DOI: https://doi.org/10.18198/j.ind.gases.2014.0745

ЭФФЕКТИВНЫЕ ЖИДКОСТНЫЕ ВРУ СРЕДНЕЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ НА ОСНОВЕ ДЕТАНДЕР-КОМПРЕССОРНЫХ АГРЕГАТОВ С ДВУХСТУПЕНЧАТЫМ РАСШИРЕНИЕМ ВОЗДУХА

Г. К. Лавренченко, А. В. Плесной

Аннотация


Работу расширения части перерабатываемого воздуха в воздухоразделительных установках (ВРУ) средней производительности можно полезно преобразовать в дополнительную холодопроизводительность в детандер-компрессорном агрегате (ДКА) специальной конструкции. Такие ДКА необходимо создавать на базе турборедукторов, с помощью которых удается обеспечивать наиболее приемлемые числа оборотов валов компрессорных ступеней (КС). Одновременно с этим для совершенствования ВРУ в них целесообразно применять двухступенчатое расширение воздуха. Это обусловливает применение в ВРУ трехвального ДКА, в котором на отдельных валах расположены детандерные ступени ДС1 и ДС2, связанные механически с валом КС. Выполнена режимная и конструктивная оптимизация ВРУ и входящего в её состав трехвального ДКА. Варьированием промежуточного давления P13 (давления конца процесса расширения в детандерной ступени высокого давления ДС1) установлено, что при P13 равном 1,9 или 1,7  МПа числа оборотов валов ДС1 и ДС2 сравниваются nДС1=nДС2 и принимают в зависимости от наличия или отсутствия предварительного охлаждения значения: 92580 или 86500 мин–1, соответственно. Равенство частот вращения валов ДС1 и ДС2 позволяет вместо трёхвального использовать двухвальный ДКА, в котором две детандерные ступени размещаются на одном валу, так как их эффективности оказываются близкими. Анализ показывает, что конструкция ДКА с тремя валами хотя и несколько сложнее, но её проще реализовать в отличие от двухвальной конструкции со ступенями ДС1 и ДС2 на одном общем валу. Более простым становится и трёхвальный турборедуктор при равенстве частот вращения валов ДС1 и ДС2.


Ключевые слова


Воздухоразделительная установка; Детандер-компрессорный агрегат; Детандерная ступень; Компрессорная ступень; Турборедуктор; Адиабатный КПД; Удельные затраты энергии; Жидкий кислород

Полный текст:

PDF

Литература


Arkharov A.M., Arkharov I.A., Belyakov V.P., Bondarenko V.L. et al. (1999). Cryogenic system. In 2 volumes. V.2. Desing Basign of Apparatus and Plants/ Ed. A.M. Arkharov and A.I. Smorodin. — M.: Mechanical Engineering. — 720 p. (Rus.).

Lavrenchenko G.K., Plesnoy A.V. (2012). Research of work expander-compressor units with two stages extensions in composition medium pressure ASU// Tekhnicheskie Gazy. [Industrial Gases]. — № 6. — P. 34-41. (Rus.).

Lavrenchenko G.K., Plesnoy A.V. (2013). The optimization of the multi-shaft expander-compressor unit of medium capacity// Tekhnicheskie Gazy. [Industrial Gases]. — № 5 — P. 15-24. (Rus.).

Lavrenchenko G.K., Plesnoy A.V. (2013). Increasing the efficiency of the gas-expansion machine-compressor units used in the structure of the air-separating unit of medium pressure// Tekhnicheskie Gazy. [Industrial Gases]. — № 4. — P. 18-23. (Rus.).

Barzdaitis V., Maћeika P. (2010). Diagnostics practice of heavy duty high speed gear transmissions// Mechanika. — No. 1. — P. 58-61.

Shalaev D.Yu. (2010). Features of «MAN Turbo» compressors for modern cryogenic air separation plants // Tekhnicheskie Gazy. [Industrial Gases]. — № 1. — P.45-49. (Rus.).

Stavitskiy V.V., Nosko P.L. (2012). The method of designing energy-efficient high-speed gears// Vesnik NTU «HPI». [Herald of the National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute»]. — № 42. — P. 132-139. (Rus.).

Lavrenchenko G.K., Plesnoy A.V. (2014). Optimization of liquid ASU medium capacity while developing an effective two-shaft expander-compressor unit// Tekhnicheskie Gazy. [Industrial Gases]. — № 4. — P. 32 -39. (Rus.).

Yagi M., Kishibe T., Shibata T., et al. (2008). Performance improvement of centrifugal compressor impellers by optimizing blade-loading distribution// ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea, and Air. — P. 1639-1648.

Tanaka M., Kobayashi H., Nishida H. (2008). Development of Wedge Type Impellers for Low Specific Speed Centrifugal Compressors// ASME 2008 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. — P. 51-60.

Boroomand M., Hosseinverdi S. (2009). Numerical investigation of turbulent flow around a stepped airfoil at high Reynolds number// ASME 2009 Fluids Engineering Division Summer Meeting. — P. 2163-2174.

Sugimura K., Kobayashi H., Nishida H. (2012). Design Optimization and Experimental Verification of Centrifugal Compressors With Curvilinear Element Blades// ASME Turbo Expo 2012: Turbine Technical Conference and Exposition. — P. 779-791.


Пристатейная библиография ГОСТ


1. Архаров А.М., Архаров И.А., Беляков В.П., Бонда-ренко В.Л. и др. Криогенные системы. В 2 т. Т. 2. Основы проектирования аппаратов, установок и систем/ Под ред. А.М. Архарова и А.И. Смородина. — М.: Машиностроение, 1999. — 720 с.

2. Лавренченко Г.К., Плесной А.В. Исследование ра-боты детандер-компрессорного агрегата с двумя ступенями расширения в составе ВРУ среднего давления// Технические газы. — 2012. — № 6. — С. 34-41.

3. Лавренченко Г.К., Плесной А.В. Оптимизация многовального детандер-компрессорного агрегата воздухоразделительной установки среднего давления// Технические газы. — 2013. — № 5 — С. 15-24.

4. Лавренченко Г.К., Плесной А.В. Повышение эффективности детандер-компрессорных агрегатов, используемых в составе воздухоразделительных установок среднего давления// Технические газы. — 2013. — № 4. — С. 18-23.

5. Barzdaitis V., Mažeika P. Diagnostics practice of heavy duty high speed gear transmissions// Mechanika. — 2010. — No. 1. — P. 58-61.

6. Шалаев Д.Ю. Особенности компрессоров компании «Man Turbo» для современных криогенных воздухоразделительных установок// Технические газы. — 2010. — № 1. — С. 45-49.

7. Ставицкий В.В., Носко П.Л. Метод проектирования энергосберегающих высокоскоростных зубчатых передач// Весник НТУ «ХПИ». — 2012. — № 42. — С. 132-139.

8. Лавренченко Г.К., Плесной А.В. Оптимизация жидкостной ВРУ средней производительности с одновременной разработкой эффективного двухвального детандер-компрессорного агрегата// Технические газы. — 2014. — № 4. — С. 32-39.

9. Yagi M., Kishibe T., Shibata T. et al. Performance improvement of centrifugal compressor impellers by optimizing blade-loading distribution// ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea, and Air. — 2008. — P. 1639-1648.

10. Tanaka M., Kobayashi H., Nishida H. Development of Wedge Type Impellers for Low Specific Speed Centrifugal Compressors// ASME 2008 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. — 2008. — P. 51-60.

11. Boroomand M., Hosseinverdi S. Numerical investigation of turbulent flow around a stepped airfoil at high Reynolds number// ASME 2009 Fluids Engineering Division: Summer Meeting. — 2009. — P. 2163-2174.

12. Sugimura K., Kobayashi H., Nishida H. Design Optimization and Experimental Verification of Centrifugal Compressors With Curvilinear Element Blades// ASME Turbo Expo 2012: Turbine Technical Conference and Exposition. — 2012. — P. 779-791.





Flag Counter