Разработка, исследование и внедрение "сухих" газодинамических уплотнений центробежных компрессорных машин

• Автор: Новиков, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 05.04.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 280 с. : ил.

Предисловие
Настоящая работа посвящена разработке и исследованию «сухих» газодинамических уплотнений (СГУ) центробежных компрессоров (ЦК).
Разработана термоупругогазодинамическая математическая модель функционирования СГУ, описанная системой дифференциальных уравнений с соответствующими граничными условиями, состоящая из уравнений Рейнольдса и энергии для газового слоя, зависимостей коэффициентов вязкости и теплопроводности газовой смеси от температуры газа, уравнений теплопроводности и упругого равновесия для газодинамических колец, условия равновесия аксиально-подвижного кольца. Получено численное решение разработанной математической модели, которое реализовано в виде программы расчёта, общий объём кодов которой составляет около 41 тыс. строк текста.
Проведено численное исследование влияния режимных параметров работы компрессора и геометрических размеров газодинамических колец на характеристики уплотнения и форму уплотнительного зазора.
Теоретические положения работы проверены и подтверждены экспериментальными результатами, полученными при исследованиях СГУ на специально разработанных стендах и в натурных компрессорах в местах их эксплуатации.
Разработаны рекомендации для проектирования СГУ, позволившие спроектировать типоразмерный ряд уплотнений, охватывающий широкий спектр центробежных компрессоров.
Разработанные комплекты СГУ, состоящие из панелей регулирования и контроля работы уплотнений и собственно узлов СГУ с успехом эксплуатируются в составе ЦК на предприятиях ОАО «Роснефть», ОАО «Сибур», ОАО «Лукойл», ОАО «Газпром».

Оглавление

Введение
Г лава 1 Современное состояние исследований в области систем «сухих» газодинамических уплотнений
для центробежных компрессорных машин
1.1 Конструктивные схемы СГУ, принцип работы,
область применения
1.2 Описание работы газодинамической
ступени СГУ
1.3 Формы газодинамических канавок
1.4 Форма канавки под резиновое уплотнительное
кольцо в стальном поджимающем кольце
1.5 Конструкции барьерного уплотнения
1.6 Классификация СГУ по
конструктивному исполнению
1.7 Материалы газодинамических колец СГУ
1.8 Современное состояние методов расчёта
1.9 Экспериментальные исследования СГУ
1.10 Опыт внедрения
1.11 Выводы, постановка задачи исследования
Глава 2 Математическая модель работы СГУ
2.1 Допущения в математической модели работы СГУ..
2.2 Уравнение для давлений в уплотнительном
зазоре
2.3 Уравнение для температуры в уплотнительном
зазоре
2.4 Зависимости вязкости и плотности газа
от температуры
2.5 Уравнение теплопроводности для
газодинамических колец

2.6 Определение коэффициента теплоотдачи
2.7 Уравнение упругого равновесия для
газодинамических колец
2.8 Условие равновесия аксиально-подвижного кольца
2.9 Интегральные характеристики СГУ
2.10 Реализация математической модели СГУ
2.11 Выводы
Г лава 3 Расчётное исследование влияния режимных параметров
работы ЦК, геометрических размеров
газодинамических колец на характеристики СГУ и форму
уплотнительного зазора
3.1 Влияние режимных параметров работы ЦК
на характеристики СГУ
3.1.1 Влияние уплотняемого давления Р0 на
характеристики СГУ
3.1.2Влияние скорости вращения ротора п на
характеристики СГУ
3.1.3Влияние уплотняемой температуры Т0 на
характеристики СГУ.......................................... 11 ^
3.1.4Характер изменения Нт-т и Q в зависимости
от Р0,п,Т
3.2 Влияние режимных параметров работы ЦК на деформации газодинамических колец и форму
уплотнительного зазора
3.2.1Влияние уплотняемого давления Р0 на деформации газодинамических колец и форму
уплотнительного зазора
3.2.2Влияние скорости вращения ротора п на деформации газодинамических колец и форму
уплотнительного зазора

время на приобретение заготовок (и их стоимость) для газодинамических колец и резиновых уплотнительных колец. Применение апробированных газодинамических колец может существенно сократить время испытаний СГУ. Всё вышесказанное позволяет снизить затраты на изготовление, сократить сроки поставки, а следовательно и снизить стоимость СГУ для конечного потребителя.
В этой связи разработка типоразмерного ряда является важным и необходимым условием для уменьшения издержек и повышения конкурентоспособности производителя СГУ.
1.7 Материалы газодинамических колец СГУ
Материалы, используемые для изготовления газодинамических колец, определяются условиями их работы и технологическими особенностями изготовления. Хотя принцип работы СГУ исключает контакт между газодинамическими кольцами, их соприкосновение всё же может иметь место в моменты пуска или останова компрессора, когда в корпусе сжатия находится газ под высоким давлением. С этой точки зрения для материалов колец необходимо применять разнородный материал или наносить на рабочую поверхность одного из колец антифрикционное покрытие. По такому принципу изготавливаются газодинамические кольца фирмы «Еа£1еВш^тапп», в которых оба кольца изготавливаются из карбида кремния, а на рабочую поверхность аксиально-подвижного кольца наносится алмазоподобное покрытие. По рекламным буклетам, антифрикционное покрытие позволяет произвести до 500 пусков без износа колец. Кольца в сочетании «карбид кремния - карбид кремния» применяются большинством фирм при изготовлении СГУ для уплотняемого давления выше 10 МПа. До давления 10 МПа фирмами-производителями традиционно применяются кольца из разнородного материала в сочетании: вращающееся кольцо «карбид вольфрама» - аксиально-подвижное