Введение к работе
Актуальность проблемы. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года" указано: "Снизить в XII пятилетке удельную металлоемкость машин и оборудования на *12-18'/i, их удельную энергоемкость на 7-12%."
Поршневые компрессорные машины широко используются в технологических процессах, требующих увеличения давления или снижения температуры газа, в газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, горной и других отраслях народного хозяйства. На привод компрессоров расходуется до 10 вырабатываемой в стране электроэнергии. Для повышения эффективности процессов добычи нефти, транспорта и хранения газа, различных технологических производств необходимо улучшить технико-экономические показатели работы компрессорного оборудования. Поэтому обеспечение высокой экономичности и снижение металлоемкости компрессорных установок представляет собой важную народнохозяйственную задачу.
Работа поршневых компрессоров сопровождается колебаниями перекачиваемого газа в присоединенной трубопроводной системе. Колебания потока газа оказывают существенное влияние на технико-экономические показатели компрессорной установки, приводя к увеличению затрат мощности на 10-15. снижению производительности на 5-7%. Рост динамических нагрузок на клапаны и механизм движения, связанный с колебаниями потока, вызывает уменьшение времени безотказной работы клапанов, которое в ряде случаев достигает 20-30 среднего срока и долговечности механизма движения. Кроме того, колебания газа являются основной причиной вибрации трубопроводов и технологического оборудования, приводящей к усталостному разрушению элементов трубопроводных систем, к снижению долговечности работы запорной, регулирующей арматуры, теплообменного оборудования.
В соответствии с современными технологическими требованиями удельный расход мощности газовых машин должен быть равен 5,254-5,5 кВт/м3/мин (для компрессоров общего назначения - 4,95*5,05
.2-
кВт/м3/мин), коэффициент технического использования компрессоров - 0,97-=-0,98, а ресурс до капитального ремонта - не менее 50 000 часов.
Для достижения таких показателей необходимо на стадии проектирования определить параметры колебаний газа в присоединенной трубопроводной системе, проанализировать их влияние на рабочий процесс и работу основных элементов компрессорной установки и разработать эффективные средства гашения колебаний.
Целью настоящей работы является разработка математических моделей для расчета газодинамических процессов и средств гашения колебаний газа в трубопроводных системах, обеспечивающих повышение технико-экономических показателей поршневых компрессорных установок.
Научная новизна. В диссертации впервые:
- Разработаны математическая модель взаимодействия рабочего
процесса в цилиндре компрессора и колебаний газа в трубопроводной
системе и методика количественной оценки влияния колебаний газа
на изменение производительности и индикаторной мощности цилиндра.-
В результате численного исследования модели проанализировано вли
яние размеров и конструкции цилиндра и трубопровода, трения и
теплообмена в трубопроводе, свойств реальных газов на параметры
колебаний газа в трубопроводной системе, на изменение производи
тельности и индикаторной мощности цилиндра.
- Разработаны математические модели различных классов
устройств, воздействующих на параметры колебаний газа, учитыва
ющие особенности газодинамических процессов в трубопроводных сис
темах поршневых компрессоров-, большие амплитуды колебания скорос
ти, наличие постоянной составляющей скорости.
- Исследованы процессы теплообмена и сопротивления при обте
кании пучков труб колеблющимся потоком газа. Разработана методика
расчета гаэоохладителей, содержащих пучок из взаимно 'перпендику
лярных рядов труб. Показана необходимость учета параметров коле
баний газа при расчете гаэоохладителей поршневых компрессоров.
Практическая ценность. Использование математической модели взаимодействия рабочего процесса в цилиндре компрессора и колебаний газа в трубопроводной системе и методики количественной оценки влияния колебаний газа на изменение производительности и индикаторной мощности цилиндра, позволяет при проектировании компрес-
сорных установок снизить удельную индикаторную мощность на 3-7%. Использование гасителей колебаний тшта плоских диафрагм, гасителей с перфорированными патрубками, рассчитанных по разработанным методикам, обеспечивает гашение колебания газа при уменьшении сопротивления на 25-304.
Использование газоохладителя с пучком из взаимно перпендикулярных рядов труб, рассчитанного в соответствии с разработанными методиками теплового и газодинамического расчетов, приводит, по сравнению с серийным когухотрубчатым газоохладителем, к снижений энерго- и металлоемкости компрессорной установки на 5-6"; и 20-30% соответственно.
Реализация в промышленности. Методики расчета гасителей колебаний газа использованы при разработке конструкции трубопроводных систем, обеспечивающих повышение технико-экономических показателей работы поршневых компрессорных установок на предприятиях МИННЕФТЕХИМПРОМа СССР (п/о Куйбышевнефтеоргсинтез, Новопо-лоцкнефтеоргсинтез, Краснодарский ГНПЗ, Салаватский НХК и др.) и компрессорных станциях МИНГАЗПРОМа СССР.
Математическая модель взаимодействия процессов в цилиндре и колебаний газа в трубопроводной системе и методика количественной оценки влияния колебаний газа на удельную индикаторную мощность используются в ВНИИКОМПРЕССОРМАШе.
Методики расчета гасителей колебаний газа используются в ЛЕННИИХИММАШе при проектировании новых коїшрессорньк установок и включены в отраслевой РТМ МУ-РВ-1-86 МИННЕФТЕХИМПРОМа СССР.
Методика теплового и газодинамического расчета пучков с взаимно перпендикулярным расположением рядов труб положена в основу отраслевого РД РТМ 25-12-40-80 МИННЕФТЕХИММАШа СССР.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на II, III, IV, V, VI, VII Всесоюзных конференциях по компрессорному машиностроению, на Всесоюзных семинарах кафедр Э-2 и' Э-5 МГТУ им. Баумана, кафедре компрессоростроения ЛПИ им. М.И. Калинина, на других Всесоюзных конференциях и семинарах.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 60 работ. Получено 4 авторских свидетельства.
Структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех разделов с выво-
даі.ш. содержит 359 страниц иаашіношісного текста, включая 38 таблиц, 80 рисунков, список литературных источников и приложение.
