Многоступенчатый центробежный компрессор | ПроНПЗ

Назначение

Центробежные компрессоры относятся к динамическим компрессорам. В них давление повышается при непрерывном движении газа через проточную часть машины. Повышение происходит за счет энергии, которую сообщают газу лопатки вращающегося ротора.

Многоступенчатый центробежный компрессор. На установке производства водорода, используется многоступенчатый центробежный компрессор. Данный агрегат предназначен для непрерывной подачи природного газа в технологический процесс.

Рис.1 – Многоступенчатый центробежный компрессор

 Конструкция

Структура компрессора. Корпус компрессора состоит из двух частей с горизонтальной плоскостью разъема. Обе части корпуса имеют фланцы, которые стягиваются болтами для обеспечения герметизации. Подняв верхнюю часть корпуса, можно получить доступ ко всем внутренним элементам компрессора. В корпусе размещены также диффузоры и обратные направляющие аппарата.

Рис.2 – внутренние элементы компрессора

Ротор. Наиболее важной частью центробежного компрессора является ротор.  Он состоит из вала, на котором установлены рабочие колеса. Ротор вращается в подшипниках, установленных в корпусе.

Рис.3 – Ротор

Рабочее колесо состоит из заднего и переднего дисков. Между дисками установлены лопасти, отогнутые от радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса.

Принцип работы

Принцип работы центробежного компрессора. При вращении колеса газ, находящийся между лопатками, получает вращательные движения. Под действием центробежной силы газ перемещается к периферийной зоне колеса. Затем газ попадает в диффузор, площадь которого возрастает с увеличением радиуса. Скорость газа снижается, а давление  увеличивается. Направляющие лопатки  предназначены для повышения эффективности работы диффузора по превращению кинетической энергии в потенциальную.

Рис.4 – перемещение газа к периферии при вращении рабочего колеса

 При вращении рабочего колеса давление газа в зонах, расположенных у оси вращения, уменьшается, по сравнению с давлением во всасывающем трубопроводе. За счет чего образуется непрерывный поток, перемещающийся через проточную часть колеса.

Рис.5 – перемещение газа внутри компрессора

Колесо вместе с диффузором образует одну ступень компрессора.

Увеличение степени сжатия компрессора. Чтобы увеличить степень сжатия используют несколько ступеней. Конструктивно это обеспечивается установкой на одном валу нескольких рабочих колес, располагаемых в одном корпусе. В этом случае газ поступает в следующую ступень по каналам, образованным лопатками направляющего аппарата. Степень сжатия центробежного компрессора равна произведению его отдельных ступеней.

Осевое давление. Давление газа на стороне нагнетания рабочего колеса всегда больше, чем на всасывающей стороне. Данная характеристика образует осевое давление в направлении всасывающего патрубка компрессора. Для уравновешивания осевого давления на валу устанавливают разгрузочный барабан, со стороны нагнетания рабочего колеса.

Рис.6 – разгрузочный барабан

Муфты. Для присоединения вала компрессора к приводу используют упругие муфты, такие муфты разгружают вал компрессора от возможных изгибающих моментов. Кроме того муфты препятствуют распространению вибраций.

Турбина. Приводом компрессора является турбина, работающая на паре высокого давления. В качестве носителя энергии используется пар, производимый в парогенераторе, непосредственно на самой установке производства водорода. Поток водяного пара поступает через направляющие аппараты на лопатки, закрепленные по окружности ротора. Воздействуя на них, пар приводит ротор во вращение.

Рис.7 – турбина

Применение парового турбопривода экономически обосновано, т.к. позволяет минимизировать затраты электроэнергии на установке в целом.

Видео работы

Центробежный компрессор: устройство и принцип работы

Центробежные компрессоры представляют собой оборудование, входящее в группу компрессоров динамического типа с радиальной конструкцией. Главным преимуществом установок данного типа является их высокая производительность, которая в разы превышает показатели компрессоров других видов. Благодаря этому, центробежные воздушные компрессоры, устройство которых позволяет использовать их при интенсивной эксплуатации, широко используются в промышленных масштабах – в нефтеперерабатывающей отрасли, металлообработке и других сферах деятельности.

Центробежные компрессоры – устройство и основные элементы

Компрессорные установки, состоящие в группе оборудования центробежного типа, представляют собой широкое разнообразие агрегатов, различных по своим характеристикам и техническому оснащению. Но при этом, центробежным компрессорам характерно общее стандартное оснащение. Так, оборудование данного типа включает в себя такие основные элементы, как:

• корпус оборудования;
• патрубки – входное и выходное устройства;
• рабочие колеса;
• диффузор;
• привод – может быть различных типов (дизельный, электрический и другие).

Здесь Вы можете ознакомиться с каталогом компрессоров, реализуемых ООО ГК «ТехМаш». 

Конструкция центробежных установок может быть различной в зависимости от количества в оборудовании следующих элементов:

• ступеней – одно- и многоступенчатые;
• роторов – однороторные и многороторные.

Кроме того, устройство центробежных компрессоров также имеет классификацию и по типу корпуса:

• Установки с разъемом корпуса горизонтального типа – в данном случае корпус имеет горизонтальное разделение на две части. Подобные особенности конструкции установки обеспечивают легкий доступ к ротору оборудования в случае необходимости. Используются агрегаты данного типа при необходимости получения давления с показателем ниже 60 атмосфер.

• Оборудование с разъемом корпуса вертикального типа – данное оборудование устанавливается в специальный цилиндр и применяется в технологических процессах, где уровень давления доходит до 700 атмосфер. При этом цилиндр содержит такие же диафрагмы и ротор, как и оборудование, корпус которого имеет горизонтальный разъем.

• Установки, оснащенные редуктором – данное оборудование, как правило, оснащено несколькими валами и редуктором, обеспечивающим передачу движения с мотора на вал. Применяются подобные компрессоры при необходимости получения давления с показателем ниже среднего.

Действие центробежных компрессоров

Устройство и принцип работы центробежных компрессоров основаны на динамическом сжатии газообразной среды. Основным элементом данного оборудования является ротор, оснащенный валом с рабочими колесами, расположение которых симметрично. В процессе работы оборудования, на частицы газа действует сила инерции, которая возникает благодаря наличию вращательного движения, совершаемого лопатками колеса. При этом происходит перемещение газа от центра компрессора к краю рабочего колеса и в результате газ сжимается и приобретает скорость. Далее скорость газа снижается и последующее сжатие происходит в круговом диффузоре – кинетическая энергия переходит в потенциальную. На следующем этапе газ поступает в обратный направляющий канал и переходит в следующую ступень установки.

Важным отличием центробежных установок от оборудования другого типа является отсутствие контакта между маслом и газом. В случае с агрегатами данного типа требования к смазке рабочих элементов оборудования значительно ниже, нежели в установках объемного действия. При этом смазка полностью защищает от ржавчины элементы оборудования, а масло, имеющее слабое окисление, смазывает зубчатые колеса, уплотнения и подшипники максимально эффективно.

Так, работа компрессора центробежного имеет достаточно простой принцип действия и основывается на вращательном движении лопастей рабочего колеса, который является одним из главных рабочих элементов установок центробежной группы. При этом, данному оборудованию характерно быстрое повышение уровня давления и достижение его максимальной величины за короткий период работы агрегата.

Одна из главных особенностей установок данного типа заключается в зависимости потребляемой оборудованием мощности, давления сжимаемого газа и его коэффициента полезного действия от уровня производительности компрессора. Характер и степень данной зависимости указывается в рабочих характеристиках установок, при этом индивидуально для каждой модели оборудования.

Конструкция, а также принцип работы центробежных компрессоров являются достаточно простыми в сравнении с установками других типов. Данная особенность позволяет получить сразу несколько преимуществ – возможность длительного срока использования оборудования при его интенсивной эксплуатации и высоком уровне эффективности работы. При этом, данное оборудование на протяжении всего периода использования требует минимального технического обслуживания, а в случае необходимости, легко поддается ремонту при поломках различных типов.

Центробежные компрессоры: основы и рабочий диапазон

29 июня 2018 г.

Сотрудники и участники TMI

Центробежные компрессоры относятся к динамическому типу, что означает, что сжатие осуществляется за счет преобразования кинетической энергии в статическую энергию. Определяющей характеристикой центробежных компрессоров является то, что напор определяется объемным расходом через агрегат.

В случае центробежного компрессора с осевым впуском (типично для агрегатов со встроенным редуктором) труба соответствующей длины служит для сглаживания потока газа в проушину первого рабочего колеса.

Эта статья содержит выдержки из документа «Ваше применение для сжатия газа — поршневое, центробежное или винтовое?» Грег Филлиппи из Ariel Corporation, Тим Манти, Aerzen USA, Джонатан Саттер из Elliott Group, Бен Уильямс из Ariel Corporation и Брюс Маккейн, технический консультант, на Симпозиуме по турбомашинам 2016 года.

Для компрессора с радиальным входом труба соответствующей длины и направляющие лопатки на входе направляют газ к центру агрегата перед 9Изгиб 0° перенаправляет поток (в осевом направлении) в проушину первого рабочего колеса. В многоступенчатом центробежном компрессоре лопаточный радиальный возвратный канал используется для выпрямления и сглаживания потока газа, предшествующего повороту на 90°, в проушину следующего рабочего колеса. Рабочее колесо вращается на валу и является средством передачи энергии (работы) газу. Газ входит в отверстие крыльчатки и снова совершает поворот на 90°, что приводит к радиальному потоку от центра крыльчатки к внешнему диаметру.

Кроме того, газ сталкивается с вращающимися лопастями рабочего колеса. Эти лопасти выталкивают газ круговыми движениями, что приводит к повышению статического давления (сжатию) за счет центробежной силы вращения. Для крыльчатки с типичной лопаткой, наклоненной назад, примерно две трети повышения общего статического давления ступени приходится на крыльчатку. На выходе из рабочего колеса поток имеет две составляющие скорости: первая составляющая в радиальном направлении, VR, и вторая составляющая в тангенциальном направлении, VT (компоненты скорости рабочего колеса). Затем высокоскоростной газ поступает в диффузор.

Диффузор представляет собой стационарный компонент, который главным образом преобразует скорость (кинетическую энергию) в давление (статическую энергию). Диффузор представляет собой радиальный канал, ширина которого примерно равна лопасти крыльчатки, но площадь радиального расширения расширяется и обеспечивает желаемый эффект рассеивания. Когда газ выходит из диффузора и входит в обратный патрубок, газ получает большую часть повышения статического давления для центробежной ступени (центробежная ступень представляет собой комбинацию рабочего колеса и диффузора). Обратный патрубок встречается в многоступенчатых центробежных компрессорах и представляет собой стационарный компонент, который перенаправляет газ из радиально направленного наружу потока в диффузоре на радиально направленный внутрь поток в обратный канал, который содержит направляющие лопатки следующей ступени (как упоминалось ранее, эти лопатки помогают для выпрямления и сглаживания потока газа, предшествующего рабочему колесу, расположенному ниже по потоку). Обратный патрубок представляет собой проход с углом поворота 180°, который часто частично интегрируется с диффузором верхней ступени и частично интегрируется с направляющими лопатками нижней ступени. Производительность центробежного компрессора часто оценивается по зависимости напора компрессора от кривой расхода и мощности от кривой расхода. Форма кривой зависимости напора от расхода во многом является характеристикой геометрии крыльчатки (напор от расхода).

Для типичной ступени компрессора уменьшение требуемого напора увеличивает объемный расход. Точно так же увеличение требуемого напора снижает объемный расход. Концы кривой определяются волной на конце с низким расходом и каменной стеной на конце с высоким расходом. Кривая зависимости мощности от расхода также зависит от стадии. Для данной ступени форма кривой мощности зависит от расхода, напора и эффективности (мощность в зависимости от расхода).

Что касается контроля рабочего диапазона, порядок эффективности обычно следующий:

• Рециркуляция части потока от нагнетания обратно на вход компрессора является эффективным методом управления, но снижает эффективность компрессора. Дополнительным недостатком является потенциальное увеличение размера доохладителя при большом рециркуляционном потоке.

• Изменение скорости приводит к большому рабочему диапазону. Рабочая карта компрессора обычно ограничена механическими ограничениями, такими как динамика ротора или нагрузка на рабочее колесо.

• Регулируемые входные направляющие лопатки добавляют компоненту предварительного завихрения к газу перед входом в рабочее колесо выше по потоку. Это очень эффективное средство управления компрессором, однако его эффективность может быть ограничена, когда имеется много ступеней сжатия

• Дросселирование с помощью регулирующего клапана перед компрессором также является эффективным средством управления объемным потоком на входе в центробежный компрессор, но снижает эффективность всего процесса. Дросселирование также может применяться на нагнетании компрессора.

Связанный контент:

Компрессоры

Типы и классификация центробежных компрессоров – Подробная информация

Центробежный компрессор может иметь различную конфигурацию для выполнения конкретных задач. в первую очередь это либо одноступенчатый центробежный компрессор, либо многоступенчатый центробежный компрессор.

1
Одноступенчатый компрессор–

1.1
Консольные одноступенчатые компрессоры

1,2
Одноступенчатые компрессоры с межподшипниковой конструкцией

1,3
Одноступенчатые компрессоры со встроенным редуктором

Одноступенчатый центробежный компрессор состоит из одного рабочего колеса с соответствующими направляющими лопатками и диффузора. Степень сжатия компрессора в первую очередь зависит от окружной скорости рабочего колеса и геометрии лопастей. Как правило, одноступенчатый компрессор может достигать степени сжатия до 3:1. Пропускная способность этих типов варьируется от 1000 до 300 000 кубических футов в минуту. Первоначальная стоимость одноступенчатых компрессоров средней и высокой производительности привлекательнее, чем у других типов.

Одноступенчатые центробежные компрессоры могут иметь балочную конструкцию или консольное рабочее колесо. Ниже приведены различные типы:

Консольные одноступенчатые компрессоры

В консольной конфигурации рабочее колесо расположено на неприводном конце вала (вне радиального подшипника неприводного конца). Компрессоры этого типа имеют осевое всасывающее сопло, что обеспечивает более высокую эффективность и широкий рабочий диапазон. Они в основном предназначены для низкого давления и большого объема. Поток компрессора регулируется входным направляющим аппаратом, дроссельным клапаном на всасывании/нагнетании или проходным клапаном. Снятие крыльчатки не требуется для обслуживания подшипника; это можно сделать, просто открыв корпус подшипника. Он может работать с потоками газа до 60 000 м³/час и может достигать степени повышения давления до 3,5.

Рис-1: Консольный одноступенчатый компрессор Консольные одноступенчатые компрессоры

используются в основном для работы с коксовым газом.

Одноступенчатые компрессоры с межподшипниковой конструкцией

В межподшипниковой конфигурации рабочее колесо устанавливается между подшипниками. Рабочие колеса полуоткрытого типа. Он может обрабатывать потоки газа до 40 000 м³/ч, степень повышения давления до 1,45 и давление нагнетания до 2 бар.

Рис-2: Межопорный центробежный компрессор

Одноступенчатые компрессоры с межподшипниковой конструкцией в основном используются в качестве бустерного или рециркуляционного компрессора. В нефтехимической промышленности, такой как завод по производству оксида этилена/этиленгликоля, завод по производству пропилена, завод по производству полиэтилена, завод по производству хлора, серной кислоты, завод MVR (механический паровой рекомпрессор).

Одноступенчатые компрессоры со встроенным редуктором

Одноступенчатые турбокомпрессоры со встроенным редуктором имеют консольные полуоткрытые рабочие колеса. Крыльчатка консольно насажена непосредственно на высокоскоростной вал редуктора. Он может обрабатывать потоки газа до 300 000 м³/ч, степень повышения давления до 3,5 и давление нагнетания до 50 бар.

Рис. 3: Одноступенчатый компрессор со встроенным редуктором

Одноступенчатые компрессоры со встроенным редуктором используются для выполнения сложных задач при работе с чистым технологическим газом или воздухом.

Когда одноступенчатый компрессор с одним рабочим колесом не может удовлетворить требованиям по давлению, используется многоступенчатый центробежный компрессор. Многоступенчатые компрессоры состоят из нескольких рабочих колес, расположенных друг за другом на роторе таким образом, что нагнетание из диффузора рабочего колеса 1 ^st поступает в обратный канал, который направляет его в проушину следующего рабочего колеса. Таким образом эффективно повышается давление в 1 ^ст крыльчатка потом опять 2 ^й крыльчатка и так далее.

Многоступенчатые компрессоры можно разделить на следующие категории в зависимости от их конфигураций, необходимых для конкретных задач и номинального давления:

1. Компрессоры с горизонтальным разъемным корпусом

2. Компрессоры с вертикальным разъемным корпусом

3. Компрессоры с раструбным корпусом

4. Трубопроводный компрессор

5. Компрессоры со встроенным редуктором

Компрессор с горизонтально разделенным корпусом –

В компрессоре с горизонтально разделенным корпусом цилиндрический корпус разделен на две половины: верхнюю половину и нижнюю половину. Эти два соединены по центральной линии болтами. Из-за ограничения болтового соединения и уплотнения в разъеме он не может выдерживать высокое давление, поэтому он используется там, где рабочее давление газа составляет менее 60 бар (870 фунтов на кв. дюйм). Преимущество этих типов заключается в том, что обслуживание внутренних элементов можно выполнять, сняв только верхнюю половину. Для этого большая часть соединения трубопровода, за исключением соединения входа/выхода основного процесса, находится в нижней половине. Вход/выход основного процесса предпочтителен в нижней половине, но может быть и в верхней половине.

Рис-4: Компрессор с горизонтальным разъемом

Компрессоры с вертикальным разъемом корпуса-

Корпуса с вертикальным разъемом образованы цилиндром, закрытым двумя торцевыми крышками, также называемыми цилиндром. Преимущество соединения с вертикальным разъемом заключается в способности выдерживать высокое давление благодаря цельной конструкции и обычным, проверенным уплотнениям фланцевого типа на каждом конце. Эти машины, как правило, многоступенчатые, используются для работы с высоким давлением до 680 бар (9900 фунтов на кв. дюйм).

Рис. 5: Компрессор с вертикальным разъемом

Компрессор с колоколообразным кожухом-

Это тип вертикального разъемного или цилиндрического компрессора. Используемые для высокого давления, они имеют корпус в форме колокола и закрываются срезными кольцами вместо болтов.

Рис-6: Цилиндрический компрессор с раструбом

Прежде чем мы перейдем к другим категориям, следует знать, что как горизонтальные, так и вертикальные сплит-компрессоры также можно классифицировать в соответствии с используемыми ступенями сжатия. Так что же такое стадия сжатия?

Ступень сжатия — это термин, который относится к области сжатия между двумя последовательными соплами. Представьте себе, что в компрессоре технологический воздух поступает через входное сопло, сжимается и выбрасывается через нагнетательное сопло, поэтому здесь имеется только 1 ступень сжатия. Но если в компрессоре предусмотрено подключение интеркуллера, то компрессор будет иметь 4 форсунки. Поток воздуха будет поступать через впускной патрубок 1 ^st , затем он сжимается и выпускается через 1 ^ст выпускной патрубок. Этот выпуск затем поступает в промежуточный охладитель, охлаждается и снова поступает в тот же компрессор через впускной патрубок 2 ^и , сжимается и выходит через выпускной патрубок 2 ^и . В этом случае можно сказать, что компрессор использует 2 ступени сжатия.

Теперь, в зависимости от используемых ступеней сжатия, центробежные компрессоры с горизонтальным и вертикальным разделением могут быть разделены следующим образом:

(A)- Многоступенчатый компрессор с одной ступенью сжатия. См. Рис. 7А.

(B)- Многоступенчатый компрессор с двумя ступенями сжатия. Две ступени сжатия расположены последовательно внутри компрессора. Между двумя ступенями поток проходит через промежуточный охладитель для охлаждения и повышения эффективности сжатия или циркулирует обратно из установки. См. рис. 7B и 7C. Как уже говорилось, они используются, когда требуется промежуточное охлаждение или когда процесс требует двух отдельных ступеней сжатия.

(C)- Многоступенчатый компрессор с более чем двумя ступенями сжатия в одном корпусе. Они используются, когда различные газы должны быть сжаты до различных уровней давления путем нагнетания или извлечения газов во время сжатия. См. рис. 7D и E. Вместе с ними могут быть предусмотрены дополнительные сопла бокового потока для особых требований, например, в холодильных установках, особенно для пропана на установках СПГ.

(D)- Многоступенчатый компрессор с двумя параллельно расположенными ступенями сжатия. Обе ступени идентичны, и поток, поступающий с обеих сторон, сжимается и выпускается через общий выпускной патрубок, расположенный в середине корпуса. См. рис. 7F. Они также называются моделями с двойным потоком и используются для сжатия очень высоких потоков. Это решение позволяет размеру корпуса и скорости оставаться в приемлемом диапазоне для соединения компрессора с приводами и/или другими корпусами компрессора.

Рис. 7: различные конфигурации компрессоров в зависимости от ступеней сжатия

Трубопроводный компрессор-

Имеют колоколообразный корпус с одной вертикальной торцевой крышкой. Как правило, они используются для транспортировки природного газа. Как правило, они имеют боковые всасывающий и нагнетательный патрубки, расположенные друг напротив друга для облегчения монтажа на газопроводах. Осевой впуск также доступен, если степень давления позволяет использовать одно рабочее колесо. Как правило, они рассчитаны на давление до 100 бар (1400 фунтов на кв. дюйм).

Рис-8: трубопроводный компрессор

Многоступенчатые компрессоры со встроенным редуктором-

Они используются либо для условий низкого расхода/высокого давления, либо для условий высокого расхода/низкого давления.