Совершенствование поршневых детандер-компрессорных агрегатов

• Автор: Прилуцкий, Алексей Андреевич
• Шифр специальности: 05.04.03, 05.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 210 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПОРШНЕВЫЕ ДЕТАНДЕРКОМПРЕССОРНЫЕ АГРЕГАТЫ.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ.

1.1. Преимущества совмещения компрессорных и детандерных ступеней

в составе детандеркомпрессорного агрегата ДКА.

1.2. Области применения детандеров и

детандеркомпрессорных агрегатов.

1.3. Поршневые детандеры. Конструкции. Современное состояние.

Тенденции повышения технического уровня

1.4. Формулировка научной и технической проблем.
1.5. Основные задачи исследования.
2. КОНСТРУКЦИЯ ДЕТАНДЕРКОМПРЕССОРНОГО АГРЕГАТА. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Цель и задачи эксперимента.
2.2. Конструкция детандеркомпрессорного агрегата.
2.3. Экспериментальный стенд. Методика эксперимента.
2.4. Предварительные испытания детандеркомпрессорного агрегата
2.4.1. Порядок пуска агрегата.
2.4.2. Предельно допустимая величина начального давления газа.
2.4.3. Анализ контрольных индикаторных диаграмм.
Оценка адекватности расчетных и экспериментальных данных
2.4.4. Особенности работы детандерной ступени при рн рк
2.4.5. Контрольные тепловые испытания детандерной ступени.
2.4.6. Результаты испытаний модернизированной детандерной ступени
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ
В КОМПРЕССОРНЫХ И ДЕТАНДЕРНЫХ СТУПЕНЯХ ДКА.
3.1. Введение
3.2. Общие допущения.
3.3. Математическая модель второго уровня
3.4. Математическая модель третьего уровня.
4. РАСЧЕТНОТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАБОТЫ СТУПЕНЕЙ ДКА .
4.1. Анализ работы компрессорных ступеней.
4.1.1. Согласование работы ступеней в составе агрегата
4.1.2. Методика оценки герметичности клапанов в закрытом состоянии .
4.1.3. Герметичность ступеней при износе уплотнительных колец.
4.1.4. Динамика потоков газа в уплотнении поршней тронкового типа
4.1.5. Методика оптимизации конструкции уплотнительных узлов
4.1.6. Оценка интенсивности теплообмена в ступенях
с различным объмом рабочего цилиндра.
4.1.7. Влияние начальной плотности газа на теплообмен в ступени
4.1.8. Особенности динамики движения пластин ленточных клапанов с упругим ограничителем ЛУ.
Методика оптимизации конструкции клапанов.
4.2. Анализ работы детандерной ступени.
4.2.1. Сравнительный анализ рабочих циклов
4.2.2. Температурное поле в цилиндре детандерной ступени
в процессах выхлопвытеснение
4.2.3. Оценка интенсивности теплообмена
в ступенях с различным объмом рабочего цилиндра.
4.2.4. Оценка интенсивности теплообмена в ступенях с постоянным объмом цилиндра и частотой вращения вала.
4.2.5. Влияние величины начальной плотности газа
4.3. Особенности совместной работы компрессорных и детандерной ступеней ДКА1С при переменном давлении
на входе в детандерную ступень р
4.4. Автономные малорасходные детандеркомпрессорные агрегаты
на многорядных высокооборотных базах
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


В то же время конструктивно они, как правило, однотипны и имеют много общего: выполняются обычно на однотипных базах, оснащаются конструктивно одинаковыми уплотнительными узлами, системами смазки и т. Вместе с тем, существующие компрессоры и детандеры значительно отличаются друг от друга по частоте вращения вала, что обусловлено исторически сложившейся традицией применения однорядных кинематических схем детандеров и систем газораспределения с клапанами принудительного действия. Применение компрессоров и детандеров в виде самостоятельных машин в составе различных установок приводит к ряду негативных последствий. Среди них можно выделить: увеличение общей протяженности трубопроводов, рост суммарной металлоемкости компрессоров и детандеров, необходимость в дополнительных площадях для их размещения, увеличение номенклатуры комплектующих изделий, сборочных единиц и запчастей, усложнение обслуживания, снижение надежности и безопасности работы технрлогической системы в целом. В конечном итоге это приводит не только к увеличению стоимости установки, но и к снижению эффективности и надежности её работы. Такие агрегаты в дальнейшем будем называть детандер - компрессорными агрегатами (ДКА). Обеспечивается форсирование агрегата по частоте вращения вала, вследствие чего резко сокращаются удельные массо - габаритные показатели, а процесс расширения газа в детандерной ступени становится более эффективным, приближаясь к внешне адиабатному. Исключается возможность «разгона» детандера, что способствует повышению уровня безопасности при эксплуатации. Обеспечивается возврат мощности детандерной ступени непосредственно на вал агрегата, что упрощает конструкцию и существенно снижает фактические затраты мощности. Снижается уровень вибраций агрегата. Указанные преимущества позволяют прогнозировать улучшение техникоэкономических показателей детандер-компрессорных агрегатов. Выполненный анализ показал, что на существующих нормализованных базах современных компрессоров, сжимающих различные газы до давления нагнетания рнг ^ МПа*, могут быть созданы унифицированные детандер -компрессорные агрегаты следующего функционального назначения (рис. Автономные, экологически чистые источники холодного воздуха с начальным давлением на входе в детандерную ступень рн = 0. МПа и с конечным давлением на выходе детандерной ступени агрегата рх равным атмосферному при конечной температуре газа в диапазоне 3 . Рис. Детандер - компрессорные агрегаты для воздухоразделительных установок среднего и высокого давления [], работающие при давлении на входе в детандерную ступень рн =2. МПа и конечном давлении рк =0. МПа. Примером подобного применения ДКА может служить предложенная к. Горбенко А. Л. (СПбГУНиПТ) схема воздухоразделительной установки среднего давления, предусматривающая отбор газообразного азота из нижней колонны. В состав ВРУ входит многоцелевой детандер-компрессорный агрегат (см. Согласно предложенной схеме весь перерабатываемый воздух подвергается предварительному разделению в нижней колонне. При этом часть газообразного азота отбирается из нижней колонны и после подогрева и последующего расширения в азотной ступени 7 ДКА присоединяется к потоку отходящего из верхней колонны азота. По мнению автора в этом случае повышается эффективность процесса разделения воздуха в установках, предназначенных для получения технологического кислорода в аппарате двукратной ректификации за счет уменьшения количества флегмы, подаваемой из нижней колонны в верхнюю. Преимуществом предложенного варианта (по сравнению со схемой с вводом газообразного воздуха в верхнюю колонну) автор считает более простое исполнение ректификационной колонны. В компрессорном блоке ДКА (см. МПа. После основного теплообменника большая часть потока воздуха расширяется в детандерной ступени 5 до давления примерно 0. МПа. Колонна предварительного разделения воздуха работает под давлением 00. МПа, а колонна низкого давления - при 00. МПа. В нижней колонне происходит предварительное разделение воздуха с получением азотной флегмы, содержащей 0. Рис.