Tři typy převodovek kompresoru – kam se hodí šikmá ozubená kola
Samostatný uzavřený spirálové ozubené kolo převodovka mezi motorem a odstředivým kompresorem, která zvyšuje otáčky motoru (1 500 nebo 3 000 ot/min) na otáčky oběžného kola (5 000–30 000 ot/min) v jednom nebo dvou stupních. Toto je nejběžnější konfigurace pro velké průmyslové odstředivé kompresory (500 kW–50 MW) a řídí se normou API 613 Speciální převodovky pro ropný, chemický a plynárenský průmysl.
Oběžná kola jsou namontována přímo na prodloužených koncích vysokorychlostních hřídelí pastorků – mezi převodovkou a kompresorem není žádné samostatné spojení. Těleso převodovky tvoří součást procesní hranice. Více stupňů komprese lze dosáhnout montáží oběžných kol na různé konce hřídelí pastorků s různými převodovými poměry, přičemž všechna jsou poháněna jedním centrálním ozubeným kolem na vstupní hřídeli motoru.
Bezolejové šroubové kompresory používají synchronizační rozvodová kola k udržení přesné vůle mezi vnějším a vnitřním rotorem bez fyzického kontaktu. Rozvodová soustava šikmá ozubená kola nepřenášejí žádné procesní zatížení (kontakt rotoru zajišťuje přenos krouticího momentu u typů s olejovou náplní), ale musí zachovat přesný fázový vztah rotoru – což činí kritickými parametry přesnost vůle a stoupání.
Zvyšovač otáček odstředivého kompresoru – požadavky na konstrukci převodovky
Vysokorychlostní spirálové ozubené kolo pro zvyšování otáček odstředivého kompresoru – kombinace přesnosti dle DIN třídy 3–5, povrchu boku zubu Ra ≤ 0,2 µm a konstrukce s nízkým úhlem stoupání šroubovice (β = 5–15°) omezuje příspěvek vibrací ozubeného kola k maximální povolené hodnotě vibrací mezi špičkami 25 µm v ložiskovém tělese dle API 613
Rychlost na ose stoupání – dominantní konstrukční omezení
Rychlost na ose stoupání v = π × d₁ × n₁ / 60 000 [m/s] pro pastorek zvyšující otáčky odstředivého kompresoru se pohybuje od 25 m/s pro pomalý kompresor na zemní plyn do více než 200 m/s pro vysokorychlostní vícestupňový vzduchový kompresor. Při těchto rychlostech:
- Ztráta třením v záběru zubů dominuje: Při v > 30 m/s se ztráta viskózní sítě bez zatížení P_VZO ∝ v² stává významnou částí přenášeného výkonu. Pro kompresor s převodovkou API 613 spirálové ozubené koloPro minimalizaci ztrát mícháním při vysokých otáčkách je specifikován turbínový olej ISO VG 32–68 (ne převodový olej) – nejnižší stupeň viskozity, který udržuje dostatečný film EHL.
- Dynamický součinitel zatížení KV se stává významným: Při rychlosti v = 50 m/s pro převodovku třídy DIN 8 by KV dosáhlo 1,5–2,0, což by vyžadovalo převod dvakrát větší, než je potřeba při jmenovitém točivém momentu. Třída DIN 3–5 snižuje KV na 1,02–1,05, což umožňuje kompaktní konstrukci převodovky. To je základní důvod, proč se vysokorychlostní kompresor... šikmá ozubená kola musí být broušeno podle DIN třídy 3–5 – ne hluk, ale velikost tělesa převodovky.
- Systém mazání olejovou mlhou: Při rychlosti v > 80–100 m/s není mazání rozprašováním z trysky schopno dodávat olej do zóny záběru zubů, protože povrchová rychlost olej odnáší ještě před jeho proniknutím. Při těchto rychlostech je nutné tlakové vstřikovací mazání s tryskami, které směřují olej do zóny záběru z obou stran.
Úhel stoupání šroubovice pro šikmá ozubená kola vysokorychlostních kompresorů
Zvyšovač otáček odstředivého kompresoru šikmá ozubená kola používat nízké úhly stoupání šroubovice (β = 5–15°) – což je v rozporu s obecným trendem upřednostňování vyšších úhlů stoupání šroubovice pro snížení hluku. Důvod: při velmi vysokých rychlostech na ose stoupání generuje axiální tah F_a = F_t × tan β značné axiální posunutí hřídele rotoru, které musí být absorbováno axiálním ložiskem hřídele. Při v = 100 m/s s β = 25° je F_a = 0,466 × F_t – a axiální ložisko je při těchto rychlostech přesné ložisko s naklápěcími destičkami, jehož axiální únosnost je omezena jeho konstrukcí. Standardní kompresor API 613 spirálové ozubené kolo používá β = 8–15° jako kompromis mezi hlukem (o něco vyšším) a zvládnutelným axiálním tahem při vysoké rychlosti.
Požadavky API 613 na převodovky zvyšující otáčky kompresoru
| Parametr API 613 | Požadavek | Odůvodnění |
|---|---|---|
| Třída přesnosti ozubeného kola | AGMA 13–15 (≈ DIN třída 3–5) | Řídí KV při vysokých otáčkách; omezuje vibrační buzení z TE |
| Mez vibrací (ložiskové pouzdro) | ≤ 25 µm mezi vrcholy (nebo dle API 613, tabulka 3) | Chrání vůle hrotů oběžného kola; zabraňuje kontaktu rotoru a statoru |
| Materiál ozubeného kola | AISI 4340 nebo ekvivalent (17CrNiMo6) kalená nebo cementovaná | Vysoká únavová pevnost; žádné riziko fragmentace při vysoké rychlosti |
| Systém mazacího oleje | Tlakové vstřikování; turbínový olej ISO VG 32–68; duplexní filtr; olejový chladič | Nepřetržitý tok oleje za všech provozních podmínek; při těchto rychlostech zubů je čistý olej zásadní |
| Kritická rychlostní rezerva | ≥ 20% vzdálenost mezi provozní rychlostí a jakoukoli kritickou rychlostí | Zabraňuje rezonančnímu zesílení vibrací vyvolaných TE |
Časové převody šroubových kompresorů – vůle a fázová přesnost
Bezolejový šroubový kompresor vyžaduje přesnou synchronizaci fází samčího a samičího rotoru – pokud se rotory mohou vzájemně dotýkat (což se stane, pokud je vůle rozvodového kola příliš velká a rotory se tepelně roztahují a zmenšují svou vůli), výsledkem je okamžité zadření rotoru a zničení kompresoru. Rozvodový systém spirálové ozubené kolo Specifikace pro bezolejové šroubové kompresory proto uvádí jako primární parametr vůli – nikoli nosnost (převodovky přenášejí pouze malý točivý moment), ale dle DIN 3967 třídy g nebo h pro udržení vůle rotoru v celém tepelném provozním rozsahu.
Rozvodová kola musí také udržovat konstantní fázový vztah během tepelného cyklování skříně kompresoru. To vyžaduje, aby roztažnost skříně rozvodového kola (která mění osovou vzdálenost a tím i vůli) byla v konstrukci kompenzována – buď povolením zvyšování vůle s teplotou v řízeném rozsahu, který stále zachovává vůli rotoru, nebo použitím teplotně kompenzovaných nastavovačů osové vzdálenosti na skříni rozvodového kola.
Korea Ever-Power — Dodávka spirálových převodů pro zvyšování otáček kompresoru
Korea Ever-Power vyrábí náhradní i nové designy ozubená kola se šroubovicovým řezem pro zvyšovače otáček odstředivých kompresorů třídy DIN 3–5, Ra ≤ 0,2 µm, z materiálů kompatibilních s API 613 (17CrNiMo6 kalené nebo cementované), s měřením analyzátorem ozubených kol 100% a dokumentací o kvalifikaci vibrací. Jako přímý výrobce šikmých ozubených kolSpolečnost Korea Ever-Power provádí výpočet kritických otáček a odhad vibrací pro náhradní ozubená kola, čímž před výrobou potvrzuje shodu s limity vibrací API 613 při specifikovaných provozních otáčkách. Pro rozvodová kola šroubových kompresorů vyrábí společnost Korea Ever-Power párované páry s potvrzenou třídou vůle a přesností stoupání, ověřenou na analyzátoru ozubených kol. Prohlédněte si sortiment šikmých ozubených kol pro kompresorové aplikace.
Často kladené otázky
Standardní převodový olej (ISO VG 220–320 s přísadami EP) je určen pro středně rychlé převodovky, kde film EHL potřebuje viskozitní podporu vysokoviskózního základu. Při rychlostech na čáře stoupání otáček kompresorů (50–200 m/s) se olejový film vytváří hydrodynamickým působením při vysoké rychlosti – tloušťka filmu EHL h_min se zmenšuje přibližně s v^0,68. Použití ISO VG 220 při 100 m/s vytváří mnohem více filmu, než je potřeba, což způsobuje nadměrné viskózní ztráty a tvorbu tepla. Turbínový olej ISO VG 32–68 (bez přísad EP – přísady EP korozivní pro slitiny mědi v ložiskách kompresoru) udržuje dostatečný film EHL a zároveň minimalizuje ztráty vířením. Absence přísad EP je přijatelná, protože při těchto rychlostech je ozubený pár pevně v plném režimu EHL – nedochází ke kontaktu drsnosti a ochrana EP není nutná.
Norma API 613 přidává několik dalších požadavků nad rámec normy ISO 6336: (1) povinnou přejímací zkoušku vibrací při plných otáčkách a zatížení před odesláním, s vibracemi na ložiskovém tělese ≤ 25 µm mezi špičkami; (2) specifickou analýzu dynamiky rotoru včetně kritické torzní rychlosti, kritické boční rychlosti a separačního limitu ze všech provozních rychlostí; (3) požadavky na materiál specifikující maximální úrovně nečistot v oceli ozubeného kola nad rámec standardních rozsahů složení EN/ASTM; (4) mechanickou zkoušku provozu za přítomnosti kupujícího nebo inspektora kupujícího; (5) specifické požadavky na čistotu mazacího oleje (minimálně ISO 16/14/11). Tyto dodatečné požadavky jsou důvodem, proč je kompresor splňující normu API 613... spirálové ozubené kolo obvykle stojí 2–4× více než standardní průmyslové ozubené kolo stejné velikosti.
Ano – za předpokladu, že hluk pochází z postupné únavy povrchu (důlkové koroze nebo mikrodůlkové koroze), která zdrsnila boky zubu nad původní hodnotu Ra ≤ 0,2 µm, a za předpokladu, že zbývající hloubka pouzdra po odstranění materiálu je stále v rámci stanoveného minima. Společnost Korea Ever-Power akceptuje vysokorychlostní kompresor. šikmá ozubená kola Pro přebroušení změří zbývající stav materiálu a hloubku pouzdra a před zahájením operace poskytne zprávu o proveditelnosti přebroušení. Přebroušení na třídu DIN 4–5 ze zdrsněného povrchu v provozu je proveditelné, pokud je celkový potřebný úběr materiálu menší než 0,2–0,3 mm – nad tuto hranici je výměna ozubeného kola nákladově efektivnější než pokus o přebroušení.
U integrálně převodového kompresoru jsou oběžná kola namontována přímo na prodlouženích hřídelí vysokorychlostních pastorků uvnitř skříně převodovky – neexistují žádné samostatné skříně kompresoru přírubově spojené s převodovkou. Každé pastorek může pohánět dvě oběžná kola (jedno na každém konci hřídele) s různými tlakovými poměry, což umožňuje vícestupňovou kompresi v jednom stroji. Výhoda: žádné spojení mezi převodovkou a kompresorem, nižší rotující hmotnost, kompaktnější instalace. Nevýhoda: konstrukce převodu je neoddělitelná od konstrukce kompresoru – převod je součástí procesního rozhraní a musí odolávat zatížení tlakem procesního plynu kromě zatížení převodu. Společnost Korea Ever-Power vyrábí náhradní pastorky pro integrálně převodové kompresory se specifickými materiálovými certifikacemi a rozměrovými kontrolami požadovanými pro jejich dvojí funkci.
Poptávka po zvyšovači otáček kompresoru nebo rozvodovém mechanismu
Uveďte otáčky pastorku (ot./min.), průměr stoupání, modul, úhel šroubovice a stav požadavků API 613. Společnost Korea Ever-Power vyrábí kompresorová ozubená kola dle DIN třídy 3–5 s Ra ≤ 0,2 µm, kompletní dokumentaci analyzátoru ozubených kol a odhad vibrací dle API 613 – za standardních dodacích lhůt pro šikmá ozubená kola.
Třída DIN 3–5 · Ra ≤ 0,2 µm · V souladu s API 613 · Odhad vibrací · Kompatibilní s turbínovým olejem · Minimální objednávací množství 1 kus
Střihač: Cxm
