Определение технического состояния нагнетателя

Расход газа через ЦБН известен. Оценка технического состояния ЦБН

(его газового тракта) проводится путем сравнения эксплуатационного значения

политропического КПД с его эталонным значением на подобном режиме т.е.

= const.

Объемный приведенный к оборотам расход (QiH)

где - коэффициент пропорциональности дается в зависимости от ти-

па ЦБН;

- перепад давлений на измерительном устройстве (тарированный

патрубок, либо конфузор, либо что-то другое), Па;

- плотность газа на входе в ЦБН, кг/м3;

~ номинальное значение частоты вращения, об/мин;

n - замеренное значение частоты вращения, об/мин.

Далее определяется коэффициент технического состояния

Отклонение от единицы свидетельствует об ухудшении в процессе экс-

плуатации характеристики ЦБН, за счет увеличения внутренних потерь (подре-

зы лопаток, износ колеса и др.).

Эксплуатационная мощность ГТУ определяется на основе замера пара-

метров перекачиваемого газа ЦБН.

Внутренняя мощность ЦБН , Вт

где - мощность, определяемая по измеренным параметрам

природного газа до и после ЦБН (температура и давление

на входе нагнетателя piH, tiH, Р2н, t2H), Вт:;

где К/К-1 - коэффициент, определяемый по таблице 4 по значениям

приведенным в зависимости от:

- от средней температуры газа в ЦБН 1фн = (ti +12) /2;

- от относительной плотности газа по воздуху, определен-

ной в химической лаборатории Дв = ргаза/РвозД;

К - коэффициент адиабаты природного газа, определяется из

таблицы 4;

- коэффициент сжимаемости природного газа, принимается

по расчетным данным характеристик ЦБН из ТУ агрегата;

R - газовая постоянная, принимается по расчетным характери-

стикам ЦБН (ТУ или ИЭ);

- расход перекачиваемого природного газа, определяемый

специальными измерениями (по тарированным конфузорам,

измерительными шайбами, измерительными соплами), м3/с;

- механические потери в подшипниках ЦБН, определяются

при проектировании агрегата, Вт.

Таблица 14

Значения расчетных коэффициентов для различного состава газа

Далее определяется степень сжатия в ЦБН n

По измерениям на агрегате определяется относительная частота вращения

п. Затем по расчетной характеристике ЦБН, представленной на рисунке 37, оп-

ределяют зону расположения , К/К - 1, и уточненное значение

Рис. 37. Расчетная характеристика нагнетателя Н-1676-1,37

Данный метод распространяется на любые типы агрегатов и обладает

наибольшей точностью.

3.1.4 Расчёт торцевого уплотнения

Считается, что поверхность трения вращающегося и неподвижного ко-

лей установлена строго перпендикулярно и концентрично к оси вращения

вала, и что эти поверхности абсолютно плоские. Наличие в зазоре пары тре-

ния уплотняемой жидкости, находящейся под действием перепада давления

(Р - ) (где -;-), приводит к возникновению расклинивающей силы R, дей-

ствующей на аксиально-подвижную втулку.

Эпюра распределения давления в щели имеет вид трапеции: падение давле-

ния происходит по линейному закону. Тогда среднее давление в щели определяется

как полусумма рабочего давления и давление на выходе из щели , Па

где Р - рабочее давление, Па;

- давление на выходе из щели, Па, как правило, барометрическое

= 0;

Заметим что, определение среднего давления в щели между контакти-

рующими кольцами по данной формуле вносит некоторую ошибку.

В центробежных насосах для нефтепродуктов диаметры рабочих колес ко-

леблются от 50 до 150 мм, а ширина контактной поверхности b составляет при-

мерно 5 мм. Ошибка составляет 1,4... 3,8%, чем практически можно пренебречь.

Расклинивающая сила R, Н

F – площадь контакта в паре трения, м²

Для реальных пар трения кривые изменения давления по длине щели ха-

рактеризуются степенными законами. На характер эпюры давления оказывает

влияние вязкость жидкости. Удельное давление в паре трения одинарного тор-

цового уплотнения определяют из баланса сил, действующих в торцовом уп-

лотнении. На аксиально-подвижную пару действуют:

- сила гидростатического давления G уплотняемой жидкости, действую-

щая на неуравновешенную площадь втулки/ м²

- усилия пружины;

-силы трении по уплотни тельному элементу T (в уплотнениях сильфо-

Ном T = 0);

-расклинивающая R.

Результирующую силу W, H, с которой аксиальное - подвижное кольцо

Прижимается к неподвижному, можно описать как

W=G+S-R-T

Где G – сила гидростатического давления, H:

G=ƒ*P

Удельное давление в паре трения , Па

Это выражение можно преобразовать

Причем для торцового уплотнения

Иногда принимают , считая, что усилие пружины уравновешивается

силой трения. Тогда окончательно удельное давление в паре трения , Па

=( -0,5)*Р,

где - коэффициент разгрузки:

Коэффициент разгрузки оказывает влияние на конструкцию торцового

уплотнения. При > 1 торцовое уплотнение считают неразгруженным, а при

< 1 - разгруженным.

При монтаже уплотнения с вращающимся аксиально-подвижным коль-

цом па валу постоянного диаметра из-за необходимости обеспечивать зазоры

между валом и превращающейся втулкой всегда имеемся условие, когда > F,

то есть > 1.

Разгруженное уплотнение с вращающимся аксиально-подвижным коль-

цом монтируют на ступенчатом валу или на гильзе, с помощью которой обес-

печивается необходимая разность диаметров.

Для установки неразгруженного уплотнения ( = 1) с вращающимся ак-

сиально-подвижным кольцом также нужен ступенчатый вал. Но, поскольку в

разгруженном уплотнении с таким же ступенчатым валом удельное давление на

контактные поверхности рабочих колец меньше, это уплотнение применяют

чаще, чем уплотнение, у которого = 1. При монтаже уплотнения с внешним

нагружением и невращаюгцимся аксиально-подвижным кольцом на валу посто-

янного диаметра любой коэффициент разгрузки может быть получен при изме-

нении размера .

Уплотнения, имеющие > 1, используют при легких рабочих условиях -

при низких давлениях уплотняемой жидкости. При повышенных давлениях

жидкости применяют разгруженные уплотнения, имеющие < 1.

В практике наиболее распространены значения коэффициента кр от 0,56

(для разгруженных уплотнений) до 1,2 (для неразгруженных).

Уплотнения с коэффициентом кр = 0,5 называется полностью разгружен-

ным, так как для них = 0.

При дальнейшем снижении коэффициента разгрузки ( <0,5) расклини-

вающая сила оказывается преобладающей и стремится отжать аксиально-

подвижное кольцо, что приводит к нарушению герметичности в паре трения. В

разгруженных торцовых уплотнениях нефтяных центробежных насосов реко-

мендуется удельное давление в паре трения принимать в пределах 5... 7 кгс/см2

при давлениях уплотняемой жидкости 25... 30 кгс/см2.

При конструировании уплотнении и их расчете существенное значение

имеет выбор поверхности трения, то есть ширины b уплотнительных поясков

рабочих колец. С уменьшением значения b снижается выделение тепла. В то же

время утечка через уплотнение практически не зависит от радиальной ширины

уплотнительной поверхности колец. Применяемые на практике значения шири-

ны кольца b находятся в пределах 2... 10 мм, а для нефтяных насосов с диамет-

ром валов от 40 мм до 100 мм - 3,5...6 мм.

3.1.4.1 Пример расчета торцового уплотнения

Частота вращения вала n = 2950об/мин, диаметр вала - 115 мм, диаметр

гильзы с расточкой под торцовое уплотнение - 125 мм. Конструктивные разме-

ры рабочих колец: d₁ = 151 мм; d₂ = 142 мм; d₀ = 146мм.

Поверхность трения F, см²

Неуравновешенная площадь аксиально-подвижного кольца, по которому

осуществляется гидравлический прижим ƒ, см²

Коэффициент разгрузки к_р = 0,56.

Для равномерного распределения давление трущихся поверхностей реко-

мендуется устанавливать по периметру не менее шести пружин. Принимаем

шесть пружин, равномерно распределенных по окружности.

При максимальном сжатии каждая пружина создает усилие 10 кгс. Удель-

ное давление от усилий всех пружин при максимальном их сжатии без учета

сил трения , кгс/см²

где т - количество пружин, т = 6;

S - сила сжатия одной пружины, кгс, S = 10 кгс,

Т - сила трения, кгс, Т = 0 кгс;

Удельное давление , кгс/ см²

Р - давлении среды в камере уплотнения, кгс/см², Р = 40 кгс/см²;

= (0,56 - 0,5)*40 = 2,4 кгс/ см².

Результирующее удельное давление в паре трения по формуле макси-

мальном сжатии пружин Р_Уд, кгс/см²

Р_уд =Р^'_уд+Р^``_уд

Р_уд = 2,4 + 2,9 = 5,3 кгс/см²

Такое значение удельного давления соответствует рекомендуемому

3,5...7 кгс/см².