Файл: Www kviht. Ruбольше информации по компрессорной технике смотрите на.pdf

БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Институт энергетики и транспортных систем
Кафедра «компрессорная, вакуумная и холодильная техника»
Работа допущена к защите
Директор ВШЭМ к. т. н., ________________ А.А. Лебедев
«___»_______________20__ г.
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА МАГИСТРА
«
Проектирование двухступенчатого винтового компрессора»
по направлению 13.04.03 – энергетическое машиностроение
Выполнил студент гр. з3241303/71001
А.С. Новоселов
Руководитель к. т. н., доцент
Н. И. Садовский
Санкт-Петербург
2020

БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
2
БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
Оглавление
Введение ............................................................................................................... 3
Условные обозначения и принятые сокращения ................................................ 6
Глава 1. Обзор существующих типов винтовых компрессоров ........................ 8
Обзор современных производителей винтовых компрессорных установок 11
Основные направления развития винтовых компрессоров .......................... 12
Особенности построения рабочих органов винтовых маслозаполненных компрессоров ................................................................................................... 15
Классификация щелей, образуемых в рабочем пространстве винтового маслозаполненного компрессора ................................................................... 17
Глава 2. Проектирование двухступенчатого передвижного маслозаполненного винтового компрессора .................................................... 21
Состав передвижной двухступенчатой компрессорной установки.............. 21
Описание компрессорного агрегата. .............................................................. 22
Рабочий процесс компрессорной установки. ................................................ 26
Расчетная часть. .............................................................................................. 29
Глава 3. Технико-экономическая эффективность винтовых компрессорных установок. ........................................................................................................... 69
Заключение ......................................................................................................... 73
Список литературы ............................................................................................ 74

БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
3
БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
Введение
Выполнение мероприятий, связанных с ремонтно-восстановительными и профилактическими работами на отдельных участках магистральных трубопроводов, как правило, связано с отключением этих участков, закрытием на них близлежащих кранов, задвижек с последующим опорожнением участка посредством сброса в атмосферу через продувочные свечи природного газа и слив в подземные или передвижные емкости нефти и нефтепродуктов.
Полное удаление перекачиваемого продукта нефтепроводов установлено по требованиям техники безопасности при проведении огневых работ. Однако такие методы удаления газа и нефти не только неэкономичны, но и приводят к негативным последствиям для экологии: увеличение скорости образования озоновых дыр, ухудшение общего состояния окружающей среды в районах сброса нефти, нефтепродуктов и природного газа.
В настоящее время существуют методы ремонта газопроводов, такие как: «безогневая» врезка трубопроводов-отводов, устранение коррозионных повреждений труб «бандажированием», не удаляя продукт из трубопровода.
Однако, такие технологии проведения указанных выше работ еще недостаточно отработаны, и они ограничены узким кругом задач, а также географическим рельефом местности. Более проработанными и широко применяемыми являются методы проведения ремонта технологических трубопроводов, связанные с удалением содержащегося в нем продукта.
Для технологий откачки содержимого, продувки и опрессовки технологических трубопроводов, в настоящее время предъявляется два основных требования:
1) небольшое время проведения работ – связанное с большими издержками, ввиду временного вывода из эксплуатации ремонтируемого трубопровода.
2)
Обеспечение высокой мобильности и неприхотливости оборудования, связанное с необходимостью применения данного

БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
4
БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
оборудования на различных, в том числе и труднодоступных участках трубопроводов. Характеристики оборудования, такие как габаритные размеры оборудования, должны обеспечивать его проезд по дорогам с асфальтовым и гравийным покрытиями.
В настоящее время осуществление работ с компрессорным оборудованием на ремонтируемых участках трубопровода выполняется следующими способами:
1) Использование эжекторной системы. Данная система имеет несколько специфичных отличий, поэтому, например, для откачки продукта из трубопровода с установившимся низким давлением требуется обеспечить большое количество газа высокого давления из внешней среды, негативно сказывающееся на режиме работы действующего трубопровода.
Существенное достоинство эжекторной системы - обеспечение большей эффективности в виде более глубокой откачки продукта, однако такое преимущество не является решающим в рамках поставленной задачи.
2)
Использование центробежных компрессорных установок.
Эффективность данного метода откачки продукта невелика, из-за того, что при работе данных установок степень повышения давления изменяется от 1.0 до 7.5, не позволяя при этом получить стабильную работу одной установки во всем диапазоне входных давлений. Для центробежных компрессорных установок, используемых в нефтяной промышленности рабочий диапазон давлений, как правило, находится в интервале от 10 до 100 МПа. Такие установки размещаются на специально оборудованных станциях.
3) Использование поршневых компрессорных установок с разным количеством ступеней. Данный метод является наиболее распространенным, ввиду неприхотливости поршневого оборудования и налаженной инфраструктуры сборки поршневого оборудования в Российской Федерации.
Схема, с подключением второй и более ступеней поршневой установки, в настоящее время активно используется для увеличения производительности при высоких рабочих давлениях в трубопроводе.

БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
5
БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
В целях оптимизации технологического процесса удаления углеводородного сырья и нефтепродуктов из ремонтируемого трубопровода предлагается рассмотреть возможность использования винтовых двухступенчатых компрессорных установок.

БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
6
БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
Условные обозначения и принятые сокращения
V – объёмная производительность м
3
/ч;
N – мощность, Вт ;
F – площадь, м
2
;
Р – сила, Н;
α – коэффициент расхода;
Re – число Рейнольдса;
µ – вязкость воздуха, м
2
/с
;
ƞ – коэффициент полезного действия;
ω – угловая скорость вращения, рад/с
;
М
кр.
– крутящий момент,
Н·м
;
k – показатель адиабаты;
m – массовая производительность, кг/с
;
Т – температура, К;
р – давление, Па;
П – отношение давлений в рабочей камере при теоретическом цикле;
ρ – плотность вещества, кг/м
3
;
β – относительные потери давления при проходе газа в тракте;
λ – коэффициент производительности;
t
m
– температурный показатель политропы сжатия по конечным параметрам;
d
i
– внешний диаметр винта, м;
z
i
– число зубьев винта;
u
i
– линейная скорость на внешнем диаметре ведущего винта;
L – длина винтовой части ротора, м;
k
i
– коэффициент использования площади винта;
n
i
– число оборотов ротора;

БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
7
БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
А – межосевое расстояние роторов;
Н
i
– осевой шаг винта;
d
1н
– диаметр начальной окружности ведущего винта;
d
1вн
– диаметр внутренней окружности ведущего винта;
h
0
– высота головки (ножки) ведомого (ведущего) винта;
r – высота головки (ножки) ведущего (ведомого) винта;
τ
з
– угол закрутки винта ротора;
β
H
– угол наклона винтовой линии на начальных цилиндрах винтов;
– относительная высота головок зубьев ротора; i
12
– передаточное число;
m – средний показатель политропы, определяемый по конечным параметрам газа;
W
o
– объем одной полости ВЩ и ВМ винтов

БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
8
БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
Глава 1. Обзор существующих типов винтовых компрессоров
К компрессорам объемного принципа действия относят спиральные, поршневые и ротационные. В таких компрессорных машинах определенные объем рабочего вещества всасывается через рабочие органы компрессора и сжимается вследствие уменьшения замкнутого объема внутри. Рабочие процессы выполняются в строгой последовательности, дискретно и циклически повторяясь. Ротационные компрессорные машины как класс состоят из: винтовых, пластинчатых ротационных и спиральных. У данного класса отсутствуют возвратно-поступательно движущиеся поршни. Главным рабочим органом являются – роторы, совершающие вращательное движение.
[1].
Винтовые компрессоры – машины объемного принципа действия, на роторах которых нарезаны винтовые зубья с разными обкатываемыми профилями.
Для совершения вращательного движения в корпусе компрессора делают специальную расточку для установки роторов. По способу подачи масла или другой жидкости в рабочую область, где происходит сжимание вещества винтовые компрессора подразделяются на маслозаполненные (ВКМ), сухого сжатия (ВКС) и мокрого сжатия
(ВКМС)[3].
В маслозаполненных компрессорах масло, впрыскиваемое в рабочее пространство и в незначительном объеме после отсоединения полостей сжатия от камеры всасывания. В данных компрессорах масло выступает в роли лубриканта для смазки пар трения, уплотнителя зазоров (на стыке винт- винт, винт-корпус), отводит теплоту от сжимаемого рабочего вещества, а также, для снижает уровень шума. В результате подача масла в рабочую полость винтового компрессора способствует повышению коэффициента подачи [4], упрощению конструкции компрессора, появлению возможности снизить частоту вращения.
Одним из основных пунктов эксплуатации винтовых сухих и винтовых компрессоров мокрого сжатия – недопущение взаимного касания винтов. Это

БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
9
БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
можно достичь в результате использования в конструкции таких компрессоров пары зубчатых колес-шестерен. Они располагаются на валах винтов ведущего(ВЩ) и ведомого(ВМ). Чтобы снизить температуру на конце сжатия в винтовых компрессорах мокрого сжатия подается капемльная жидкость в очень небольших объемах, меньших чем в ВКМ.
В зависимости от конструктивного исполнения роторов, винтовые компрессора могут изготовляться как вертикального расположения роторов, так и горизонтального. По соединению с электродвигателем – сальниковым или бессальниковым (полугерметичным). В зависимости от привода, ВКМ делятся на компрессоры, у которых привод может осуществляться за ведущий ротор или за ведомый.
По типу зубьев винтовые компрессоры также различаются: в виде аналитической кривой, дуги окружности, эллипса, трохоидной кривой, эльвовенты и др. – вот небольшой список того, какой формы может быть профиль зубьев. Название профилей давались в зависимости от особенностей зацепления винтов и преобладающей кривой в составе профиля.
В нефтегазовой промышленности предпочтение в применении компрессоров отдано поршневым, центробежным и винтовым, которые должны отвечать определенным требованиям:
− отвечать высокой надежности и большим моторесурсом работы основных узлов и компрессора в целом;
− высокая энергоэффективность, широкий диапазон при перепаде и степени повышения давлений;
− иметь потенциал к полной автоматизации работы компрессора;
− иметь высокую степень герметизации;
− технологичность и малая материалоёмкость;
− иметь низкие показатели шума и вибрации.

БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
10
БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
Рис 1. Типы профилей винтовых компрессоров
Из всех типов винтовых компрессоров чаще всего в производстве используются маслозаполненные, в которых подача масла происходит в рабочее пространство.
Перед центробежными и поршневыми компрессорами винтовые имеют ряд преимуществ, увеличивая межремонтный период и повышая надежность и долговечность этих установок:
-Отсутствие всасывающих и нагнетательных клапанов, возвратнопоступательной части;
10

БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
11
БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
-Отсутствует трение между ротором и корпусом;
У Винтовых машин в сравнении с центробежными отсутствует помпажная зона, они практически не зависимы от скорости вращения роторов. Также без каких-либо изменений в конструкции винтового компрессора, есть возможность применять холодильные агенты любой молекулярной массы [1].
К основному конструктивному недостатку можно отнести: развитую систему смазки, состоящая из громоздкой системы маслоотделения, приводящая в росту трудоемкости и увеличению стоимости изготовления, росту массы и увеличению габаритов компановки компрессора.
Также следует сказать, что при малых производительных мощностях поршневые компрессора имеют преимущество над винтовыми, однако по массогабаритным характеристикам уступают винтовым маслозаполненным компрессорам.
По герметичному исполнению в настоящее время все винтовые маслозаполненные компрессора могут иметь сальниковые, полугерметичные и герметичные исполнения в зависимости от используемого рабочего вещества.
Следует сказать, что наиболее высокий энергетический КПД в сравнении с другими исполнениями имеют сальниковые ВКМ, ввиду того что у них на всасывании отсутствует перегрев. [20].
Обзор современных производителей винтовых компрессорных
установок
В последние годы наблюдается тенденция расширения области применения винтовых компрессорных установок. в состав американской компании «Johnson Controls» вошли такие производители как «Frick», «YORK» и «Sabroe» [23].

БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
12
БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ ПО КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ СМОТРИТЕ НА
WWW.KVIHT.RU
Увеличение выпуска продукции винтовых компрессоров и расширение номенклатуры производства осуществила голландская фирма «GEA
Refrigeration Technologies», производящая компрессоры под маркой «Grasso»;
Также ведущими производителями винтовых компрессорных машин являются компамнии: “Howden” (США) [24], «Mayekawa Manufacturing
Company» (“Mycom”, Япония) [25], «Svenska Rotor Maskiner AB» (“SRM”,
Швеция) [26], «Fu Sheng Precision Co» (Тайвань) [27], “Carlyle” (США) [28],
“Frascold” (Италия) [29], “Hitachi” (Япония) [30], “Bitzer” (Германия) [31],
“Refcomp SPA” (Италия) [32], “Trane” (США) [33], “Hanbell Precise
Machinery” (Тайвань) [34], а “Emerson” выпускающий под маркой «Copeland»
(США) [35]. Компамнии изготовители одновинтовых компрессоров: «Daikin
Industries» (Япония) [36], «Mitsubishi Electric» [37], «Mc-Quay» (Daikin) [38],
«J&E Hall «(Daikin) [39] и «Vilter (Emerson)» [40].
В настоящее время для работы в высокотемпературном, среднетемпературном и низкотемпературном режимах выпускают винтовые двухроторные компрессоры с широким диапазоном внешних диаметров роторов: D
1
=от 80 до 510мм; отношения профильной части роторов к диаметру ведущего винта: от 0,9 до 1,8; геометрической степени сжатия от
2,6 до 5,0.
Разработка новых профилей винтов и совершенствование технологий изготовления винтов – одни из приоритетных направлений движения крупных производителей винтовых компрессоров на мировом рынке.
Самым распространенным и простым профилем винтов в нашей стране является профиль с четырьмя зубьями на ведущем роторе и шестью на ведомом.
Основные направления развития винтовых компрессоров
Винтовые компрессорные установки экономически выгодны в многих областях применения, одной из которых является нефтегазовая промышленность.