Назначение и устройство ЦБН

Устройство и эксплуатация центробежных нагнетателей

Центробежные нагнетатели служат для компримирования (сжатия) природного газа, транспортируемого по магистральным газопроводам.

По числу ступеней нагнетатели делятся на одноступенчатые и многоступенчатые. Основное различие этих машин в конструкции ротора. В одноступенчатых нагнетателях используется ротор консольного типа с одним рабочим колесом, насаженным на консольный участок вала. В двухступенчатых нагнетателях применяются двух опорный (межопорный) ротор с двумя рабочими колесами.

По конструкции корпуса нагнетатели делятся на однокорпусные и двухкорпусные. Все одноступенчатые нагнетатели имеют один прочный корпус с торцевой крышкой. Преимуществом одноступенчатых нагнетателей является то, что торцевая крышка выполняется глухой. При консольном расположении ротора используется одностороннее расположение подшипников и сальников вала в корпусе нагнетателя, поэтому торцевая крышка не является несущей и не имеет отверстия. Такая конструкция крышки облегчает вскрытие полости нагнетателя и не требует снятия подшипников и сальника при разборке нагнетателя.

Большинство двухступенчатых нагнетателей двухкорпусные. Наружный прочный корпус рассчитан на максимальное давление газа в нагнетателе. Он имеет стальную литейно-кованную и литейно-сварную конструкцию и уплотняется массивными торцевыми крышками, в которых расположены подшипники и сальники вала. Газовые коммуникации подсоединяются к прочному корпусу. Прочный корпус выполняется массивным, что обеспечивает не только прочность, но и жесткость конструкции, необходимую для центровки нагнетателя.

Внутренний корпус собирается отдельно и включает в себя проточную часть нагнетателя.

По конструкции проточной части нагнетатели различаются устройством диффузоров и нагнетательных полостей.

В нагнетателях используются лопаточные диффузоры (ЛД) и безлопаточные диффузоры (БЛД).

Лопаточный диффузор имеет преимущество перед БЛД в организации потока на выходе из рабочего колеса, поэтому обладает повышенным газодинамическим КПД. Расчетные значения давления на выходе из диффузора достигаются на меньшем диаметре, поэтому он обеспечивает меньшие габариты нагнетателей. Недостатком лопаточного диффузора является более крутая напорная характеристика, что ухудшает точность регулирования рабочей точки.

Безлопаточный диффузор оказывает меньшее динамическое воздействие на рабочее колесо, имеет более пологую напорную характеристику прост в изготовлении.

В качестве нагнетательных устройств используются боковые спиральные улитки с изменяющимся проходным сечением и боковые сборные кольцевые камеры. Нагнетательная улитка является диффузорным элементом, поэтому в ней вырабатывается дополнительное статическое давление за счет снижения скорости газа. Недостаток спиральной улитки – усложненная конструкция проточной части нагнетателя.

Сборная кольцевая камера имеет преимущество в организации равномерного потока на выходе из нагнетателя, за счет чего снижается динамическое воздействие потока на ротор нагнетателя. Она имеет простую конструкцию и более технологична.

По перепаду давления нагнетатели делятся на полнонапорные и неполнонапорные.

Все двухступенчатые нагнетатели - полнонапорные, со степенью сжатия ε=1,55, способны в одном агрегате выработать необходимый для ГКС перепад давления.

Большинство одноступенчатых нагнетателей – неполнонапорные, со степенью сжатия ε=1,25. Для обеспечения необходимого для ГКС перепада давления они должны включаться в технологическую схему последовательно, по две или три в одной линии.

Нагнетатель состоит из следующих основных узлов: корпуса, ротора, подшипников и элементов системы уплотнения.

Неполнонапорный нагнетатель представляет собой одноступенчатый компрессор. Проточная часть нагнетателя состоит из конфузора, канала рабочего колеса, лопаточного диффузора и сборной кольцевой камеры, образованной улиткой. Ротор состоит из вала, рабочего колеса и обтекателя. Ходовая часть нагнетателя (ротор, подшипники, торцевое масляное уплотнение и другие элементы) заключена в специальную гильзу, устанавливаемую в корпус нагнетателя. Ротор вращается на двух подшипниках скольжения. Один, ближний к рабочему колесу. является опорным подшипником. Второй опорно-упорный (ОУП). Для предотвращения проникновения газа из нагнетателя в галерею нагнетателей, а также масла в проточную часть нагнетателя применено торцевое масляное уплотнение вала. Подробное описание устройства нагнетателя смотри в приложении.

Полнонапорный нагнетатель представляет собой двухступенчатый компрессор. Вся ходовая часть и внутренняя статорная часть комбинированные торцевые и лабиринтные уплотнения, диффузоры, обратный направляющий аппарат и другие элементы выполнены в виде пакета, устанавливаемого в корпус.

Ротор имеет два рабочих колеса, расположенных между опорными шейками вала. Рабочие колеса одинаковой конструкции отличаются только шириной лопаток. Лопатки отфрезерованы из тела основного диска. Покрывающий диск соединяется с основными заклепками, пропущенными через тело лопаток. Рабочие колеса насажены на вал с гарантированным натягом.

Для уменьшения осевого усилия непосредственно за вторым рабочим колесом также с натягом на вал насажен разгрузочный поршень-думмис

На валу также установлен диск упорного подшипника. Ротор вращается в двух одинаковых по конструкции опорных вкладышах. Вкладыш является одновременно втулочным уплотнением, служащим для поддержания давления масла в полости торцового уплотнения.

Для восприятия осевых усилий, действующих на ротор нагнетателя, и для установки ротора в заданном осевом положении относительно неподвижных элементов служит упорный подшипник.

В основу системы уплотнения вала полнонапорных нагнетателей также положен принцип гидравлического затвора.

В современных конструкциях нагнетателей природного газа используются различные конструкции сальников вала. Наибольшее распространение получили сальники двух типов: с торцовым уплотнением и с плавающими кольцами (втулками).

Для поддержания требуемых давления и расхода компримируемого газа центробежные нагнетатели включают по следующей схеме: один нагнетатель (полнонапорный или неполнонапорный); два последовательно работающих неполнонапорных нагнетателя; две (или более) группы неполнонапорных нагнетателей, включенных в газопровод параллельно; один, два или более неполнонапорных нагнетателей, работающих на промежуточный коллектор (первая ступень сжатия), в который включено соответствующее число неполнонапорных нагнетателей второй ступени.

Последовательная работа двух центробежных нагнетателей необходима для поддержания тре6уемого давления газа на участке газопровода между КС. Параллельное включение в работу или трех групп последовательно работающих: неполнонапорных нагнетателей или полнонапорных нагнетателей обеспечивает повышенную производительность КС при сохранении требуемого давления газа в МГ.

Основными параметрами работы нагнетателей являются: давление газа, степень сжатия, температура газа, объемная производительность и частота вращения силового вала, см. таблицу.