьшения протечек газа на покрывающих колесах выполнены ступеньки, которые являются элементами лабиринтных уплотнений. Рабочие колеса до насадки их на вал проходят статическую балансировку, а ротор в собранном виде – динамическую.
На валу также установлены: диск упорного подшипника и втулка с диском реле осевого сдвига.
Думмис служит для уменьшения осевого усилия, действующего на ротор нагнетателя.
Подшипник опорный. В данном проекте нагнетателя установлены опорные подшипники с самоустанавливающими подушками.


В прежней конструкции НЗЛ были использованы подшипники цилиндрические. По сравнению с ними подшипники с самоустанавливающими подушками являются виброустойчивыми при любых частотах вращения. Число подушек 5. На рабочей поверхности подушки имеется баббитовый слой (марка Б-83). Каждая подушка самоустанавливается при вращении вала и поворачиваясь, образуя клиновидный зазор, в котором создается повышенное давление.
От смещения в окружном направлении, каждая подушка удерживается штифтом. Масло заполняет всю внутреннюю полость подшипника и постоянно прокачивается, сливаясь, через щелевые уплотнения колец, расположенных на торце.
Одно из колец, обращенное в сторону газовой полости нагнетателя, является плавающим, что позволяет уменьшить зазор и протечки масла в направлении сухого уплотнения. Для контроля за работой подшипника используются термосопротивления, установленные в верхней части корпуса.
Вкладыш упорный служит для восприятия осевых усилий, действующих на ротор нагнетателя и установки ротора в заданном осевом положении относительно неподвижных элементов машины. Вкладыш имеет две разъемные обоймы с колодками и выравнивающими устройствами, обеспечивающими равномерное прижатие колодок к диску упорному. Выравнивающее устройство представляет собой рычажную систему, сост. из балансиров, упоров и разъемного сепаратора. Половины сепаратора заведены в обоймы и стопорятся штифтами. Упорные колодки расположены в гнездах обойм и опираются на цилиндрические поверхности балансиров выравнивающего устройства. От выпадения при сборке колодки удерживаются проволочными стопорными кольцами. Сепараторы определяют взаимное расположение балансиров и колодок так, что касание балансира и колодки происходит по линии, смещенной от середины колодки в направлении вращения. Этим достигаются наилучшие условия для образования масляного клина между поверхностями колодок и диска упорного, возникающего при повороте колодок вокруг линии касания с балансирами при вращении диска.
Масло к вкладышу подводится в полость между обоймами через отверстие в пакете. Пройдя под колодками и между ними, масло входит в кольцевые полости между обоймами и валом и, далее через 8 отверстий в каждой обойме выходит в кольцевые проточки на наружной поверхности обойм. Из кольцевых проточек масло через дроссельные винты направляется в сливной коллектор. Частично масло выходит из вкладыша через зазоры под плавающими кольцами. Плавающие кольца предназначены для поддержания избыточного давления внутри вкладыша, необходимого для обеспечения неразрывности потока масла, поступающего под упорные колодки.
Уплотнения торцевые предназначены для предотвращения выхода газа из машины на концевых участках ротора. Нагнетатель снабжен двумя одинаковыми по конструкции уплотнениями, расположенными между проточной частью машины и подшипниками. Для герметизации мест выхода ротора из корпуса сжатия нагне¬тателя в крышки установлены газодинамические уплотнения.
В систему уплотнения входят:
- стойка системы уплотнения (система регулирования и контроля сухих уплотнении);
- трубопроводы отбора и подвода уплотняющего газа;
- трубопроводы отвода утечек из сухих уплотнений;
- трубопроводы отвода утечек на свечу.
Очищенный уплотняющий газ в нагнетателе перед уплотнением распре¬деляется следующим образом. Значительно большая его часть возвращается через лабиринт в проточную часть компрессора, и тем самым запирает загрязненный газ в проточной части компрессора. Меньшая часть газа (утечки) проходит через первую (внутреннюю) ступень уплотнения и выходит из камеры в блок утечек. Эти утечки в среднем составляют около 1,2 нм3/ч и могут меняться в зависимости от изменения режима работы нагнетателя.
Пакет. Ротор вместе с подшипниками, торцевыми и лабиринтными уплотнениями, диффузорами, ОНА и внутренними корпусами объединены в общий пакет. Пакет сост. из трех основных частей:
• всасывающей;
• средней (диффузоры I и II ступеней и ОНА);
• нагнетательной.
Всасывающая часть корпуса пакета состоит из стакана левого и диска с ребрами.








6 Расчет и описание концевых уплотнений
6.1. Преимущества сухих газовых уплотнений.
Для герметизации валов нагнетателей применяют уплотнения, использующие в качестве разделительной среды масло (уплотнения с плавающими кольцами, торцевые масляные уплотнения). Наиболее характерными недостатками таких уплотнений являются:
- довольно сложная, громоздкая и, как следствие, недостаточно надежная система обеспечения, которая повышает вероятность отказа и увеличивает стоимость ремонта и обслуживания;
- высокое энергопотребление масляной системы уплотнения за счет
функционирования маслонасосов высокого давления и довольно большие мощности трения в уплотнениях;
- наличие масла высокого давления является потенциальным пожароопасным фактором и, кроме того, снижает общую экологическую чистоту производства;
- загрязнение маслом перекачиваемого газа, причем с увеличением износа уплотнений, загрязнение увеличивается.
Наилучшим путем решения этих проблем является использование сухих газовых уплотнений, которые работают на том же газе, который перекачивает нагнетатель. К преимуществам этой системы следует отнести:
- прекращение загрязнения сжимаемого газа маслом.
Замасливание проточной части нагнетателя, теплообменников и трубопроводов является весьма нежелательным для технологических процессов. Так, в результате загрязнения газа маслом, пропускная способность газопровода снижается на 1-2%;
- существенно уменьшается в 10 и более раз потери мощности на трение в уплотнении. Эффект от применения сухих уплотнений усиливаются в нагнетателях с газотурбинным приводом, так как при снижении потребляемой нагнетателем мощности на 1% расход топлива на газовой турбине уменьшается на несколько процентов;
- ресурс сухого уплотнения рассчитан на весь срок работы нагнетателя;
- обслуживание сухих уплотнений минимальное (один раз в 1-3 года) и предусматривается визуальный осмотр и замена при необходимости фильтрующих элементов и колец уплотнений.
При производстве нового газоперекачивающего агрегата с сухими
уплотнениями его цена не превышает цены нагнетателя с масляными уплотнениями при существенных преимуществах их использования.

6.2. Описание конструкции и принципа действия
В настоящее время из газодинамических уплотнений наибольшее распространение получили торцевые уплотнения со спиральными канавками. Они используются в широком диапазоне изменения рабочих скоростей вращения роторов, температур и давлений, а также при сжатии в компрессорах различных газов от водорода до водяного пара, от температуры -150º С до температуры +300º С, при давлениях и скоростях, превышающих 16,0 МПа и 40000 об/мин. Наиболее широкое применение такие уплотнения находят в центробежных нагнетателях природного газа для магистральных газопроводов благодаря следующим преимуществам:
1. Резко снижаются утечки рабочего газа и расход затворного газа на уплотнение за счет малых зазоров между вращающимися и неподвижными поверхностями уплотнения.
2. Из-за малой вязкости газа по сравнению с маслом и гарантированного зазора между поверхностями трения резко снижаются потери мощности на трение (в 10 и более раз).
3. Исключается сложная и дорогостоящая масляная система уплотнений (маслобаки, насосы, охладители, фильтры, регулирующая и запорная арматура и т.д.), что, в свою очередь, ведет к существенной экономии эксплуатационных и ремонтных расходов, снижению массогабаритных показателей компрессора.
Обслуживание системы газодинамических уплотнений производится раз в 1-3 года и предусматривает в основном визуальный осмотр и замену при необходимости фильтрующих элементов системы подвода газа в камеры уплотнений. Поэтому затраты на обслуживание системы масляных уплотнений значительно больше.
4. В связи с отсутствием масла в сжимаемом газе обеспечивается высокое качество вырабатываемого продукта, а также снижаются затраты на очистку газовых трубопроводов.
5. Обеспечивается ресурс работы уплотнения на весь срок службы.

Однако следует иметь в виду, что торцовые уплотнения со спиральными канавками чувствительны к осевым и радиальным колебаниям ротора, температурным и силовым деформациям уплотнительных колец. Они изготавливаются с очень высокой точностью, имеют сложную конструкцию, а также требуют тонкую очистку газа, проходящего через торцевой зазор. Поэтому создание работоспособного уплотнения со спиральными канавками возможно только при правильном выборе методик расчета основных характеристик, материалов пар трения, конструировании, высокой технологии изготовления и тщательной сборке в компрессоре.
В данном проекте использованы торцевые сухие газодинамические тандемные уплотнения со спиральными канавками. Это уплотнение состоит из двух последовательно установленных уплотнительных модулей – первый воспринимает весь перепад давления, а второй является резервным для обеспечения безопасности.





Рассмотрим конструкцию уплотнения (рисунок 24). Торцовая уплотнительная щель образуется между упорным диском со спиральными канавками 1 и графитовым кольцом 2, неподвижным в окружном направлении и подвижным в осевом. Кольцо 2 через кольцо упорное 5 поджимается пружиной 4 к диску 1, что обеспечивает плотное закрепление уплотнения во время отключения (останова) компрессора и, тем самым, устраняются утечки газа. Область высокого давления отделяется резиновым уплотнительным кольцом 3 «О» образного сечения, которое не препятствует осевой подвижности кольца 2.
Уплотнение имеет два корпуса: внутренний 10 и внешний 11, В камеру А уплотнения подается очищенный газ под давлением большим, чем в полости компрессора и, совместно с лабиринтным уплотнением, предотвращает попадание в уплотнение загрязненного абразивного газа. Через камеру В отводятся утечки после первой ступени уплотнения, а через камеру С – утечки из второй ступени и продувочный воздух. От попадания масла из опорного подшипника 6, устанавливаем лабиринтное уплотнение 12, в проточки которого подается воздух, от воздушного компрессора, входящего в состав вспомогательного оборудования компрессо







































Размер файла: 11,4 Мбайт
Фаил: (.zip)

Скачать

Добавить в корзину

Занесено в корзину

        Коментариев: 0

Есть вопросы? Посмотри часто задаваемые вопросы и ответы на них.
Опять не то? Мы можем помочь сделать!

Некоторые похожие работы:

К сожалению, точных предложений нет. Рекомендуем воспользоваться поиском по базе.