Некоторые результаты проектирования проточной части двухцилиндрового центробежного компрессора высокого давления с использованием методики расчета реального газа

А.А. Иванов, А.В. Зуев, В.К. Юн

Особенностью создания центробежных компрессоров высокого давления, является необходимость учета реальности сжимаемого газа, который по своим термодинамическим свойствам отличается от совершенного газа. Поэтому вместо уравнения состояния совершенного газа необходимо использовать уравнение состояния реального газа. Согласно техническому заданию необходимо было спроектировать компрессор со следующими параметрами: производительность = 4 000 000 нм3/сутки, давление нагнетания = 24,1 МПа,  давление всасывания =2,6 МПа, температура газа на входе =313,15 К, обороты ротора не более 18000 об/мин, ступени с безлопаточными диффузорами.   

                                          

Целью настоящей работы на данном этапе было проектирование проточной части указанного центробежного компрессора, сжимающий реальный газ, с использованием методик Невского завода и с учетом рекомендуемых для аналогичных компрессоров соотношений, определяющих газодинамические и геометрические параметры [2].

Состав сжимаемого газа для первого двухсекционного цилиндра (доля, %мол.): метан-86,9255, этан-9,7007, пропан-0,3116, i-бутан-0,0696, н-бутан-0,0086, азот-0,0005, гелий-0,0077, водород-0,0004, для второго односекционного цилиндра: метан-86,96, этан-9,22, пропан-0,29, i-бутан-0,0648, н-бутан-0,0008, двуокись углерода-0,0035, азот-3,23, гелий-0,2, водород-0,0317. Была принята следующая схема проектируемого центробежного компрессора: 1-ый цилиндр ˗ двухсекционный с промежуточным охлаждением газа, выполненный по схеме «спина к спине», 2-ой цилиндр ˗ односекционный семиступенчатый. Между первым и вторым цилиндрами происходит охлаждение газа. Были установлены следующие параметры для секций компрессора:

 

Таблица 1. Параметры для секций компрессора.

Секция          
  2,6 5,248 313,15 466,9 0,78
  5,148 10,2 313,15 466,9 0,75
  10,1 24,1 313,15 466,9 0,7

 

Далее были проведены  термодинамические расчеты процессов сжатия в секциях компрессора по методике НЗЛ. В результате были получены следующие параметры газа в начале и в конце процессов сжатия:

 

Таблица 2. Результаты расчета процесса сжатия по методике НЗЛ.

Параметры Первая секция Вторая  секция Третья секция
В начале В конце В начале В конце В начале В конце
Коэффициент сжимаемости Z 0,9576 0,9653 0,9183 0,9455 0,8556 0,9878
Плотность 18,57 30,72 38,34 60,79 80,74 130,1
Удельная изобарная теплоемкость 2,285 2,542 2,463 2,725 2,877 3,035
Удельная идеальногазовая изобарная теплоемкость 2,134 2,363 2,134 2,367 2,134 2,441
 

Показатель изоэнтропы идеальногазовый

sfdsfsfdsdss ewrwerwerwer

1,28

 

аываываываыввыаавыаыа1,246

1,246

 

1,28 1,246 1,28 4555

1,237

 

Показатель изоэнтропы реальный 1,282 1,277 1,313 1,366 1,498 1,748
Кинематическая вязкость            
Конечная температура   379,08   380,07   401,626
Полный напор   139,5   137   188

 

Затем были проведены газодинамические расчеты различных вариантов проточных частей центробежного компрессора. Расчеты проводились при различных значениях угла выхода лопаток , количества лопаток  рабочего колеса , втулочного отношения , числа оборотов ротора  и с изменением некоторых  кинематических и геометрических параметров элементов ступеней. Для оценки полученных кинематических и геометрических параметров элементов проточных частей проводилась оценка соответствия параметров с рекомендуемыми при проектирование аналогичных центробежных компрессоров     ( , , , , , ,  и др.).                                                                      Кроме того, было проведено исследование критических оборотов вращения роторов с помощью программы, разработанной на кафедре КВиХТ, с целью оценки запасов по критическим числам оборотов Результаты расчета удовлетворяют требованиям, запасы по первой  и второй критической скорости  обеспечиваются [3].                                                                                                                                         В газодинамических расчетах определение геометрических и кинематических параметров проводилось по формуле для  совершенного газа, при этом учитывались значения реального показателя изоэнтропы, коэффициента сжимаемости, удельной изобарной теплоемкости, полученные в результате термодинамического расчета,  с предположением  линейного изменения  этих  параметров по ступеням.                                         Значения  конечной  температуры   и давления  для первого двухсекционного цилиндра среднего давления приведены в нижеследующей таблице:

 

Таблица 3. Параметры для двухсекционного цилиндра.

Расчет     Отличие,%
Термодинамический 10,2 380,07 недосжатие газа
Газодинамический 10,08 371,2

 

Для  второго односекционного ЦК высокого давления значения конечной  температуры  и давления  в термодинамическом  и газодинамическом расчетах составили:

Таблица 3. Параметры для односекционного цилиндра.

Расчет     Отличие,%
Термодинамический 24,1 401,6 пересжатие газа
Газодинамический 24,7 402,1

 

Для повышения эффективности полученных вариантов проточных частей компрессора высокого давления целесообразно в дальнейшем провести подробное исследование потока в проточных частях  с помощью коммерческих программ.

 

ЛИТЕРАТУРА:

  1. Юн. В. К. Основы совершенствования методов проектирования и унификации центробежных компрессоров различного назначения./В.К. Юн дисс. докт. техн. наук. -2012. -СПб.
  2. Юн. В. К. Расчет и конструирование центробежных компрессорных машин. Методическое пособие для курсового и дипломного проектирования./АО «РЭП Холдинг». СПБ.,2016.
  3. А. В. Зуев, Я. Я. Стрижак, И. А, Тучина, В. М. Власов, В. Б. Семеновский. Расчет критических скоростей вращений роторов турбомашин. Методические указания./СПБ.гос. техн. университет, СПБ., 1995.
  4. Иванов А. А. Проектирование многоступенчатого центробежного компрессора нефтяного газа с конечным давлением Рк=10,2 МПа и отношением давления П=3,92 с расходом m=39,22 кг/с с учетом реальности газа. Бакалаврская работа./КВХТ,2016.
  5. Третьяков А. И. Проектирование многоступенчатого центробежного компрессора высокого давления для нефтяного газа с конечным давлением Рк=24,1 МПа и отношением давления П=2,39 с расходом m=39,62 кг/с с учетом реальности газа. Бакалаврская работа./КВХТ,2016.