Центробежные компрессорные установки на базе современных высокорасходных ступеней с повышенным втулочным отношением рабочих колес

В последнее время в России, как и за рубежом, особое внимание уделяется эффективности использования природных ресурсов, увеличению глубины переработки углеводородов, уменьшению металлоемкости оборудования и снижению загрязнения окружающей среды. Для решения этих проблем применяются преимущественно импортные центробежные компрессорные установки (ЦКУ).

Анализ состояния центробежного компрессоростроения, проведенный специалистами ЗАО «НИИтурбокомпрессор им. В.Б. Шнеппа» (Группа ГМС) в течение 2014 года показал, что успешному применению зарубежных компрессоров в немалой степени способствует их техническое совершенствование в направлении значительного повышения производительности корпусов сжатия и жесткости их роторов.

По итогам 2011 года на полезное использование пришлось 75,5 % от общего объема ПНГ, в 2012 г. – 76,2 %, в 2013 году планировалось выйти на уровень 79 %. Показателен опыт Норвегии, которая смогла добиться практически 100 % полезного использования данного ресурса.

В свете этой мировой тенденции ЗАО «НИИтурбокомпрессор им. В.Б. Шнеппа» совместно с ОАО «Казанькомпрессормаш» планирует в 2015-2020 гг. разработку нового, современного ряда корпусов сжатия на основе высокоэффективного ряда проточной части с использованием высокорасходных осерадиальных закрытых рабочих колес с высоким втулочным отношением. Это должно расширить область применения отечественных ЦКУ, в том числе при решении указанных выше задач, повысить их конкурентоспособность и успешно выполнить программы импортозамещения.

Рис. 1. Огибающая функция для ряда ступеней

Предварительная оценка показывает, что смещение интервала ряда ступеней по коэффициенту расхода Фн в большую сторону в 2 – 2,5 раза за счет применения высокорасходных колес (ВРК) позволяет следующее:

• в 2 – 2,5 раза увеличить производительность корпусов сжатия;
• в 2 – 3 раза снизить их металлоемкость;
• поднять уровень политропного КПД с 0,73 - 0,81 до 0,82 - 0,86 (рис.1);
• увеличить в 2 – 2,5 раза работоотдачу корпуса;
• улучшить динамические качества ротора и развить ряд корпусов в сторону малых типоразмеров с диаметрами рабочих колес 380 мм и менее.

Для достижения этих целей необходимо решить ряд сложных задач, в том числе с выполнением дополнительных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ:

Рис. 2. Межопорное высокорасходное осерадиальное рабочее колесо

• создать ряд ступеней с высокорасходными колесами (ВРК) на основе многовариантных исследований с применением трехмерных расчетов течения газа (рис. 2);
• разработать конструкцию колеса, обладающего высокими прочностными свойствами и надежным соединением с валом;
• создать стенд для получения экспериментальных газодинамических характеристик ступени и ее отдельных элементов (рис. 3);
• провести экспериментальное исследование базовых ступеней ряда на газодинамическом стенде;
• выполнить конструкторскую и технологическую проработку одного из типоразмеров ряда корпусов сжатия на основе ступеней нового типа;
• изготовить и провести натурные испытания корпуса.

Рис. 3. Схема экспериментальной стендовой ступени со всасывающим устройством

Таким образом, центробежные компрессорные установки, создаваемые на базе нового ряда корпусов сжатия, будут отличаться высокой конкурентоспособностью. По своим технологическим характеристикам, массогабаритным показателям, надежности, эксплуатационным качествам и стоимости новые ЦК встанут в один ряд с лучшим зарубежным аналогам и будут востребованы на предприятиях ПАО «Газпром» и на других нефтегазовых и нефтехимических предприятиях РФ и ближнего зарубежья.

Выпуск высокотехнологичной и надежной продукции машиностроительного производства, востребованной компаниями Российской Федерации и стран ближнего зарубежья, является приоритетным направлением деятельности предприятий компрессоростроительного комплекса Группы ГМС – ОАО «Казанькомпрессормаш» и ЗАО «НИИтурбокомпрессор им. В.Б. Шнеппа».