Проектирование и расчёт компрессорной станции

Мой курсач.doc

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Кубанский государственный технологический университет
Кафедра холодильных и компрессорных машин и установок
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Руководитель работык.т.н. доц. Шамаров М.В. _
Нормоконтролер к.т.н. доц. Шамаров М.В. _
(подпись дата расшифровка подписи)
Курсовой проект содержит 38 листов 10 рисунков 6 таблиц 4 листа графической части формата А1.
ГАЗ КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА НАГНЕТАТЕЛЬ МАГИСТРАЛЬНЫЙ ГАЗОПРОВОД.
Объектом проектирования является Березанская газокомпрессорная станция.
Цель работы – произвести реконструкцию газокомпрессорной станции с производительностью 9 млрд. м3год и цб нагнетателями с заданной мощностью.
В процессе реконструкции проводились газодинамический расчет нагнетателя расчет критического числа оборотов вала расчет цикла ГТУ.
Разработана схема комплексной автоматизации предусматривающая контроль защиту и регулирование параметров работы центробежного нагнетателя.
Проведено описание работы и эксплуатации компрессорной станции.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЁТА КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ.6
ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ КОМПРЕССОРА.7
3 Треугольники скоростей для ступени в масштабе на входе и на выходе.26
ОПИСАНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА.31
1 Газоперекачивающий агрегат типа ГПА Ц-63 Б 56145.31
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТАНДАРТОВ37
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ38
Газовая промышленность – сравнительно молодая отрасль народного хозяйства определяющая высокие темпы его развития что обусловлено быстрым ростом потребления энергетических ресурсов в которых одно из ведущих мест занимает природный газ.
Применение газа в народном хозяйстве осуществляется по следующим основным направлениям:
- технологическое использование газа;
- энергетическое использование в виде топлива;
- коммунально-бытовые нужды;
- переработка газа с целью производства жидких углеводородов серы метанола.
С использованием этого высококачественного энергоносителя и ценного химического сырья ныне выпускается 945% стали и чугуна 65% цемента 95% минеральных удобрений.
Развитие газовой промышленности в решающей степени зависит от дальнейшего технического её переоснащения.
Для успешного выполнения заданий по добыче и транспортировке газа необходимо ускоренное оснащение компрессорных станций новыми перекачивающими агрегатами повышенной единичной мощности (16 и 25 тыс. кВт) а также полнонапорными нагнетателями мощностью от 7 тыс. кВт до 10 тыс. кВт.
Резко возросшие в последнее время объёмы транспорта газа повысили требования к снижению удельных затрат на его транспортировку и к увеличению надёжности газопотребления. Известно что потребление газа неравномерно как по сезонам так и в течении суток. Отклонения режимов работы от проектных ведут к значительным перерасходам топливного газа.
Перемещаясь по газопроводу - от головного сооружения к месту потребления - газ преодолевает сопротивление движению из-за местных и линейных потерь. При этом давление газа падает. Вместе с уменьшением давления уменьшается и плотность газа то есть в целом его весовой заряд. Исходя из технико-экономических условий расчёта на газопроводах строятся линейные компрессорные станции отстоящие друг от друга в среднем на 100 – 150 км.
Компрессорные станции – это сложные и крупные инженерные сооружения обеспечивающие основные технологические процессы по подготовке и транспорту газа:
На компрессорной станции имеется оборудование обеспечивающее водоснабжение энергоснабжение маслоснабжение вентиляционные установки установки пожаротушения.
Различают компрессорные станции головные и промежуточные (линейные).
Головные компрессорные станции сооружают вначале газопровода. Они предназначены для приёма газа с месторождения его очистки осушки повышения давления до расчётного или рабочего.
На линейной компрессорной станции которая сооружается между начальной и конечной точками газопровода поддерживается давление на участках газопровода между двумя станциями.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЁТА КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ.
Производительность ГКС - 90 109 м3год;
Давление всасывания (избыточное) - 3862 кПа;
Давление нагнетания (избыточное) - 5600 кПа;
Температура газа на входе - 288 К;
Мощность единичного агрегата - 63 МВт;
Суммарная мощность ГКС - 252 МВт;
Число агрегатов - 4;
Тип ГПА - Ц63Б56-145.
ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ КОМПРЕССОРА.
1.1 Переменные исходные данные.
Мощность на валу компрессора Nв = 6300 кВт
Начальное давление Pн = 3862 кПа
Начальная температура Tн = 288 К
Конечное давление Pк = 5600 кПа
Универсальная газовая постоянная R =501 Джкг*К
Показатель адиабаты сжатия k = 1308
Политропический КПД пол = 083
Теплоёмкость газа ср = 2107 Джкг*К
Рабочее число оборотов ГТУ n = 8200 обмин
Конструктивное соотношение = 045
Коэффициент сжимаемости z = 092
1.2 Постоянные исходные данные.
Коэффициент внутреннего трения тр = 002
Коэффициент внутренних перетечек пер = 002
Механический КПД мех = 098
Допустимое напряжение кручения вала кр = 5 х 107 Нм2
Максимально допустимая окружная скорость [U2] = 300 мс
Скорость газа на входе в компрессор Cн = 20 мс
Расчётная величина = 314
Скорость газа на выходе из компрессора Cк = 20 мс
Конструкторский угол на выходе из колеса 2л = 45°
Коэффициент расхода φ2ч = 024
Конструкторский угол на входе в колесо 1л = 32°
Толщина лопатки колеса к = 0005 м
Толщина лопатки диффузора д = 001 м
Расчётное соотношение кс = 12
Конструктивное соотношение кд = 105
Угол установки лопатки диффузора на входе α4 = 40°
Густота решётки диффузора Ад = 22
2.1 Плотность газа в сечении Н-Н кгм3:
где ρн – плотность газа в начальном сечении кгм3;
Pн – начальное давление кПа;
R – газовая постоянная Джкг*К;
Tн – температура газа К;
z – коэффициент сжимаемости.
2.2 Массовый расход газа в компрессоре кгс
где G – массовый расход газа кгс;
Vн – производительность м3с.
2.3 Показатель сжатия:
где – показатель сжатия;
k – показатель адиабаты;
пол – политропический КПД.
2.4 Скорость газа в сечении 1-1 мс:
где C1 – скорость газа в сечении 1-1 мс;
[U2] – максимальная окружная скорость мс
C1 = 03 · 300 = 90 мс
2.5 Охлаждение газа во всасывающей камере К:
где ΔTвс – охлаждение газа во всасывающей камере К;
с1 – скорость газа мс
сн – скорость газа на входе в компрессор мс;
ср – теплоёмкость газа Джкг*К.
2.6 Температура газа в сечении 1-1 К:
где T1 – температура газа в сечении 1-1 К;
Тн – температура газа по начальным условиям К;
ΔTвс – охлаждение газа во всасывающей камере К.
Т1 = 288 – 1827 =2862 К.
2.7 Давление газа в сечении 1-1 кПа:
где P1 – давление газа в сечении 1-1 кПа;
Pн – давление газа по начальным условиям кПа;
K – показатель адиабаты сжатия.
2.8 Температура в сечении к-к К:
где Тк – температура газа в сечении к-к К;
Pк – давление газа в сечении к-к кПа;
– показатель сжатия.
2.9 Подогрев газа в компрессоре К:
где ΔТ – подогрев газа в компрессоре.
ΔТ = 3205 – 2862 = 343 К.
2.10 Полная работа компрессора Джкг:
– показатель сжатия;
R – газовая постоянная Джкг*К.
2.11 Теоретический коэффициент закручивания:
где φ2 - теоретический коэффициент закручивания;
φ2ч – коэффициент расхода;
л – конструкторский угол на выходе из колеса.
2.12 Число лопаток рабочего колеса:
2.13 Коэффициент циркуляции:
где – коэффициент циркуляции;
– расчётная величина.
2.14 Газодинамический КПД:
где h – газодинамический КПД;
пол – политропический КПД;
тр – коэффициент внутреннего трения;
пер – коэффициент внутренних перетечек.
2.15 Коэффициент давления:
где – коэффициент давления.
2.16 Максимальная работа ступени Джкг:
[U2] – максимально допустимая окружная скорость мс.
2.17 Расчётное число ступеней:
где i’ – расчётное число ступеней компрессора.
2.18 Действительное число ступеней:
2.19 Эффективная работа ступени Джкг:
2.20 Плотность газа в сечении 1-1 кгм3:
где ρ1 – плотность газа в сечении 1-1 кгм3.
2.21 Плотность газа в сечении к-к кгм3:
где ρк – плотность газа в сечении к-к кгм3.
2.22 Коэффициент уменьшения объёмов в сечении 1-1:
где kV1 – коэффициент уменьшения объёмов в сечении 1-1;
ρн – плотность газа в сечении н-н кгм3.
2.23 Коэффициент уменьшения объёмов в сечении к-к:
где kVк – коэффициент уменьшения объёмов в сечении к-к;
2.24 Окружная скорость в сечении 2-2 мс:
где U2 – окружная скорость в сечении 2-2 мс.
2.25 Окружная скорость в сечении 1-1 мс:
где U1 – окружная скорость в сечении 1-1 мс
λ – конструктивное соотношение.
2.26 Диаметр колеса в сечении 2-2 м:
где Д2 – диаметр колеса в сечении 2-2 м;
n – частота вращения ротора обмин.
2.27 Скорость газа в сечении 0-0 мс:
где С0 – скорость газа в сечении 0-0 мс;
kс – расчётное соотношение.
2.28 Диаметр покрывного диска м:
где Д0 – диаметр покрывного диска м;
– конструктивное соотношение;
KV1 – коэффициент уменьшения объёмов в сечении 1-1.
2.29 Диаметр колеса в сечении 1-1 м:
где Д1 – диаметр колеса в сечении 1-1 м;
KД – конструктивное соотношение.
Д1 = 0448 · 105 = 0471 м.
2.30 Радиальная скорость в сечении 1-1 мс:
где С1r – радиальная скорость в сечении 1-1 мс;
U1 – окружная скорость в сечении 1-1 мс.
С1r = 1435 · tg 32º =897 мс.
2.31 Погрешность в определении абсолютной скорости в сечении 1-1:
2.32 Относительная скорость в сечении 1-1 мс:
где W1 – относительная скорость в сечении 1-1 мс;
л – конструкторский угол на входе в колесо.
2.33 Скорость звука в сечении 1-1 мс:
где a1 –скорость звука в сечении 1-1 мс;
k – показатель адиабаты сжатия;
T1 – температура газа в сечении 1-1 К.
2.34 Число Маха в сечении 1-1:
где МW1 – число Маха в сечении 1-1.
2.35 Момент кручения на валу ротора Нм:
где Мкр – момент кручения на валу ротора Нм;
Nв – мощность на валу компрессора кВт;
N – частота вращения ротора 1мин.
2.36 Минимальный диаметр вала м:
кр – допустимое напряжение кручения вала Нм2.
2.37 Диаметр втулки колеса в сечении 0-0 м:
где d0 – диаметр втулки колеса в сечении 0-0 м;
– конструктивное соотношение.
d0 = 045 · 0448 = 0202 м.
2.38 Средний диаметр вала м:
где dв – средний диаметр вала м.
dв = 0202 – 002 = 0182 м.
2.39 Первое критическое число оборотов 1мин:
где nкр1 – первое критическое число оборотов 1мин;
Д2 – диаметр колеса в сечении 2-2 м.
2.40 Первое относительное число оборотов ротора 1мин:
где n1 - первое относительное число оборотов ротора 1мин:
2.41 Второе критическое число оборотов ротора 1мин:
nкр2 = 38 · 10880 = 41340 1мин.
2.42 Второе относительное число оборотов ротора 1мин:
2.43 Коэффициент загромождения сечения:
где 1 – коэффициент загромождения сечения;
k – толщина лопатки колеса м;
zk – число лопаток рабочего колеса.
2.44 Ширина колеса в сечении 1-1 м:
где в1 - ширина колеса в сечении 1-1 м;
C1r – радиальная скорость в сечении 1-1 мс
2.45 Радиальная скорость в сечении 2-2 мс:
где C2r – радиальная скорость в сечении 2-2 мс;
φ2r – коэффициент расхода.
C2r = 024 · 2392 = 5742 мс.
2.46 Окружная составляющая абсолютной скорости в сечении 2-2 мс:
где C2u – окружная составляющая скорости в сечении 2-2 мс;
– коэффициент циркуляции;
φ2 - теоретический коэффициент закручивания.
C2u = 0838 · 076 · 2392 = 1523 мс.
2.47 Абсолютная скорость газа в сечении 2-2 мс:
2.48 Расчётный угол в сечении 2-2 рад:
2.49 Статическая работа ступени Джкг:
2.50 Подогрев газа на участке Н-2 К:
где ΔTH-2 – подогрев газа на участке Н-2 К;
k – показатель адиабаты сжатия.
2.51 Коэффициент уменьшения объёмов в сечении 2-2:
где KV2 – коэффициент уменьшения объёмов в сечении 2-2;
2.52 Коэффициент загромождения сечения 2-2:
где 2 – коэффициент загромождения сечения 2-2;
k – толщина лопатки колеса.
2.53 Ширина колеса в сечении 2-2 м:
где b2 – ширина колеса в сечении 2-2 м;
KV2 – коэффициент уменьшения объёмов в сечении 2-2.
2.54 Относительная ширина колеса в сечении 2-2 м:
2.55 Радиус кривизны лопатки колеса
где Bk – радиус кривизны лопатки колеса м;
л – конструкторский угол на выходе из колеса;
2.56 Радиус начальной окружности лопатки колеса м:
где Rk – радиус начальной окружности лопатки колеса м.
2.57 Диаметр диффузора в сечении 3-3 м:
Д3 = 105 · Д2 = 105 · 0557 = 0585 м.
2.58 Диаметр диффузора в сечении 4-4 м:
Д4 = 145 · Д2 = 145 · 0557 = 0808 м.
2.59 Ширина диффузора в сечении 4-4 м:
где b4 – ширина диффузора в сечении 4-4 м;
b2 – ширина колеса в сечении 2-2 м.
b4 = 12 · 0034 = 0041 м.
2.60 Средний угол потока в преддиффузоре:
где γ2 – средний угол потока в преддиффузоре рад;
α2 – расчётный угол в сечении 2-2 рад.
2.61 Угол установки лопаток в диффузоре в сечении 3-3:
2.62 Средний угол потока газа в диффузоре:
2.63 Радиус кривизны лопатки диффузора м:
где Вд - радиус кривизны лопатки диффузора м;
Д4 – диаметр диффузора в сечении 4-4 м.
2.64 Радиус начальной окружности лопатки диффузора м:
где Rд - радиус начальной окружности лопатки диффузора м.
2.65 Коэффициент загромождения сечения 4-4:
где 4 – коэффициент загромождения сечения 4-4;
zд – число лопаток в диффузоре;
д – средняя толщина лопатки диффузора м.
2.66 Скорость газа в сечении 4-4 мс:
где C4 – скорость газа в сечении 4-4 мс.
2.67 Диаметр нагнетательного патрубка в сечении к-к м:
где Дk – диаметр нагнетательного патрубка в сечении к-к м;
Ck – скорость газа на выходе из компрессора мс;
KVk – коэффициент уменьшения объёмов в сечении к-к.
2.68 Температура газа в сечении 2-2 К:
T2 = 288 + 109 = 2989 К.
2.69 Давление газа в сечении 2-2 кПа:
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;
2.70 Плотность газа в сечении 2-2 кгм3:
где ρ2 – плотность газа в сечении 2-2 кгм3;
Заносим в таблицу параметры расчётных точек.
Таблица 2.1 – Параметры расчётных точек
Таблица 2.2 – Основные геометрические размеры компрессора
Конструкторский угол на выходе из колеса
Конструкторский угол на входе в колесо
Толщина лопатки колеса
Толщина лопатки диффузора
Угол установки лопатки диффузора на выходе
Диаметр покрывного диска в сечении 0-0
Диаметр колеса в сечении 1-1
Диаметр колеса в сечении 2-2
Диаметр втулки колеса в сечении 0-0
Средний диаметр вала
Ширина колеса в сечении 1-1
Ширина колеса в сечении 2-2
Радиус кривизны лопатки колеса
Радиус начальной окружности лопатки колеса
Диаметр диффузора в сечении 3-3
Диаметр диффузора в сечении 4-4
Ширина диффузора в сечении 4-4
Угол установки лопатки в диффузоре
Радиус кривизны лопатки в диффузоре
Радиус начальной окружности лопатки в диффузоре
Диаметр нагнетательного патрубка в сечении к-к
3 Треугольники скоростей для ступени в масштабе на входе и на выходе.
Расчёт ведём согласно работе [1]
Масштаб скоростей V = 169360 = 282 (мс)мм
Рисунок 2.1 - треугольник скоростей в ступени на входе
Масштаб скоростей V = 2392100 = 24 (мс)мм
Рисунок 2.2 – треугольник скоростей в ступени на выходе
Расчёт ведём согласно работе [2]
7.1 Данные для расчёта ГТУ:
Полезная мощность Nпол = 63 кВт;
Эффективный КПД эф = 030;
Частота вращения ротора n = 8200 обмин.
7.2 Данные для осевого компрессора:
Давление всасывания Pн = 1 бар
Давления нагнетания Pк = 46 бар
Температура в сечении н-н Tн = 303 К
7.3 Данные для осевой турбины
Давление в сечении н-н Pн = 45 бар
Давление в сечении k-k Pk = 1 бар
Температура Tн = T3 = 1073 К
7.4 Изображение цикла ГТУ в i-S-диаграмме и выделение расчётных точек.
Рисунок 2.3 – Цикла ГТУ
7.5 Составление таблицы параметров расчётных точек.
Таблица 2.3 – Параметры расчётных точек.
7.6 Расчёт параметров цикла.
Теоретический теплоперепад компрессора кДжкг:
где Hок – теоретический теплоперепад в компрессоре кДжкг;
i1 – энтальпия точки 1 кДжкг.
Hок = 560 – 300 = 260 кДжкг.
Действительный теплоперепад компрессора кДжкг:
где Hк – действительный теплоперепад компрессора кДжкг;
Hк = 260088 = 2954 кДжкг
Определение параметров точки 2:
где i2 – энтальпия точки 2 кДжкг.
i2 = 300 + 2954 = 5954 кДжкг
Теоретический теплоперепад турбины кДжкг:
где Hот – теоретический теплоперепад турбины кДжкг;
i4 – энтальпия точки 4т кДжкг.
Hот = 1121 – 800 = 321 кДжкг.
Действительный теплоперепад турбины кДжкг:
где Hт – действительный температурный перепад турбины кДжкг;
Hт = 321 · 092 = 2953 кДжкг.
Находим параметры точки 4:
i4 = i3 – Hт = 1121 – 2953 = 826 кДжкг
Мощность турбины кВт:
где Nтур – мощность турбины кВт;
Nполез – полезная мощность кВт;
эф – эффективный КПД.
Nтур = 63030 = 33333 кВт.
Определим количество циклового воздуха кг:
G = 333332953 = 1128 кг.
ОПИСАНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА.
1 Газоперекачивающий агрегат типа ГПА Ц-63 Б 56145.
Газоперекачивающие агрегаты типа ГПА-Ц-6ЗБ представляют собой блочные комплектные автоматизированные установки с газотурбинным авиационным приводом НК-14СТ серии 02 мощностью 63 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 56 (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 мгм3 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 кгс (кгч): на эжектор обдува статора силовой турбины—01 (360); для обогрева контейнеров—01 (360); на подогрев циклового воздуха—03 (1080).
Входной диффузор двигателя НК-14СТ оборудован коллектором для промывки проточной части двигателя.
Турбоблок 2.Блок систем обеспечения
Блок маслоохладителей с шумоглушителем всасывания
Устройство выхлопное 5.Устройство воздухоочистительное
Шумоглушитель выхлопа 7. Система подогрева циклового воздуха
Система обогрева 9. Система пожаротушения
Коллектор дренажа 11. Система масляная
Автоматизированная система управления комплектуется установкой А-705-15-06.
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.
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).
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ КОМПРЕССОРА ЕГО УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ.
Объемные компрессоры повышают давление газа путем уменьшения замкнутого объема содержащего определенное количество газа т.е. определённое число молекул газа. Уменьшение замкнутой полости сопровождается увеличением концентрации молекул в единице объема. Давление газовой среды на стену пропорционально суммарной энергии содержания молекул газа со стенками. При увеличении числа молекул в единице объема возрастает число содержания молекул приходящихся на единицу площади поверхности стенки т.е. увеличивается давление газа.
Отметим что процесс сжатия происходит периодически. Необходимо чтобы рабочая полость периодически то увеличивалась то уменьшалась. Во время уменьшения рабочей полости газ заполняет последнюю входя в нее. Во время уменьшения этого объема газ сжимается а его давление повышается и затем в сжатом виде газ выталкивается из рабочей полости.
Превращение вращательного движения вала приводного двигателя в прямолинейное возвратно-поступательное движения поршня осуществляется кривошипно-шатунным механизмом.
Система охлаждения смешанная.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТАНДАРТОВ
Цилиндры – СЧ20 ГОСТ1412-85
Поршни – СЧ20 ГОСТ1412-85
Поршневые кольца – СЧ20 ГОСТ1412-85
Поршневые (крейцкопфные) пальцы – Ст45 ГОСТ1050-88
Шатуны – Ст40 ГОСТ1050-88
Шатунные болты – 40Х ГОСТ4543-71
Штоки – Ст40 ГОСТ1050-88
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Самоделкин В. И. Криворотьно В. Н.
Термодинамический расчет поршневого компрессора. Методические указания к курсовым и дипломному проектированию по курсу “Объемные компрессоры” для студентов 4 и 5 курсов специальности 16.03. – Техника и физика низких температур. Специальность 16.03.04. – компрессоры и пневмоустановки (КубГТУ Краснодар 1994. – 28С.).
Френель М. И. Поршневые компрессоры – 3-е изд. перераб. и доп. – Л.: Машиностроение 1969. – 743С.
Самоделкин В. И. Криворотьно В. Н. Конструктивные особенности и расчет на прочность деталей поршневого компрессора. Методические указания к курсовому проекту по курсу “Объемные компрессоры” для студентов четвертого курса специальности 16.03. – Техника и физика низких температур. Специальность 16.03.04. – компрессоры и пневмоагрегаты (Краснодар политех. ин-т Краснодар 1993. –38С.).
Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. Том 1. Теория и расчет 2-е изд. перераб. и доп. –М.: Колос 2000. -456с.
Беззаботов Ю.С. Клещунов Е.И. Проектирование холодильного компрессора. Методические указания к курсовому проекту по курсу “Машины низкотемпературной техники” и дипломного проектирования для студентов всех форм обучения и МИППС по специальности 101700 – Холодильная криогенная техника и кондиционирование. -Краснодар КубГТУ 2003. –60с.

АВО.frw

02_с п 3,3 +.doc

3.3 АЛГОРИТМ РАСЧЁТА
3.1 Плотность газа в сечении Н-Н
где ρн – плотность газа в начальном сечении кгм3;
Pн – начальное давление кПа;
R – газовая постоянная Джкг*К;
Tн – температура газа К;
z – коэффициент сжимаемости.
2.2 Массовый расход газа в компрессоре кгс
где G – массовый расход газа кгс;
Vн – производительность м3с.
3.3 Показатель сжатия
где – показатель сжатия;
k – показатель адиабаты;
пол – политропический КПД.
3.4 Скорость газа в сечении 1-1
где C1 – скорость газа в сечении 1-1 мс;
[U2] – максимальная окружная скорость мс
C1 = 03 · 300 = 6601 мс
3.5 Охлаждение газа во всасывающей камере
где ΔTвс – охлаждение газа во всасывающей камере К;
с1 – скорость газа мс
сн – скорость газа на входе в компрессор мс;
ср – теплоёмкость газа Джкг*К.
3.6 Температура газа в сечении 1-1
где T1 – температура газа в сечении 1-1 К;
Тн – температура газа по начальным условиям К;
ΔTвс – охлаждение газа во всасывающей камере К.
Т1 = 288 – 0939 = 287 К
3.7 Давление газа в сечении 1-1
где P1 – давление газа в сечении 1-1 кПа;
Pн – давление газа по начальным условиям кПа;
K – показатель адиабаты сжатия.
3.8 Температура в сечении к-к
где Тк – температура газа в сечении к-к К;
Pк – давление газа в сечении к-к кПа;
– показатель сжатия.
3.9 Подогрев газа в компрессоре
где ΔТ – подогрев газа в компрессоре
ΔТ = 305 – 287 = 18 К
3.10 Полная работа компрессора
– показатель сжатия;
R – газовая постоянная Джкг*К.
3.11 Теоретический коэффициент закручивания
где φ2 - теоретический коэффициент закручивания;
φ2ч – коэффициент расхода;
л – конструкторский угол на выходе из колеса.
3.12 Число лопаток рабочего колеса
3.13 Коэффициент циркуляции
где – коэффициент циркуляции;
– расчётная величина.
3.14 Газодинамический КПД
где h – газодинамический КПД;
пол – политропический КПД;
тр – коэффициент внутреннего трения;
пер – коэффициент внутренних перетечек.
3.15 Коэффициент давления
где – коэффициент давления.
3.16 Максимальная работа ступени
[U2] – максимально допустимая окружная скорость мс.
3.17 Расчётное число ступеней
где i’ – расчётное число ступеней компрессора.
3.18 Действительное число ступеней
3.19 Эффективная работа ступени
lэф = lпол = 32250 Джкг
3.20 Плотность газа в сечении 1-1
где ρ1 – плотность газа в сечении 1-1 кгм3.
3.21 Плотность газа в сечении к-к
где ρк – плотность газа в сечении к-к кгм3.
3.22 Коэффициент уменьшения объёмов в сечении 1-1
где kV1 – коэффициент уменьшения объёмов в сечении 1-1;
ρн – плотность газа в сечении н-н кгм3.
3.23 Коэффициент уменьшения объёмов в сечении к-к
где kVк – коэффициент уменьшения объёмов в сечении к-к;
3.24 Окружная скорость в сечении 2-2
где U2 – окружная скорость в сечении 2-2 мс
3.25 Окружная скорость в сечении 1-1
где U1 – окружная скорость в сечении 1-1 мс
λ – конструктивное соотношение
3.26 Диаметр колеса в сечении 2-2
где Д2 – диаметр колеса в сечении 2-2 м
n – частота вращения ротора обмин
3.27 Скорость газа в сечении 0-0
где С0 – скорость газа в сечении 0-0 мс;
kс – расчётное соотношение
3.28 Диаметр покрывного диска
где Д0 – диаметр покрывного диска м;
– конструктивное соотношение;
KV1 – коэффициент уменьшения объёмов в сечении 1-1.
3.29 Диаметр колеса в сечении 1-1
Где Д1 – диаметр колеса в сечении 1-1 м;
KД – конструктивное соотношение.
Д1 = 041 · 105 = 0431 м
3.30 Радиальная скорость в сечении 1-1
где С1r – радиальная скорость в сечении 1-1 мс;
U1 – окружная скорость в сечении 1-1 мс.
С1r – 1083 · tg 32º = 6772 мс
3.31 Погрешность в определении абсолютной скорости в сечении 1-1
3.32 Относительная скорость в сечении 1-1
где W1 – относительная скорость в сечении 1-1 мс;
л – конструкторский угол на входе в колесо.
3.33 Скорость звука в сечении 1-1
где a1 –скорость звука в сечении 1-1 мс;
k – показатель адиабаты сжатия;
T1 – температура газа в сечении 1-1 К.
3.34 Число Маха в сечении 1-1
где МW1 – число Маха в сечении 1-1
3.35 Момент кручения на валу ротора
где Мкр – момент кручения на валу ротора Нм;
Nв – мощность на валу компрессора кВт;
N – частота вращения ротора 1мин.
3.36 Минимальный диаметр вала
кр – допустимое напряжение кручения вала Нм2.
3.37 Диаметр втулки колеса в сечении 0-0
где d0 – диаметр втулки колеса в сечении 0-0 м;
– конструктивное соотношение.
d0 = 045 · 041 = 0184 м
3.38 Средний диаметр вала
где dв – средний диаметр вала м.
dв = 0184 – 002 = 0164 м
3.39 первое критическое число оборотов
где nкр1 – первое критическое число оборотов 1мин;
Д2 – диаметр колеса в сечении 2-2 м.
3.40 Первое относительное число оборотов ротора
где - первое относительное число оборотов ротора 1мин.
3.41 Второе критическое число оборотов ротора
nкр2 = 38 · nкр1 = 38 · 3369 = 12803 1мин
3.42 Второе относительное число оборотов ротора
3.43 Коэффициент загромождения сечения
где 1 – коэффициент загромождения сечения;
k – толщина лопатки колеса м;
zk – число лопаток рабочего колеса.
3.44 Ширина колеса в сечении 1-1
где - ширина колеса в сечении 1-1 м;
C1r – радиальная скорость в сечении 1-1 мс
3.45 Радиальная скорость в сечении 2-2
где C2r – радиальная скорость в сечении 2-2 мс;
φ2r – коэффициент расхода.
C2r = 024 · 240 = 5779 мс
3.46 Окружная составляющая абсолютной скорости в сечении 2-2
где C2u – окружная составляющая скорости в сечении 2-2 мс;
– коэффициент циркуляции;
φ2 - теоретический коэффициент закручивания.
C2u = 0837 · 076 · 240 = 1533 мс
3.47 Абсолютная скорость газа в сечении 2-2
3.48 Расчётный угол в сечении 2-2
3.49 Статическая работа ступени
3.50 Подогрев газа на участке Н-2
где ΔTH-2 – подогрев газа на участке Н-2 К;
k – показатель адиабаты сжатия.
3.51 Коэффициент уменьшения объёмов в сечении 2-2
где KV2 – коэффициент уменьшения объёмов в сечении 2-2;
3.52 Коэффициент загромождения сечения 2-2
где 2 – коэффициент загромождения сечения 2-2;
k – толщина лопатки колеса.
3.53 Ширина колеса в сечении 2-2
где b2 – ширина колеса в сечении 2-2 м;
KV2 – коэффициент уменьшения объёмов в сечении 2-2.
3.54 Относительная ширина колеса в сечении 2-2
3.55 Радиус кривизны лопатки колеса
где Bk – радиус кривизны лопатки колеса м;
л – конструкторский угол на выходе из колеса;
3.56 Радиус начальной окружности лопатки колеса
где Rk – радиус начальной окружности лопатки колеса м.
3.57 Диаметр диффузора в сечении 3-3
Д3 = 105 · Д2 = 105 · 0958 = 1006 м
3.58 Диаметр диффузора в сечении 4-4
Д4 = 145 · Д2 = 145 · 0958 = 1389 м
3.59 Ширина диффузора в сечении 4-4
где b4 – ширина диффузора в сечении 4-4 м;
b2 – ширина колеса в сечении 2-2 м.
b4 = 12 · 0031 = 0037 м
3.60 Средний угол потока в преддиффузоре
где γ2 – средний угол потока в преддиффузоре рад;
α2 – расчётный угол в сечении 2-2 рад.
3.61 Угол установки лопаток в диффузоре в сечении 3-3
3.62 Средний угол потока газа в диффузоре
3.63 Радиус кривизны лопатки диффузора
где - радиус кривизны лопатки диффузора м;
Д4 – диаметр диффузора в сечении 4-4 м.
3.64 Радиус начальной окружности лопатки диффузора
где - радиус начальной окружности лопатки диффузора м.
3.65 Коэффициент загромождения сечения 4-4
где 4 – коэффициент загромождения сечения 4-4;
zд – число лопаток в диффузоре;
д – средняя толщина лопатки диффузора м.
3.66 Скорость газа в сечении 4-4
где C4 – скорость газа в сечении 4-4 мс.
3.67 Диаметр нагнетательного патрубка в сечении к-к
где Дk – диаметр нагнетательного патрубка в сечении к-к м;
Ck – скорость газа на выходе из компрессора мс;
KVk – коэффициент уменьшения объёмов в сечении к-к.
3.68 Температура газа в сечении 2-2
T2 = 288 + 1171 = 2997 К
3.69 Давление газа в сечении 2-2
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;
3.70 Плотность газа в сечении 2-2
где ρ2 – плотность газа в сечении 2-2 кгм3;
Заносим в таблицу параметры расчётных точек.
Таблица 3.1 – Параметры расчётных точек
Таблица 3.2 – Основные геометрические размеры компрессора
Конструкторский угол на выходе из колеса
Конструкторский угол на входе в колесо
Толщина лопатки колеса
Толщина лопатки диффузора
Угол установки лопатки диффузора на выходе
Диаметр покрывного диска в сечении 0-0
Диаметр колеса в сечении 1-1
Диаметр колеса в сечении 2-2
Диаметр втулки колеса в сечении 0-0
Средний диаметр вала
Ширина колеса в сечении 1-1
Ширина колеса в сечении 2-2
Радиус кривизны лопатки колеса
Радиус начальной окружности лопатки колеса
Диаметр диффузора в сечении 3-3
Диаметр диффузора в сечении 4-4
Ширина диффузора в сечении 4-4
Угол установки лопатки в диффузоре
Радиус кривизны лопатки в диффузоре
Радиус начальной окружности лопатки в диффузоре
Диаметр нагнетательного патрубка в сечении к-к
4 Расчёт критической частоты вращения
Расчёт ведём согласно работам [2;4]
4.1 Величина критического числа оборотов nкр определяется в основном размерами и массой ротора. Для ротора несущего точечную массу P1 на конце вала и Р2 в середине пролёта между опорами nкр определяется по формуле:
где U – коэффициент учитывающий влияние массы;
P1 – масса колеса и консоли кг;
L – длина консоли м;
Kd – коэффициент учитывающий переменность диаметра консоли;
KD – коэффициент учитывающий переменность диаметра вала;
t – коэффициент учитывающий переменность длин и диаметров вала;
d – диаметр вала в подшипнике см;
D – максимальный диаметр вала см.
4.2 Коэффициент учитывающий переменность длин и диаметров вала
Коэффициент U выбирается из графика в зависимости от M и t*.
где P2 – масса вала между опорами кг;
P1 – масса вала и колеса кг;
L – длина консоли см
4.4вала между опорами
где ρ – плотность гсм3;
V2 – объём вала между опорами см3;
l – длина пролёта см.
где Pкол – масса колеса г;
l – длина консоли см.
где t – коэффициент учитывающий переменность длин и диаметров валов;
Kd – коэффициент учитывающий переменность диаметров консоли;
KD – коэффициент учитывающий переменность диаметров вала между опорами.
Kd = Σ(02723 · 1226) + (02722 · 1464) + 1 = 1276
Найдя все неизвестные параметры можно рассчитать критическую частоту вращения:
nраб 08nкр ; 4800 5768
5 Определение осевого усилия ротора компрессора и компенсирующей силы упорного подшипника.
Расчёт ведём согласно работе [5]
В зазоре покрывного и основного дисков возникает давление Pг. На входе в рабочее колесо действует давление P0. Благодаря лабиринтным уплотнениям в зазорах основного и покрывного дисков возникает давление Pг. Это давление стремится сдвинуть колесо вместе с ротором в осевом направлении. Поскольку на основном и покрывном дисках площади соприкосновения с давлением Pг разные возникает осевая сила стремящаяся сдвинуть ротор и рабочее колесо в сторону всасывающего патрубка.
где Fос – осевая сила Н;
Dл – диаметр лабиринтного уплотнения м;
dл - диаметр лабиринтного уплотнения м;
P2 – давление на дисках кПа;
G – расход газа в компрессоре кгс;
с0 - скорость газа мс;
P0 = 5958 кПа; P2 = 6856 кПа;
Dл = 0465 м; dл = 0232 м
dвт = 0184 м; G = 2526 кгс; с0 = 55мс.
Определим компенсирующую силу воспринимаемую упорными подшипником.
Fуп = 100 · 267 = 26700 Н
Следовательно вал жёсткий.
6 Треугольники скоростей для ступени в масштабе на входе и на выходе.
Расчёт ведём согласно работе [1]
Масштаб скоростей V = 127760 = 213 (мс)мм
Рисунок 3.1 - треугольник скоростей в ступени на входе
Масштаб скоростей V = 2407100 = 24 (мс)мм
Рисунок 3.2 – треугольник скоростей в ступени на выходе
Расчёт ведём согласно работе [2]
7.1 Данные для расчёта ГТУ
Полезная мощность Nпол = 10000 кВт;
Эффективный КПД эф = 030;
Частота вращения ротора n = 8100 обмин.
7.2 Данные для осевого компрессора
Давление всасывания Pн = 1 бар
Давления нагнетания Pк = 46 бар
Температура в сечении н-н Tн = 303 К
7.3 Данные для осевой турбины
Давление в сечении н-н Pн = 45 бар
Давление в сечении k-k Pk = 1 бар
Температура Tн = T3 = 1073 К
7.4 Изображение цикла ГТУ в i-S-диаграмме и выделение расчётных точек.
Рисунок 3.3 – Цикла ГТУ
7.5 Составление таблицы параметров расчётных точек
Таблица 3.3 – Параметры расчётных точек
7.6 Расчёт параметров цикла
Теоретический теплоперепад компрессора
Hок = i2т – i1 кДжкг
где Hок – теоретический теплоперепад в компрессоре кДжкг;
i1 – энтальпия точки 1 кДжкг.
Hок = 560 – 300 = 260 кДжкг
Действительный теплоперепад компрессора
где Hк – действительный теплоперепад компрессора кДжкг;
Hк = 260088 = 2954 кДжкг
Определение параметров точки 2
где i2 – энтальпия точки 2 кДжкг.
i2 = 300 + 2954 = 5954 кДжкг
Теоретический теплоперепад турбины
Hот = i3 – i4т кДжкг
где Hот – теоретический теплоперепад турбины кДжкг;
i4 – энтальпия точки 4т кДжкг.
Hот = 1121 – 800 = 321 кДжкг
Действительный теплоперепад турбины
Hт = Hот · тур кДжкг
где Hт – действительный температурный перепад турбины кДжкг;
Hт = 321 · 092 = 2953 кДжкг
Находим параметры точки 4
i4 = i3 – Hт = 1121 – 2953 = 826 кДжкг
где Nтур – мощность турбины кВт;
Nполез – полезная мощность кВт;
эф – эффективный КПД.
Nтур = 10000030 = 33333 кВт
Определим количество циклового воздуха
G = 333332953 = 1128 кг

Техн.схема ГПА.cdw

Расчёт Березанской КС
Технологическая схема
Газоперекачиващий агрегат типа ГПА Ц-6
Аппарат воздушного охлаждения газа
Нагнетатель типа ГПА Ц-6

Нагнетатель.cdw

Расчёт Березанской КС
Агрегат газоперекачивающи
Блок маслоохладителей с шумоглушителем всаса
Блок систем обеспечения
Выхлопное устройство
Система подогрева циклового воздуха
Устройство воздухоочистительное
Трубопроводы дренажа и суфлирования
блок маслоохладителей с
шумоглушителем всаса