Испытание винтового компрессора

Результаты испытаний винтового газового компрессора с новым профилем винта.

На протяжении всей истории существования ОАО «Пензкомпрессормаш» завод находился в лидерах компрессорного машиностроения. В настоящее время завод непрерывно совершенствует и разрабатывает новые модификации, внедряет новые инновационные технологии.

Одной из последних разработок ОАО «Пензкомпрессормаш» является работа над новым профилем винтовой пары для газовых винтовых компрессоров широкого спектра применения в том числе для утилизации нефтяного попутного газа.

Винтовые газовые компрессорные агрегаты являются приоритетной задачей для ОАО «Пензкомпрессормаш». Ключевым элементом компрессора является профиль винта и при проектировании новых компрессоров этому элементу было уделено особое внимание.

При проектировании были поставлены следующие задачи:

1. Повысить энергоэффективность компрессора.
2. Снизить вибрации компрессора.
3. Увеличить надежность компрессора в целом.

Ключевым параметром надежности газового компрессора является вибрации компрессора. Это связано с тем, что в компрессоре с раздельной системой смазки применяются торцевые уплотнения, которые разделяют «чистую» и «грязные» масляные контуры компрессора. Повышенные вибрации катастрафически сказываются на долговечности пар трения, торцевого уплотнения.

Опытно-конструкторские работы проводились в несколько этапов:

1. Геометрический анализ и генерация нового профиля винта.
2. Компьютерное моделирование термодинамических процессов компрессора с новым профилем винта.
3. Оптимизация профиля винта и параметров компрессора с помощью компьютерной модели;
4. Изготовление и натурные испытание опытного образца;
5. Анализ результатов испытания;
6. Внесение изменений по результатам анализа;
7. Повторные испытания компрессора.

Работы продолжались в течении нескольких лет. В качестве объекта для разработок испытаний и исследований был выбран винтовой компрессор 7-й базы производительностью с диаметром роторов 315 мм. Для которого вибрационные характеристики являются наиболее проблемным фактором.

Всего было получены результаты по трем различным типам профилей. Первый тип это ассиметричный профиль СКБК разработанный еще в Советском Союзе и который применяется на Пензенском компрессорном заводе с 80х годов самого начала производства винтовых компрессоров в Пензе. Второй тип это профиль типа «N» профессора Стосича, разработанный центром развития компрессорных технологий Лондонского городского университета. Третий тип профиль «G» полученный в результате исследований и разработок специалистов ОАО «Пензкомпрессормаш».

Профиль «N» впервые был применен ОАО «Пензкомпрессормаш» при разработке компрессоров для подвижного состава ОАО «РЖД» в 2006 году и были получены неплохие результаты. Затем путем масштабирования был получен профиль «N» для роторов диаметром 315 однако результаты получились неоднозначные и было принято решение продолжить работу над созданием нового профиля.

Испытания компрессоров с различными типами профилей проводились на испытательном стенде аттестованном НП «Сервисный центр НАСТХОЛ».

Рис.1 Компрессор ВГ50.1-1

После проведения испытаний первых двух типов профилей результаты были тщательно проанализированы. По результатам испытаний был получен новый профиль адаптированный непосредственно к данному типу размеру и условиям эксплуатации. Результаты испытаний приведены ниже в таблице.

Наименование параметра, единица измерения	ВГ 50/8	ВГ 50/8-01	ВГ 50.1-1
L/D	1,35	1,35	1,428
Диаметр ведущего ротора, мм Диаметр ведомого ротора, мм	315 315	315 315	315 315
Номинальное число оборотов	3000	3000	3000
Профиль винта	Ассиметричный СКБК	Ассиметричный типа «N»	Ассиметричный типа «G»
Производительность приведенная к начальным условиям, м3/мин	48	49	54
Давление нагнетания кгс/см2 (изб.)	7	7	7
Мощность, потребляемая компрессором (на валу), кВт	323	315	341
Среднее квадратичное значение виброскорости, мм/с	4,6	5,8	2,2

По результатам испытаний можно отметить, что все задачи поставленные при проектировании были выполнены. Наиболее лучшие результаты по энегоэффективности получил профиль «N», которая объясняется большим сопоставимым объемом парной полости полученной за счет более лучшей геометрии профиля. Однако этот профиль имеет склонность к большим вибрациям. Так как вибрации компрессора в нашем случае являются ключевым фактором, применение этого профиля в исходном виде не желательно. Наиболее сбалансированные параметры получил профиль «G». Очень низкая вибрация 2,1 является значительный достижением для компрессоров такого размера. Так же стоить отметить, что результаты испытаний показывают, что в современных условия наиболее оптимальным является подход, когда профиль проектируется и оптимизируются под каждые конкретные условия работы. Простое масштабирование удачного варианта профиля могут дать неоднозначные результаты при различных условиях эксплуатации и габаритных размерах.

По результатам испытаний профиль «G» был принят к производству и в настоящий момент компрессор с профилем «G» эксплуатируется в составе установки ВГ50/165 БМ УХЛ 1.

Опыт создания компрессора ВГ50.1-1 позволяет утверждать, что на сегодняшний день в России существуют технологии и инженерно-технические кадры способные решать амбициозные задачи в области производства винтовых компрессоров и создавать образцы не уступающие зарубежным аналогам.

авторы: В.В. Горшков, С.Н. Зимин