Tre tipi di riduttori per compressori: dove si collocano gli ingranaggi elicoidali
Un ambiente separato e chiuso ingranaggio elicoidale Il riduttore, posizionato tra il motore e il compressore centrifugo, aumenta la velocità del motore (1.500 o 3.000 giri/min) fino alla velocità della girante (5.000-30.000 giri/min) in una o due fasi. Questa è la configurazione più comune per i grandi compressori centrifughi industriali (500 kW-50 MW) ed è regolamentata dalla norma API 613 Special Purpose Gear Units for Petroleum, Chemical and Gas Industry Services.
Le giranti sono montate direttamente sulle estremità estese degli alberi pignone ad alta velocità: non è presente alcun giunto separato tra l'ingranaggio e il compressore. Il corpo dell'ingranaggio fa parte del perimetro del processo. È possibile ottenere più stadi di compressione montando le giranti su diverse estensioni dell'albero pignone con diversi rapporti di trasmissione, tutti azionati da un unico ingranaggio centrale sull'albero di ingresso del motore.
I compressori a vite senza olio utilizzano ingranaggi di sincronizzazione per mantenere un gioco preciso tra i rotori maschio e femmina senza contatto fisico. La fasatura ingranaggi elicoidali non trasmettono alcun carico di processo (il contatto del rotore fornisce la trasmissione della coppia nei tipi a bagno d'olio) ma devono mantenere un'esatta relazione di fase del rotore, rendendo il gioco e la precisione del passo i parametri critici.
Aumento di velocità del compressore centrifugo: requisiti di progettazione degli ingranaggi
Ad alta velocità ingranaggio elicoidale Per l'aumentatore di velocità del compressore centrifugo, la combinazione di precisione DIN Classe 3–5, superficie del fianco del dente Ra ≤ 0,2 µm e design a basso angolo di elica (β = 5–15°) limita il contributo delle vibrazioni dell'ingranaggio alla vibrazione picco-picco massima consentita di 25 µm secondo API 613 nell'alloggiamento del cuscinetto.
Velocità della linea di passo: il vincolo di progettazione dominante
La velocità della linea di passo v = π × d₁ × n₁ / 60.000 [m/s] per il pignone di un moltiplicatore di velocità di un compressore centrifugo varia da 25 m/s per un compressore di gas naturale a bassa velocità a oltre 200 m/s per un compressore d'aria multistadio ad alta velocità. A queste velocità:
- La perdita per attrito tra i denti è la causa principale: A v > 30 m/s, la perdita di ingranamento viscoso a vuoto P_VZO ∝ v² diventa una frazione significativa della potenza trasmessa. Per un moltiplicatore di velocità del compressore API 613 ingranaggio elicoidaleÈ specificato l'olio per turbine ISO VG 32–68 (non olio per ingranaggi), ovvero il grado di viscosità più basso che mantenga un film EHL adeguato, al fine di ridurre al minimo le perdite dovute all'agitazione ad alta velocità.
- Il fattore di carico dinamico KV diventa significativo: A v = 50 m/s per un ingranaggio DIN Classe 8, KV raggiungerebbe 1,5–2,0, richiedendo un ingranaggio due volte più grande di quello necessario alla coppia nominale. La classe DIN 3–5 riduce KV a 1,02–1,05, consentendo una progettazione compatta degli ingranaggi. Questa è la ragione fondamentale per cui i compressori ad alta velocità ingranaggi elicoidali Deve essere rettificato secondo la classe DIN 3-5 — non il rumore, ma le dimensioni del corpo dell'ingranaggio.
- Sistema di lubrificazione a nebbia d'olio: A velocità v > 80–100 m/s, la lubrificazione a spruzzo da un ugello non è in grado di fornire olio alla zona di ingranamento dei denti perché la velocità superficiale spazza via l'olio prima che penetri. A queste velocità è necessaria la lubrificazione a iniezione pressurizzata con ugelli che dirigono l'olio nella zona di ingranamento da entrambi i lati.
Angolo di elica per ingranaggi elicoidali del compressore ad alta velocità
Aumento di velocità del compressore centrifugo ingranaggi elicoidali utilizzare angoli di elica bassi (β = 5–15°) — contro la tendenza generale che favorisce angoli di elica più elevati per la riduzione del rumore. Il motivo: a velocità di passo molto elevate, la spinta assiale F_a = F_t × tan β genera un significativo spostamento assiale dell'albero del rotore che deve essere assorbito dal cuscinetto reggispinta dell'albero. A v = 100 m/s con β = 25°, F_a = 0,466 × F_t — e il cuscinetto reggispinta a queste velocità è un cuscinetto a pattini basculanti di precisione la cui capacità di carico assiale è limitata dalla sua progettazione. Il compressore standard API 613 ingranaggio elicoidale utilizza β = 8–15° come compromesso tra rumore (leggermente superiore) e spinta assiale gestibile ad alta velocità.
Requisiti API 613 per gli ingranaggi di aumento della velocità del compressore
| Parametro API 613 | Requisito | Motivazione |
|---|---|---|
| Classe di precisione degli ingranaggi | AGMA 13–15 (≈ DIN Classe 3–5) | Controlla KV ad alta velocità; limita l'eccitazione delle vibrazioni da TE |
| Limite di vibrazione (alloggiamento del cuscinetto) | ≤ 25 µm picco-picco (o secondo la Tabella 3 dell'API 613) | Protegge le distanze tra le punte della girante; previene il contatto rotore-statore. |
| materiale degli ingranaggi | AISI 4340 o equivalente (17CrNiMo6) temprato a cuore o cementato | Elevata resistenza alla fatica; nessun rischio di rottura per frammentazione ad alta velocità. |
| Sistema di lubrificazione | Iniezione pressurizzata; olio per turbine ISO VG 32–68; filtro duplex; radiatore dell'olio | Flusso d'olio continuo in tutte le condizioni operative; l'olio pulito è fondamentale a queste velocità dei denti. |
| Margine di velocità critico | ≥ 20% di separazione tra velocità di marcia e qualsiasi velocità critica | Previene l'amplificazione della risonanza delle vibrazioni indotte da TE |
Ingranaggi di distribuzione del compressore a vite: gioco e precisione di fase
Un compressore a vite senza olio richiede una sincronizzazione precisa delle fasi del rotore maschio e femmina: se i rotori entrano in contatto (cosa che accade se il gioco degli ingranaggi di distribuzione è eccessivo e i rotori si espandono termicamente riducendo il loro gioco), il risultato è il grippaggio immediato del rotore e la distruzione del compressore. La fasatura ingranaggio elicoidale La specifica per i compressori a vite senza olio ha quindi il gioco come parametro principale, non la capacità di carico (gli ingranaggi trasmettono solo una coppia leggera), ma la classe g o h della norma DIN 3967 per mantenere il gioco del rotore in tutto l'intervallo termico di funzionamento.
Gli ingranaggi di distribuzione devono inoltre mantenere una relazione di fase costante durante i cicli termici del corpo del compressore. Ciò richiede che la dilatazione dell'alloggiamento degli ingranaggi di distribuzione (che modifica la distanza tra gli assi e quindi il gioco) venga compensata in fase di progettazione, consentendo al gioco di aumentare con la temperatura entro un intervallo controllato che mantenga comunque il gioco del rotore, oppure utilizzando regolatori di distanza tra gli assi compensati in temperatura sull'alloggiamento degli ingranaggi di distribuzione.
Korea Ever-Power — Fornitura di ingranaggi elicoidali per l'aumento della velocità del compressore
La Korea Ever-Power produce ricambi e nuovi modelli ingranaggi a taglio elicoidale per moltiplicatori di velocità per compressori centrifughi in classe DIN 3–5, Ra ≤ 0,2 µm, in materiali compatibili con API 613 (17CrNiMo6 temprato a cuore o cementato), con misurazione con analizzatore di ingranaggi 100% e documentazione di qualificazione delle vibrazioni. Come diretto produttore di ingranaggi elicoidali, Korea Ever-Power esegue il calcolo della velocità critica e la stima delle vibrazioni per gli ingranaggi di ricambio, confermando la conformità ai limiti di vibrazione API 613 alla velocità di funzionamento specificata prima della produzione. Per gli ingranaggi di distribuzione dei compressori a vite, Korea Ever-Power produce coppie abbinate con classe di gioco e precisione del passo confermate, verificate sull'analizzatore di ingranaggi. Sfoglia il gamma di prodotti per ingranaggi elicoidali per applicazioni con compressori.
Domande frequenti
L'olio per ingranaggi standard (ISO VG 220–320 con additivi EP) è formulato per riduttori a velocità moderata, dove il film EHL necessita del supporto viscoso di una base ad alta viscosità. Alle velocità di passo dei moltiplicatori di velocità del compressore (50–200 m/s), il film d'olio viene generato dall'azione idrodinamica ad alta velocità: lo spessore del film EHL h_min scala approssimativamente con v^0,68. L'utilizzo di ISO VG 220 a 100 m/s genera un film molto più spesso del necessario, causando perdite viscose eccessive e generazione di calore. L'olio per turbine ISO VG 32–68 (senza additivi EP, poiché questi sono corrosivi per le leghe di rame nei cuscinetti del compressore) mantiene un film EHL adeguato, riducendo al minimo le perdite per agitazione. L'assenza di additivi EP è accettabile perché a queste velocità la coppia di ingranaggi si trova stabilmente nel regime EHL completo: non si verifica contatto tra le asperità e la protezione EP non è necessaria.
API 613 aggiunge diversi requisiti oltre a ISO 6336: (1) un test di accettazione delle vibrazioni obbligatorio a piena velocità e carico prima della spedizione, con vibrazioni sull'alloggiamento del cuscinetto ≤ 25 µm picco-picco; (2) analisi specifica della dinamica del rotore, inclusa la velocità critica torsionale, la velocità critica laterale e il margine di separazione da tutte le velocità operative; (3) requisiti dei materiali che specificano i livelli massimi di impurità nell'acciaio degli ingranaggi oltre gli intervalli di composizione standard EN/ASTM; (4) un test di funzionamento meccanico testimoniato dall'acquirente o dall'ispettore dell'acquirente; (5) requisiti specifici di pulizia dell'olio lubrificante (minimo ISO 16/14/11). Questi requisiti aggiuntivi sono il motivo per cui un compressore conforme ad API 613 ingranaggio elicoidale In genere costa da 2 a 4 volte di più rispetto a un ingranaggio industriale standard delle stesse dimensioni.
Sì, a condizione che il rumore derivi da una progressiva fatica superficiale (pitting o micropitting) che ha reso ruvidi i fianchi del dente al di sopra del valore originale Ra ≤ 0,2 µm, e a condizione che la profondità di tempra residua dopo la rimozione del materiale sia ancora entro il minimo specificato. Korea Ever-Power accetta compressori ad alta velocità ingranaggi elicoidali Per la rettifica, vengono misurate le condizioni del materiale residuo e la profondità di tempra, e viene fornito un rapporto di fattibilità della rettifica prima di procedere all'operazione. La rettifica a classe DIN 4-5 da una superficie ruvida in esercizio è fattibile se la quantità totale di materiale da rimuovere è inferiore a 0,2-0,3 mm; oltre tale valore, la sostituzione dell'ingranaggio risulta più conveniente rispetto al tentativo di rettifica.
In un compressore con ingranaggi integrati, le giranti sono montate direttamente sulle estensioni dell'albero dei pignoni ad alta velocità all'interno del carter del riduttore: non sono presenti carter del compressore separati flangiati a un moltiplicatore di velocità. Ogni pignone può azionare due giranti (una su ciascuna estremità dell'albero) a diversi rapporti di compressione, consentendo la compressione multistadio in un'unica macchina. Il vantaggio: nessun accoppiamento tra riduttore e compressore, massa rotante inferiore, installazione più compatta. Lo svantaggio: la progettazione degli ingranaggi è inscindibile da quella del compressore: l'ingranaggio fa parte del processo e deve resistere ai carichi di pressione del gas di processo oltre ai carichi sugli ingranaggi stessi. Korea Ever-Power produce pignoni di ricambio per compressori con ingranaggi integrati, con le specifiche certificazioni dei materiali e i controlli dimensionali richiesti per la loro duplice funzione.
Richiesta di informazioni su moltiplicatore di velocità del compressore o ingranaggio di distribuzione
Fornisci la velocità del pignone (RPM), il diametro primitivo, il modulo, l'angolo dell'elica e lo stato dei requisiti API 613. Korea Ever-Power produce ingranaggi per compressori DIN Classe 3–5 con Ra ≤ 0,2 µm, documentazione completa dell'analizzatore di ingranaggi e stima delle vibrazioni API 613, con tempi di consegna standard per ingranaggi elicoidali.
Gamma di prodotti per ingranaggi elicoidali
Classe DIN 3–5 · Ra ≤ 0,2 µm · Conforme a API 613 · Stima delle vibrazioni · Compatibile con olio per turbine · Quantità minima d'ordine: 1 pezzo
Redattore: Cxm
