Теория и расчет сухих торцевых газовых канавочных уплотнений валов холодильных турбокомпрессоров

• Автор: Юн, Владимир Климентьевич
• Шифр специальности: 05.04.03, 05.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 147 с.

Оглавление.

Перечень условных обозначений.

Введение

Глава 1. Методика расчета характеристик сухих торцевых газовых уплотнений

1.1. Элементы СТГУ.

1.2. Основные уравнения

1.3. Участок с канавками.

1.4. Бесканавочный участок.

1.5. Определение протечек, распорной силы и

коэффициента устойчивости

Глава 2. Математическая модель расчета СТГУ.

2.1. Основные принципы построения математической модели.
2.2. Определение параметров канавочного участка
2.3. Математическая модель бесканавочного участка.
Глава 3. Газодинамические характеристики СТГУ
различных типов уплотнений.
3.1. Влияние геометрических параметров на
газодинамические характеристики различных типов канавок.
3.2. Влияния термодинамических параметров газа на характеристики уплотнения.
3.3. Сопоставление расчетных данных по уплотнению
со спиральными канавками с опытными.
Глава 4. Расчет СТГУ в холодильных турбокомпрессорах.
4.1. Расчет СТГУ в аммиачных компрессорах.
4.2. Расчет СТГУ в этиленовых компрессорах
4.3. Расчет СТГУ на пропиленовом компрессоре
Заключение
Список литературы


Таким образом, сложилась ситуация, при которой необходимо создать общую теорию и расчет всех типов уплотнений, работающих на компрессорах или аппаратах в различных отраслях промышленности. В СТГУ для уплотнения используется рабочее вещество, отбираемое из проточной части турбокомпрессора, очищенное в фильтрах от твердых частиц размером более 5 мкм. Протечки через уплотнение измеряемые в литрах за минуту при давлении в 1 бар и температуре в 1 °С завися! При использовании двухсторонних уплотнений и буферного газа протечки могут быть значительно меньшими. К сожалению, в технической литературе отсутствуют сведения о методиках, используемых фирмами при расчете СТГУ. Рабочие зазоры в СТГУ находятся в пределах 2-5 мкм, что и обуславливает малые протечки, однако работа уплотнения зависит от более чем -ти параметров - конструктивных и термогазодинамических, что осложняет расчет течения в уплотнениях. Постановка задач о течении в СТГУ с учетом сжимаемости рабочего тела, рассматриваемого как реальный газ, и учета теплоотвода от потока в щели через вращающееся кольцо, опубликована в ряде статей Г. Н. Дена и его сотрудников. Однако рабочие программы, позволяющие получать зависимости протечек и распорной силы, а также коэффициента устойчивости работы СТГУ до сих пор отсутствовали. Эти программы описаны в настоящей работе. Получены расчетные характеристики - зависимости протечек, распорной силы и коэффициента устойчивости от зазора при различных угловых скоростях вращения вала, числах и углах наклона канавок, давления перед уплотнением при работе на воздухе до бар, работе на аммиаке, этилене и пропилене. Получены распределения давлении и температур вдоль радиуса и степенные формулы, аппроксимирующие характеристики уплотнений. Рассмотрен вопрос об обеспечении отсутствия конденсации аммиака в уплотнениях аммиачных холодильных компрессоров. Вопросы прочности в работе не рассматривались. Создание методики расчета СТГУ, учитывающей влияние большого числа факторов будет способствовать использованию таких уплотнений в отечественных холодильных турбокомпрессорах. В последние годы на международных симпозиумах “Потреб ите лей-Производителей компрессоров и компрессорного оборудования”, проходящих в СПбГТУ не раз обсуждалась тема по применению и эксплуатации СТГУ на холодильных турбокомпрессорах. Применение СТГУ на центробежных компрессорах аммиачного производства перспективны в случаях, если перекачиваемый газ одновременно является и холодильным агентом. Так при синтезе аммиака для сжатия азотоводородной смеси применяют турбокомпрессоры высокого давления (0-0 бар), использующие масляные уплотнения, что приводит к массе проблем по обслуживанию и эксплуатации системы. Для циркуляции и охлаждения аммиака используются центробежные компрессора низкого давления, также в исполнении с масляными уплотнениями. Замена их на сухие газовые уплотнения сразу может снять эти недостатки. Протечки в СТГУ по сравнению объемными расходами сжимаемого и перекачиваемого газа очень малы, даже в несколько раз меньше чем в случаях применения уплотнений с маслозатвором. Большинство существенных изменений в конструкции современных компрессоров связано использованием газовых уплотнений. СТГУ работает даже в случае загрязненных газов или высокого давления - это те два случая для которых ранее широко использовались обычно масляные уплотнения. В нефтеперерабатывающих отраслях применение СТГУ привело к колоссальному прорыву в области усовершенствования и модернизации центробежных компрессоров. В производстве этилена и пропилена на центробежных компрессорах для получения холода на различные температурные уровни были внедрены сухие газовые уплотнения. Опыт эксплуатации СТГУ этих компрессоров, по данным фирмы “Джон Крейн”, показали неоспоримые преимущества перед масляными уплотнениями. Одним из наиболее перспективных направлений повышения технического уровня, надежности и эффективности эксплуатации центробежных компрессоров газоперекачивающих агрегатов (ГПА) являются оснащения их сухими газовыми уплотнениями. В конце -х годов АО “НПО им. Фрунзе” приступило к модернизации выпускаемых ГПА путем применения СТГУ.