Получение газодинамических характеристик холодильных трубокомпрессоров, работающих на различных рабочих веществах

0 — при номинальных условиях.

1.

Введение

.

Крупные турбокомпрессоры паровых холодильных машин, используемых в нефтехимической промышленности, проектируются для заданного состава рабочих веществ, однако опыт проведения газодинамических испытаний холодильных турбокомпрессоров, спроектированных и изготовленных в своё время Невским машиностроительным заводом свидетельствует о том, что турбокомпрессоры в период испытаний работали на смесях рабочих веществ состав которых менялся в течении суток и оказывается в разные месяцы различен [17, 18, 19].

Для обработки результатов испытаний необходимо располагать тепловыми диаграммами или термическим и калорическим уравнениями состояния для каждого состава рабочего вещества. Однако, составление тепловых диаграмм для каждого состава требует большого времени и материальных затрат, поэтому обработка результатов испытаний с использованием диаграмм, составляемых одновременно с проведением опытов оказывается практически нереальной. Сказанное относится, например, к холодильным компрессорам на три температуры кипения типа К210, К105, К60 для сжатия пропилена или этилена, работающим на нефтехимических предприятиях, производящих полиэтилен и полипропилен. Перечисленные типы машин и их модификации обеспечивают трехизотермные циклы. Например, температуры кипения минус 33, минус 7 и плюс 22 градусов Цельсия в пропиленовом компрессоре К105, температуры кипения минус 62, минус 10 и 0 градусов Цельсия в этиленовом турбокомпрессоре К60. Нагнетатели типа 50 и 45 обеспечивают циркуляцию этилена или пропилена в ректификационных колоннах. Фактический состав рабочего вещества в этих машинах так же бывает различным [37, 38].

В холодильной технике широко используются смеси хладонов, состав которых также может быть различным, в этом случае задача составления уравнений состояния таких смесей является актуальной, тем более что, при расчётах на персональном компьютере удобней использовать аналитическую, а не графическую или табличную форму представления этих данных.

При появлении новых рабочих веществ, используемых в холодильной технике, так же актуальна задача получения их уравнений состояния по минимальному количеству информации (критическим параметрам и нормальным температурам кипения) [35].

Проблема получения уравнения состояния природных газов различного состава оказывается актуальной и в случае испытаний различных нагнетателей используемых на компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов. Этот же вопрос актуален и для дожимных КС и при закачке природных газов в подземные хранилища [37, 38].

При испытаниях центробежных компрессоров (ЦК) с целью получения ГДХ, то — есть зависимостей политропного КПД г| пол, отношения давлений 8 — Рк/Рн и удельной работы, затрачиваемой на сжатие А/ = iK — iH, от объёмной производительности измеряемыми величинами при различных массовых расходах G и частотах вращения ротора п являются РН, ТН и Рк, Тк. Кроме того, в результате газового анализа должен быть установлен состав рабочего вещества при каждом режиме работы машины. Последний вопрос практически не возникает при работе воздушных машин, однако опыт, накопленный при испытаниях ЦК, например, многосекционных, входящих в состав многотоннажных технологических линий для полиэтилена и пропилена, работающих по разомкнутому контуру, свидетельствует о том, что состав рабочего вещества может существенно изменяться в ходе испытаний. Аналогичная ситуация может наблюдаться и во время работы машины по замкнутому контуру, при работе её на смесевом холодильном агенте, отсутствие герметичности системы обуславливает утечку рабочего вещества, но из-за различия в свойствах компонент смеси невозможно прогнозировать состав, а следовательно, и свойства оставшегося в системе холодильного агента. Поэтому для обработки опытных данных и приведения их к номинальным условиям работы машины необходимо располагать методикой оперативного составления уравнений состояния рабочего вещества, для каждого состава рабочего тела при испытаниях. Эта задача должна решаться в ходе самих испытаний с тем, чтобы не задерживать их обработку.

Цель работы заключается в разработке и апробации метода обработки опытных данных и приведения их к номинальным условиям работы ЦК, на основе метода оперативного составления уравнений состояния, для каждого состава рабочего вещества при испытаниях.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Работа содержит 115 страниц машинописного текста, 50 таблиц, 27 рисунков.

Список литературы

включает 46 наименований.

7.

Заключение

.

Разработана методика обработки результатов газодинамических испытаний турбокомпрессоров, сжимающих смеси реальных газов с переменным составом на месте их эксплуатации.

Разработан универсальный метод оперативного составления термического и калорического уравнений состояния для смесевого рабочего вещества в интервале рабочих параметров ТК на основе упрощенного уравнения БВР.

В процессе апробации разработанной методики при обработке испытаний нагнетателя 45−21−1 работающего на этилен-пропилен-пропановой смеси определены условия, значительно сокращающие обработку опытных данных. Близкие по значениям коэффициенты ацентричности со компонент газовой смеси позволяют распространять коэффициенты термического и калорического уравнения для некоторого среднего состава рабочего вещества на широкий диапазон изменения состава смеси.

Сравнение получаемых результатов с обработками по методике используемой ранее H3JI основанной на термодинамических диаграммах позволяет заключить о достаточной точности и достоверности разработанной методики.

Произведен анализ существующей в различной справочной литературе информации о термических и калорических свойствах веществ. Различие в термодинамических свойствах веществ в различных литературных источниках приводит к искажению получаемых ГДХ. Для получения ГДХ по различным методикам обработки опытных данных на основе одних и тех же результатов измерений необходимо при обработке опытных данных и приведении ГДХ к номинальным условиям работы машины использовать одну и ту же исходную информацию о физических свойствах веществ, опираясь на одни и те же литературные источники.

Разработан особый подход к обработке опытных данных для холодильных турбокомпрессоров область сжатия, которых находится в непосредственной близости от правой пограничной кривой на термодинамической диаграмме. Анализ результатов обработки опытных данных полученных при газодинамических испытаниях холодильных центробежных секций компрессора К105−61−1 показал, что с целью повышения точности обработки при определении коэффициентов термического уравнения необходимо использовать таблицы Ли-Кеслера коэффициента сжимаемости, а для нахождения коэффициентов калорического уравнения применять таблицы коэффициента сжимаемости совместно с таблицами поправки к энтальпии реального газа.

На основе обработки испытаний нагнетателя природного газа типа 39 524−1 рассмотрены различные составы природного газа, для которых ВНИИГАЗ рекомендует различные коэффициенты уравнения БВРУ. Ввиду существенных интервалов между получаемыми характеристиками для различных составов, более рациональным является составление собственных уравнений БВРУ для каждого состава природного газа.

Разработанный метод пересчёта опытных газодинамических характеристик на условия, отличные от условий, оговоренных в технической документации на поставку машины, позволяет получать ГДХ для различных номинальных условий.

Метод используется при испытаниях турбокомпрессоров для сжатия смесей углеводородов в специализированных организациях. Справка о внедрении представлена в приложениях.