Эксплуатация агрегата ГПА-16 УТГ

КОНСТРУКЦИЯ
ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАГНЕТАТЕЛЯ 398-23-1ЛСМ
Конспект лекций
Екатеринбург
2012
Эксплуатация агрегата ГПА-16 УТГ-02 «Урал»
Центробежный нагнетатель 398-23-1ЛСМ
Нагнетатель выполнен
двухступенчатым
с
радиальным
подводом
и
тангенциальным отводом газа.
Корпус
нагнетателя
бочкообразный
с
одним
вертикальным
разъемом.
Цилиндр корпуса 3 (рис. 2)
выполнен из литой стали и
имеет внутренние кольцевые
проточки,
представляющие
собой
часть
каналов
проточной
части.
Рис .1. НЦ 398-23-1ЛСМ
Газоприемный (входной) и
нагнетательный (выходной)
патрубки отлиты за одно целое с цилиндром и имеют приварные фланцы Ду
700 для присоединения к газопроводу.
Крышка цилиндра 12 выполнена из кованой стали и имеет упругую
диафрагму 10 для крепления щеки диффузора 9.
В корпусе нагнетателя расположен ротор 18, всасывающая часть
(диафрагма всасывающая) 4 и средняя часть с обратным направляющим
аппаратом 6, диафрагмой 7 и дисками 9, формирующими безлопаточные
диффузоры.
Крышка с диафрагмой образует нагнетательную часть пакета. Корпус
совместно с пакетом образует проточную часть нагнетателя.
Движение газа в проточной части происходит за счет создания поля
центробежных сил в рабочих колесах (РК) нагнетателя. Поток газа из
всасывающего патрубка поступает во всасывающую камеру нагнетателя,
затем в первое рабочее колесо 27. В рабочем колесе повышается
потенциальная и кинетическая энергия газа, возрастают его давление и
скорость. В расположенном за колесом безлопаточном диффузоре
кинетическая энергия потока, вышедшего из колеса, частично преобразуется
в потенциальную, скорость газа уменьшается, а давление возрастает.
Обратный направляющий аппарат организует поток на входе
следующего рабочего колеса. В рабочем колесе второй ступени происходит
дальнейшее повышение энергии газа. Из-за уменьшения объема газа после
первой ступени, проточная часть второго РК выполнена уже, чем у первого.
2
Эксплуатация агрегата ГПА-16 УТГ-02 «Урал»
Рис. 2. ЦН 398-23-1ЛСМ (продольный разрез):
1,13 – патрубки вентиляции, 2,16 – корпуса опорного и опорно-упорного подшипников, 3 – корпус ЦН, 4 – входная диафрагма, 5 –
обтекатель, 6,7 – диафрагмы обратного направляющего аппарата, 8 – посадочный пояс, 9 – щека диффузора, 10 – диафрагма сборной
камеры, 11 – уплотнительное кольцо, 12 – крышка ЦН, 14,17,19, 22, 34 – блоки датчиков положения вала, 15 – диск-ротор осевого
магнитного подшипника (ОМП), 18 – вал ЦН, 20,36 –ротор радиальных магнитных подшипников (РМП), 21,37 – электромагниты РМП,
23,35 – страховочные опорные шарикоподшипники, 24,33 – СГУ, 25,26,28,29,32 – лабиринтные уплотнения, 27,30 – рабочие колеса, 31 –
разгрузочный поршень, 38 – электромагниты ОМП, 39 – страховочные опорно-упорный шарикоподшипник
3
Эксплуатация агрегата ГПА-16 УТГ-02 «Урал»
Сужение достигается уменьшением ширины выходного канала при
сохранении его внутреннего и наружных диаметров постоянными. После
частичного преобразования энергии во втором диффузоре газ поступает в
сборную камеру, откуда направляется в нагнетательный патрубок и далее по
нагнетательному трубопроводу в трассу.
Для сокращения внутренних протечек газа используются лабиринтные
уплотнения 25, 26, 28, 29, 320 (материал гребней - латунь Л 63).
Обоймы концевых лабиринтных уплотнений имеют пояски,
наплавленные латунью, предохраняющие гребни от повреждения при сборке.
Для восприятия радиальных и осевых нагрузок, действующих на ротор
нагнетателя, служат магнитные подшипники, называемые также магнитным
подвесом (МП). МП основан на взаимодействии неподвижных управляемых
электромагнитов с магнитопроводящими материалами ротора. Управление
электромагнитами осуществляется системой управления магнитным
подвесом (СУМП) от сигналов вихретоковых датчиков положения ротора 14,
17, 19, 22, 34, расположенных в блоках установленных вблизи МП. Два
радиальных 23, 35 и один радиально-упорный 39 шарикоподшипники
являются страховочными, удерживающими ротор при отключении
электромагнитов.
Во взвешенном состоянии ротора при действии МП страховочные
подшипники не несут нагрузку: внутренние кольца опорных и наружное
кольцо упорного шарикоподшипников не касаются элементов конструкции.
Осевой (упорный) магнитный подшипник ОМП воспринимает часть
нагрузки, действующей на ротор, в сторону всасывания. Уменьшение
суммарного осевого усилия осуществляется думмисом (разгрузочный
поршень ротора) 31. Для создания разности давлений на думмисе
задуммисная полость соединена трубой с всасывающим патрубком
нагнетателя. Упорный шарикоподшипник ограничивает осевое перемещение
ротора (осевой разбег). Радиальные шарикоподшипники воспринимают вес
ротора после остановки нагнетателя и отключения СУМП согласно
алгоритму.
Нагнетатель снабжен сухими газовыми уплотнениями (СГУ) 24, 33
торцового типа, препятствующими выходу газа из корпуса. В корпусе
нагнетателя имеются каналы для подвода буферного газа и барьерного
воздуха.
Опорами ротора служат магнитные подшипники, называемые также
магнитным подвесом (МП). МП включает два радиальных и один осевой
электромагнитные
подшипники.
Роторные
элементы
магнитных
подшипников представляют собой втулки с закрепленным на них
магнитопроводящим материалом 15, 20, 36 и втулки датчиков положения
вала. Втулки насажены на вал по конусной посадке с натягом. Статорные
элементы МП состоят из неподвижных управляемых электромагнитов 21, 37,
38 и блоков вихретоковых датчиков положения вала 14, 17, 19, 22, 34 .
4
Эксплуатация агрегата ГПА-16 УТГ-02 «Урал»
По сигналам вихретоковых датчиков система управления магнитным
подвесом, (СУМП) управляет током в катушках электромагнитов,
обеспечивая центровку ротора в зазоре между статорными и роторными
элементами МП. При отключении МП ротор ложится, на страховочные
радиальные шарикоподшипники.
Работа
опорных
МП
контролируется
вихретоковыми
преобразователями виброперемещений вала и термопреобразователями,
определяющими
температуру
электромагнитов
и
страховочных
подшипников.
Корпуса опорного МП 2 и опорного с упорным МП 16 прикреплены к
цилиндру и крышке корпуса нагнетателя соответственно. Корпуса соединены
с вентиляционными трубами 1, 13 для отвода газа. На обоих корпусах
установлены клеммные коробки с герметичными вводами для силовых и
сигнальных кабелей, соединяемых с СУМП. Корпуса и другие элементы
конструкции в зоне размещения МП изготовлены из нержавеющей стали,
препятствующей ненаправленному распространению магнитных потоков.
Корпус нагнетателя
Корпус нагнетателя является основным силовым элементом,
воспринимающим нагрузки от статора и ротора и передающим их через
опоры на раму агрегата.
Корпус состоит из цилиндра и нагнетательной части, представляющей
собой сборную конструкцию из крышки и диска (диафрагмы).
Цилиндр изготовлен из стали 20 ГСЛ, крышка, диск и приварные
фланцы на патрубках цилиндра выполнены из стали 14Х2ГМР.
Нагнетательная часть крепится к цилиндру шпильками и
специальными круглыми гайками с резьбой М 72 из стали 25X1МФ. В
кольцевой канавке крышки размещено кольцо 11 диаметром сечения 16 мм
из резины марки В-14-1, обеспечивающее герметичность стыка цилиндра и
крышки.
В нагнетательной части (крышке) имеются радиальные каналы для
подвода буферного газа и барьерного воздуха к СГУ, отвода газа после 1-й
ступени СГУ (первичной утечки), отвода смеси газа и воздуха после 2-й
ступени СГУ (вторичной утечки), подвода воздуха к МП, канал для отвода
задуммисных протечек.
В нижней части цилиндра расположены четыре лапы с отверстиями для
крепления к раме (рис. 3.). Снизу вдоль цилиндра находятся два продольных
направляющих выступа для фиксации нагнетателя в поперечном
направлении. Фиксирование нагнетателя в продольном направлении (вдоль
оси) осуществляется за лапы, расположенные со стороны торцовой стенки
цилиндра (сторона всасывания). К верхней части цилиндра приварены опоры
гидроаккумулятора.
5
Эксплуатация агрегата ГПА-16 УТГ-02 «Урал»
Рис. 3. Внешний вид нагнетателя: 1 – корпус, 2 – лапы опорные, 3 – входной патрубок, 4 –
выходной патрубок, 5 – опоры гидроаккумулятора
В торцовой стенке цилиндра имеются радиальные каналы
аналогичного назначения как и в нагнетательной части (крышке). Там же
выполнены 4 осевые отверстия, соединяющиеся с полостью, расположенной
перед рабочим колесом первой ступени.
Одно отверстие предназначено для соединения с расходомерным
устройством; три отверстия - технологические. Второй отбор для
расходомерного датчика осуществляется через отверстие во фланце входного
патрубка.
На всасывающем и нагнетательном патрубках имеются, кроме того,
отверстия для подсоединения манометров.
Всасывающая диафрагма закреплена в цилиндре нагнетателя болтами на
заводе- изготовителе и не предназначена для извлечения из цилиндра во
время ремонтов.
Средняя часть (включает два безлопаточных диффузора и обратный
направляющий аппарат) установлена в цилиндр на посадочный пояс 8.
Нагнетательная часть (сварной элемент, состоящий из крышки и диска)
установлена в цилиндр нагнетателя на посадочный пояс.
Статорные элементы проточной части выполнены без горизонтальных
разъёмов. Этим достигается высокая точность в сопряжении элементов и
отсутствие перетечек газа в горизонтальных стыках.
Посадочные пояса, расточки под обоймы лабиринтных уплотнений,
расточки под СГУ. расточки под опорные страховочные шарикоподшипники,
6
Эксплуатация агрегата ГПА-16 УТГ-02 «Урал»
выполнены с минимальными отклонениями от соосности. Данное решение
позволяет получить соосное положение ротора относительно неподвижных
элементов, расположенных в корпусе нагнетателя. Размещение корпуса МП
на стенке цилиндра нагнетателя исключает расцентровку валов нагнетателя и
привода при переустановке или замене проточной части. Конструкция
нагнетателя позволяет без выема проточной части из цилиндра осуществлять
ревизию или замену магнитных страховочных подшипников, торцовых
уплотнений (СГУ) и резиновых колец.
Литые элементы пакета (промежуточные диафрагмы) выполнены из
стали 20ГСЛ, , диффузоры – из стали 20 К.
Ротор
Ротор двухопорный с двумя рабочими колесами, расположенными на
валу между опорами.
Рабочие колеса 4, 7 (рис. 4) выполнены из кованых дисков: основные
диски и покрывающие диски.
Покрывающие диски 3, 6 приварены к лопаткам, выфрезерованным в
основных дисках 5, 8.
На валу 1 расположены втулки лабиринтных 13, 14 уплотнений,
разгрузочный поршень (думмис) 14, роторные элементы опорных 2, 10 и
упорного (диск упорный) 15 магнитных подшипников (МП), страховочный
шарикоподшипник 11, втулка датчиков осевого положения ротора 16, втулки
и диски СГУ (седла), фланец трансмиссии привода ротора нагнетателя 12.
Массивные детали: рабочие колеса, думмис, роторные элементы МП и
втулки лабиринтных уплотнений установлены на валу с натягом,
исключающим их освобождение при вращении ротора с частотой 5460
об/мин., превышающей на 5% номинальную (5200 об/мин)
Съёмные детали: колесо рабочее 1-й ступени, роторные элементы МП
установлены на валу на конических посадках. Необходимый натяг
обеспечивается насадкой
этих деталей на
вал специальными
приспособлениями до упора в ограничительные кольца.
От осевого смещения съёмные детали ротора фиксируются гайками,
застопоренными отгибными шайбами. Рабочее колесо 2-й ступени и думмис
фиксируются от осевого смещения разрезным и стяжным кольцами
(термический замок) 9 с наличием осевых тепловых зазоров.
От проворота на валу рабочие колеса, думмис, втулки МП фиксируются
призматическими шпонками; втулка с упорным диском МП, втулки СГУ и
др. фиксируются цилиндрическими штифтами.
7
Эксплуатация агрегата ГПА-16 УТГ-02 «Урал»
Рис. 4. Ротор нагнетателя 398-23-1ЛСМ:
1 – вал, 2,10 – ротора радиальных магнитных подшипников, 3,6 – покрывающие диски рабочих колес, 4,7 – рабочие колеса первой и второй
ступени, соответственно, 5,8 – основные диски рабочих колес, 9 – термический замок, 11 – опорно-упорный страховочный
шарикоподшипник, 12 – фланец трансмиссии привода ротора ЦН, 13,14 – втулки лабиринтных уплотнений, 15 – разгрузочный поршень
(думмис), 16 – диск-ротор осевого магнитного подшипника, 17 – втулка датчиков осевого положения ротора
8