Компрессорные и насосные установки

Состав компрессорной установки.

В состав стационарной воздушной установки со средней и большой производительностью (подачей) входят камера фильтров, дроссельное устройство, регулирующее расход всасываемого воздуха; компрессор с охладителем после каждой ступени сжатия, запорная задвижка с обратным клапаном и воздухосборник - рессивер. Наряду с охладителем или совмещено с ним устанавливают масловлагоотделитель. В стационарных установках с малой подачей и в передвижных установках оборудование соединяют в один блок (обычно на компрессоре).

 

Основные технические характеристики компрессоров.

 

К основным показателям компрессора относятся - тип, производительность (подача), давление нагнетания (для дожимных — давление всасывания и нагнетания), частота вращения вала, мощность, масса. Эти показатели частично указывают в маркировке.

Поршневые компрессоры выпускают трёх типов: бескрейцкопфные с У-образным расположением цилиндров (маркируют ВУ и ГУ), крейцкопфные с прямоугольным расположением цилиндров (ВП и ГП) и крейцкопфные с горизонтальным - оппозитным расположением цилиндров по обе стороны рамы - (ВМ и ГМ).

Компрессоры воздушные поршневые стационарные общего назначения (крейцкопфные) с избыточным конечным давлением до 0,78 МПа (8 кгс/см2) и бескрейцкопфные с избыточным конечным давлением до 0,78; 1,18 МПа (8,0; 12,0 кгс/см2) выпускают по ГОСТ 23680-79, остальные компрессоры по техническим условиям (ТУ) заводов- изготовителей. В маркировке всех компрессоров буквы В и Г указывают назначение компрессора (воздушный или газовый). Следующие буквы УП или М определяют расположение цилиндров (У - У-образные, П - прямоугольное и М - горизонтальное оппозитное).

Например, марка 4ГМ16-12,5/17-28М1 - компрессор четырёхрядный, газовый, оппозитный, номинальная поршневая сила (номер базы) 16 те (160 к Н), подача 12,5 млмин, начальное и конечное абсолютное давление 17 и 28 кгс/см2 (1,7 и 2,8 МПа), М1 -модернизация первая; марка 2ГП-2/220М1 - поршневая сила 2 те (20 кН), газовый, прямоугольный, подача 2 мЛмин, избыточное давление 220 кгс/см' (22 МПа), модификация первая. В прямоугольных компрессорах старых выпусков маркировке предшествовали цифры 20, 30, означавшие номер модернизации, например 202ВП, 305ВП и т.п

У-образные компрессоры (рис.2.4) (У) поставляют комплектно в блоке с электродвигателем, соединенным с коленчатым валом упругой муфтой. Эти компрессоры бескрейцкопфные с тронковыми поршнями; смазывание разбрызгиванием масла из рамы. Разборке при монтаже не подлежат.

 

(рис.2.4) Угловой  У-образный поршневой компрессор:

1 - коленчатый  вал; 2,3- цилиндр и поршень ступени II; 4 — шатун; 5 - всасывающий и нагнетательный клапан; 6,7 - цилиндр и поршень ступени I

 

 

 

 

Прямоугольные компрессоры (рис.2.5) с водяным охлаждением поставляется в сборе с присоединненым электродвигателем эти компрессоры крейцкопфные двухрядные. Число цилиндров определяется конечным давлением. Промежуточные охладитель при двухцилиндровом исполнеии сблокирован с компрессором, при многоцилин дровом обособлен. Раздельно поставляют концевой охладитель и фильтр. Смазывание цилиндров под давлением (прессовое), механизма. Оппозитные компрессоры (М) в зависимости от назначения выпускают в Двух- Четырёхишестиразрядном исполнении.

       (рис.2.5) Прямоугольный поршневой компрессор:                                                                1 - рама; 2, 3 - цилиндр и поршень ступени 11; 4 — клапан;

5,6 - цилиндр и поршень  ступени I;      7 - промежуточный охладитель;                                                  8 - крейцкопф; 9- коленчатый вал; 10 - шатун масла из рамы.

2.2. Выбор способа и оборудования  при модернизации

Модернизация насосного оборудования и системы управления. Замена регулирования задвижкой на регулирование при помощи ЧРП (частотно регулируемый привод) позволяет оставаться в области высокого КПД в широком диапазоне изменения подачи насоса. В сложных системах, состоящих из двух насосов и более, наибольший эффект может быть достигнут в результате комплексного подхода, комбинирующего различные методы регулирования. Современные станции управления, такие как HMS Control ST, конфигурируются с учетом всех индивидуальных особенностей управляемого объекта и могут обеспечивать согласованную работу насосов, имеющих различные рабочие характеристики, обеспечивая точное поддержание технологических параметров, повышение КПД, увеличение срока службы и надежности насосной системы в целом. В свою очередь, любые мероприятия по модернизации должны опираться на достоверные данные о работе насосного оборудования и характеристиках системы. В каждом случае необходимо рассматривать несколько вариантов, а в качестве инструмента по выбору оптимального варианта использовать метод оценки стоимости жизненного цикла насосного оборудования.

Ожидаемый экономический эффект от модернизации определяется как техническими преимуществами поставляемого оборудования, так и его правильным подбором с учетом всех особенностей технологического процесса.

 

 

 

 

 

 

2.3.Оптимальные технологические  параметры процесса

Любое компрессорное оборудование имеет свой технический ресурс. Это то количество времени, которое сможет проработать установка до полного износа ее частей и узлов, при котором ремонт является нецелесообразным. Технический ресурс любой компрессорной установки не может быть установлен точно, поскольку он зависит от конкретных условий эксплуатации оборудования. Средний срок службы компрессорных установок Средний срок службы различных моделей компрессоров, работающих в оптимальных условиях эксплуатации, может составлять: -Для коаксиальных поршневых установок – 2-3 года -Для поршневых моделей с ременным приводом – 4 года (с частотой вращения 1200-1500 оборотов/мин) и не менее 5 лет (с частотой вращения 1000 оборотов/мин) -Для винтовых компрессоров – 10-12 лет. Факторы, влияющие на ресурс и срок службы компрессорного оборудования На срок службы любого компрессора могут влиять различные факторы, среди которых следует отметить следующие:

Температура окружающей среды 
Большинство моделей компрессорного оборудования рассчитано на эксплуатацию в диапазоне температур от +5…+45 градусов. Более низкая температура воздуха ведет к повышению вязкости компрессорного масла, а, следовательно, к увеличению нагрузки на установку. Более высокая температура является причиной разжижения масла, что повышает износ сопряженных рабочих поверхностей. Чистота помещения, компрессора и воздуха, поступающего в компрессорное оборудование 
Сама компрессорная установка должна быть чистой, тогда лучше происходит процесс охлаждения. Кроме того, ее легче контролировать и отслеживать неисправности и утечки. При работе в пыльном и грязном помещении компрессор быстрее засоряется и подвергается более быстрому износу.

Состояние электросети 
Скачки в электросети, пониженное напряжение, пропадание или перекос фаз негативно сказываются на состоянии компрессорной установки и могут стать причиной снижения ее ресурса. Своевременное и качественное обслуживание 
Любое компрессорное оборудование нуждается в периодическом обслуживании. Нерегулярное и некачественно проведение профилактических работ может привести к сокращению срока службы установки. Правильный выбор компрессора.                                                      От правильности выбора той или иной модели зависит срок ее службы.                            Компрессор должен подбираться с запасом производительности и интенсивности работы.

 

 

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО МОДЕРНИЗАЦИИ.

3.1Обоснование - расчет оптимальной  схемы и выбор оборудования

      Исходные данные для расчета.

Параметры	Значения
Геометрическая высота подачи воды Hг, М	27
потери во всасывающих трубопроводах, hwвс, М	0,35
потери в напорных трубопроводах, hwн, М	3,96
потери на внутристанционных коммуникациях, hwнс, М	2,5

 

 

1. Определение требуемого  напора H насосной станции Напор  насосной станции определяем  следующим образом:

H = Hг+ hwвс+ hwн+ hwнс+ 1; м, (3.1)

где Hг- геометрическая высота подачи воды - разность отметок уровня воды в резервуаре чистой воды и максимального уровня в водонапорной башне.

Hг= (112 + 10 + 6) - 101 = 27 (м);

6 м - высота воды в баке; hwвс,hwн- потери во всасывающих и напорных трубопроводах, м; 1 м - запас на излив; hwнс- потери на внутристанционных коммуникациях.

H = 27 + 0.345 + 3.961 + 2.5 + 1 = 34.806 (м).

2. Выбор марки хозяйственно-бытовых  насосов Для подбора насоса  необходимо знать Qчаси Нтреб. Требуемый напор нам уже известен. Найдём часовой расход по формуле: Qчас= КчQmax/ 24,

где Кч- коэффициент часовой неравномерности водопотребления; Qmax- максимальная производительность станции в сутки. Qчас= 1,3712000/24 = 684 м3/час; Разделим Qчас на количество насосов и получим необходимый расход: Q = 684/2 = 342 м3/час; H = 34.806 м. Зная требуемый напор H, с помощью сводного графика полей Q - H насосов, выбираем следующий тип насоса Д 500 – 36.

Центробежный горизонтальный насос с двусторонним подводом воды (тип Д) снабжён чугунным корпусом с осевым разъёмом. В нижней части корпуса расположены всасывающий и напорный патрубки, направленные в противоположные стороны перпендикулярно оси насоса. Такое расположение патрубков обеспечивает компактность насосной установки, удобства расположения трубопроводов, простоту монтажа, эксплуатацию и ремонт насосного агрегата без демонтажа всасывающего и напорного трубопроводов. Уплотняющие кольца - чугунные и легко снимаются. В сальниках насоса предусмотрено гидравлическое уплотнение, в которое вода подаётся по патрубкам из спиральной камеры насоса. Муфта с упругими вкладышами служит для соединения насоса с электродвигателем.

3. Определение фактической  подачи насоса Для определения  фактической подачи насоса необходимо  построить напорно-расходную характеристику  напорного трубопровода и характеристику  насоса. Принимаем насос с необточенным  рабочим колесом. Характеристику  будем строить для одного водовода.

I = Qрасч./ 2 = 0, 19/2 = 0,95 м3/с,

Характеристика трубопровода строится по формуле:

H = Hг+ h или H = Hг+ SQ2, где Hг= 27 м - геометрическая высота поднятия воды,

S - сопротивление трубопровода.

S = S0lпр,

где S0- удельное сопротивление,

S0= 0,001478/dн5,226, м-1;

dн- диаметр напорного трубопровода, м;

lпр- приведенная длина трубопровода, м;

lпр= lнkн,

где lн- длина напорного трубопровода, м;

kн= 1,1.

S0= 0,001478/0,35,226= 0,7984 с2/м6;

lпр= 4101,1 = 451 м;

S = 0,7984 451 = 360,0784 с2/м5.

 

 

 

Координаты характеристики трубопровода:

Q, м3/ч	0	108	216	342	468	576
Q, м3/с	0	0,03	0,06	0,095	0,13	0,16
H, м	27	27,32	28,3	30,25	33,09	36,22

Так как напорный трубопровод состоит из двух водоводов, то строим суммарную напорно-расходную характеристику для трубопровода. Напорно-расходную характеристику выбранного насоса строим используя данные таблицы " Характеристики насосов типа Д".

Q, м3/ч	400	500	600
Н, м	4236,5	39	35

Так как мы приняли 2 рабочих хозяйственно - питьевых насоса, то строим суммарную напорно-расходную характеристику для 2 - х однотипных насосов. Точка пересечения напорно-расходных характеристик насосов и трубопровода называется рабочей или режимной точкой. Подача, соответствующая режимной точке, является фактической подачей насоса: Qфак.= 1152,5 м3/ч.

4. Расчёт диаметра обточенного  колеса насоса и уточнение  подачи насосов Так как Qфакт> Qрасч(Qфак.= 1152,5 м3/ч, Qрасч.= 684 м3/ч), то необходимо рассчитать обточку рабочего колеса так, чтобы изменение характеристики дали режимную точку А в таком месте, чтобы Qфакт. Попадала в оптимальный интервал.

Определяем коэффициент быстроходности по формуле:

ns= 3.65nQ / H0.75.

Значения напора H, м, подачи Q, м3/с, и частоты вращения рабочего колеса n, об / мин, берутся из маркировки насоса:

H = 36 м, Q = 500 м3/ч,

n = 980 об / мин.

Ns= 3.651450160/3600/300.75= 87.

Так как значение коэффициента быстроходности попадает в интервал 60 < ns< 120, то рекомендуемый предел обточки составляет 15 - 20 %. Значение ns< 150, поэтому будем использовать следующие формулы при расчёте величины обточки колеса:

Qоб./ Q = Dоб./ D; Hоб./ H = (Dоб./ D)2.

Используя данные выражения для пересчёта напорных характеристик, получаем уравнение пропорциональности: H = KQ2. Построим параболу подобных режимов, проходящую через необходимую нам режимную точку А (Q = 684 м3/ч), лежащую на характеристике трубопровода:

К = Н / Q2;

К = 30/6842= 0,000064122с2/м5. Задавшись рядом значений Q, по уравнению

Н = 0,000064122Q2 определим соответствующие значения Н и построим параболу до пересечения с характеристикой Q - Н необточенного колеса:

Q, м3/ч	0	90	180	270	360	450	540	630	720	810
Н, м	0	0,52	2,08	4,67	8,31	12,98	18,7	25,45	33,24	42,07

 

Определим диаметр обточенного колеса:

Dоб.= DQоб./ Q;

Dоб.= 525684/810 = 444 мм. Подсчитаем процент обточки: (525 - 444) 100% / 525 = 15,4 %, что соответствуют нормам. об.= 1 - (1 - ) (D / Dоб.)0,25;

Qоб.= QDоб./ D; Hоб.= H (Dоб./ D)2.

До обточки	После обточки
Q, м3/ч	H, м	, %	Qоб.,м3/ч	Hоб., м	об.,%
400	42	78	338	30	77
500	39	81	423	27,9	80
600	35	79	508	25	78