Три типа компрессорных редукторов — где используются косозубые шестерни
Отдельный закрытый косозубая передача Редуктор соединяет двигатель и центробежный компрессор, увеличивая скорость вращения двигателя (1500 или 3000 об/мин) до скорости вращения рабочего колеса (5000–30000 об/мин) в один или два этапа. Это наиболее распространенная конфигурация для крупных промышленных центробежных компрессоров (500 кВт–50 МВт) и регулируется стандартом API 613 «Редукторные агрегаты специального назначения для нефтегазовой промышленности».
Рабочие колеса установлены непосредственно на удлиненных концах валов высокоскоростных шестерен — отдельного соединения между шестерней и компрессором нет. Корпус шестерни является частью технологической зоны. Многоступенчатое сжатие может быть достигнуто путем установки рабочих колес на разных удлинениях валов шестерен с различными передаточными числами, причем все они приводятся в движение от одной центральной шестерни на входном валу двигателя.
В безмасляных винтовых компрессорах используются синхронизирующие зубчатые передачи для поддержания точного зазора между мужским и женским роторами без физического контакта. Синхронизация косозубые шестерни Не передавая технологическую нагрузку (в двигателях с масляным охлаждением передачу крутящего момента обеспечивает контакт ротора), но должны поддерживать точное фазовое соотношение ротора, что делает люфт и точность шага критически важными параметрами.
Ускоритель скорости центробежного компрессора — Требования к конструкции редуктора
Высокоскоростной косозубая передача Для повышающего редуктора центробежного компрессора сочетание точности класса DIN 3–5, Ra ≤ 0,2 мкм на боковой поверхности зубьев и конструкции с малым углом спирали (β = 5–15°) ограничивает вклад вибрации зубчатого колеса до максимально допустимого значения вибраций API 613 в 25 мкм от пика до пика в корпусе подшипника.
Скорость по линии шага — главное конструктивное ограничение.
Скорость вращения по делительной окружности v = π × d₁ × n₁ / 60 000 [м/с] для шестерни повышающего редуктора центробежного компрессора варьируется от 25 м/с для медленно работающего компрессора природного газа до более чем 200 м/с для высокоскоростного многоступенчатого воздушного компрессора. При этих скоростях:
- Преобладающими являются потери на трение при зацеплении зубьев: При v > 30 м/с потери мощности в вязкостной сетке холостого хода P_VZO ∝ v² становятся значительной долей передаваемой мощности. Для компрессора-увеличителя скорости вращения API 613 косозубая передачаДля минимизации потерь на перемешивание при высоких скоростях рекомендуется использовать турбинное масло ISO VG 32–68 (не трансмиссионное масло) — самый низкий класс вязкости, обеспечивающий достаточную гидроэластографическую пленку.
- Динамический коэффициент нагрузки KV становится значимым: При скорости v = 50 м/с для редуктора класса DIN 8 значение KV достигнет 1,5–2,0, что потребует редуктора вдвое большего размера, чем необходимо при номинальном крутящем моменте. Класс DIN 3–5 снижает значение KV до 1,02–1,05, что позволяет создавать компактные редукторы. Это основная причина, по которой высокоскоростные компрессоры косозубые шестерни Шлифовка должна соответствовать классу DIN 3–5 — не уровню шума, а размеру корпуса шестерни.
- Система смазки масляным туманом: При скорости v > 80–100 м/с распыление смазки из форсунки не способно доставить масло в зону зацепления зубьев, поскольку скорость потока на поверхности сметает масло до того, как оно проникнет внутрь. При таких скоростях необходима смазка под давлением с помощью форсунок, направляющих масло в зону зацепления с обеих сторон.
Угол наклона спирали для косозубых шестерен высокоскоростных компрессоров
Ускоритель скорости центробежного компрессора косозубые шестерни Использование малых углов наклона спирали (β = 5–15°) противоречит общей тенденции, отдающей предпочтение большим углам наклона спирали для снижения шума. Причина: при очень высоких скоростях вращения осевая нагрузка F_a = F_t × tan β создает значительное осевое смещение вала ротора, которое должно быть компенсировано упорным подшипником вала. При v = 100 м/с и β = 25°, F_a = 0,466 × F_t — и упорный подшипник на этих скоростях представляет собой прецизионный подшипник с наклонными опорами, осевая несущая способность которого ограничена его конструкцией. Стандартный компрессор API 613 косозубая передача Используется значение β = 8–15° в качестве компромисса между уровнем шума (немного выше) и управляемой осевой тягой на высоких скоростях.
Требования API 613 к редукторам повышения скорости компрессора
| Параметр API 613 | Требование | Обоснование |
|---|---|---|
| класс точности зубчатых передач | AGMA 13–15 (≈ DIN Класс 3–5) | Контролирует КВ на высокой скорости; ограничивает вибрационное возбуждение от ТЕ. |
| Предел вибрации (корпус подшипника) | ≤ 25 мкм от пика до пика (или согласно таблице 3 стандарта API 613) | Защищает зазоры между лопатками рабочего колеса; предотвращает контакт ротора и статора. |
| Материал шестерни | AISI 4340 или эквивалентная сталь (17CrNiMo6), закаленная или цементированная. | Высокая усталостная прочность; отсутствие риска разрушения при высоких скоростях. |
| Система смазки | Система впрыска под давлением; турбинное масло ISO VG 32–68; двухступенчатый фильтр; маслоохладитель | Непрерывный поток масла при любых условиях эксплуатации; чистота масла крайне важна при таких скоростях вращения зубьев. |
| Критический запас скорости | Разница между скоростью движения и любой критической скоростью составляет ≥ 20% | Предотвращает резонансное усиление колебаний, вызванных ТЭ. |
Механизмы синхронизации винтовых компрессоров — люфт и точность фазы
Для безмасляного винтового компрессора необходима точная синхронизация фаз мужского и женского роторов — если роторы соприкасаются друг с другом (что происходит, если зазор в зубчатой передаче слишком велик и роторы термически расширяются, уменьшая свой зазор), это приводит к немедленному заклиниванию роторов и разрушению компрессора. Синхронизация косозубая передача Таким образом, в технических характеристиках безмасляных винтовых компрессоров основным параметром является люфт — не грузоподъемность (шестерни передают только малый крутящий момент), а соответствие классу g или h стандарта DIN 3967, обеспечивающее поддержание зазора между ротором и корпусом во всем диапазоне рабочих температур.
Механизмы синхронизации также должны поддерживать постоянное фазовое соотношение во время термических циклов корпуса компрессора. Это требует компенсации расширения корпуса механизма синхронизации (которое изменяет межосевое расстояние и, следовательно, люфт) в конструкции — либо путем увеличения люфта с повышением температуры в контролируемом диапазоне, который при этом сохраняет зазор между ротором и корпусом, либо путем использования термокомпенсированных регуляторов межосевого расстояния на корпусе механизма синхронизации.
Korea EverPower — Поставка зубчатых передач для повышающих частот компрессоров
Компания Korea Ever-Power производит продукцию нового и сменного производства. косозубые шестерни для центробежных компрессоров-ускорителей класса DIN 3–5, Ra ≤ 0,2 мкм, из материалов, совместимых с API 613 (17CrNiMo6, закаленный или цементированный), с документацией по измерениям с помощью анализатора зубчатых передач 100% и квалификации вибрации. В качестве прямого производитель косозубых передачКомпания Korea Ever-Power выполняет расчет критической скорости и оценку вибрации для заменяемых шестерен, подтверждая соответствие пределам вибрации API 613 при заданной рабочей скорости перед началом производства. Для зубчатых передач винтовых компрессоров Korea Ever-Power производит подобранные пары с подтвержденным классом люфта и точностью шага, проверенными на анализаторе шестерен. Подробнее Ассортимент продукции с косозубыми шестернями для применения в компрессорах.
Часто задаваемые вопросы
Стандартное трансмиссионное масло (ISO VG 220–320 с противозадирными присадками) разработано для редукторов средней скорости вращения, где эластогидродинамическая пленка (ЭГД) нуждается в поддержке вязкости высоковязкой основы. При скоростях вращения поршня компрессоров (50–200 м/с) масляная пленка образуется за счет гидродинамического воздействия на высоких скоростях — толщина ЭГД-пленки h_min приблизительно равна v^0,68. Использование ISO VG 220 при 100 м/с приводит к образованию гораздо большей пленки, чем необходимо, вызывая чрезмерные вязкостные потери и тепловыделение. Турбинное масло ISO VG 32–68 (без противозадирных присадок — противозадирные присадки вызывают коррозию медных сплавов в подшипниках компрессора) поддерживает достаточную ЭГД-пленку, минимизируя потери на перемешивание. Отсутствие противозадирных присадок допустимо, поскольку при этих скоростях зубчатая пара находится в режиме полной ЭГД — контакт шероховатостей не происходит, и защита противозадирными присадками не требуется.
Стандарт API 613 добавляет ряд требований по сравнению с ISO 6336: (1) обязательное приемочное испытание на вибрацию при полной скорости и нагрузке перед отгрузкой, при этом вибрация в корпусе подшипника должна составлять ≤ 25 мкм от пика до пика; (2) анализ динамики ротора, включая критическую скорость кручения, критическую скорость бокового вращения и запас по отрыву при всех рабочих скоростях; (3) требования к материалам, определяющие максимально допустимые уровни примесей в зубчатой стали, выходящие за рамки стандартных диапазонов состава EN/ASTM; (4) контролируемое механическое испытание, проводимое заказчиком или инспектором заказчика; (5) особые требования к чистоте смазочного масла (минимум ISO 16/14/11). Именно эти дополнительные требования обуславливают соответствие компрессора стандарту API 613. косозубая передача Как правило, он стоит в 2–4 раза дороже, чем стандартная промышленная шестерня того же размера.
Да — при условии, что шум вызван прогрессирующей усталостью поверхности (точечным или микроточечным образованием ямок), которая привела к шероховатости боковых поверхностей зубьев выше исходного значения Ra ≤ 0,2 мкм, и при условии, что остаточная глубина закаленного слоя после удаления материала все еще находится в пределах минимального заданного значения. Компания Korea Ever-Power принимает высокоскоростные компрессоры. косозубые шестерни Перед началом операции по перешлифовке необходимо измерить остаточное состояние материала и глубину закалки, а также предоставить отчет о целесообразности перешлифовки. Перешлифовка до класса DIN 4–5 с шероховатой поверхности, находящейся в эксплуатации, возможна, если общее количество удаляемого материала составляет менее 0,2–0,3 мм — при большем значении замена шестерни будет более экономически выгодной, чем попытка перешлифовки.
В компрессоре с интегрированным редуктором рабочие колеса установлены непосредственно на валах высокоскоростных шестерен внутри корпуса редуктора — отсутствуют отдельные корпуса компрессора, фланцевые к повышающему редуктору. Каждая шестерня может приводить в движение два рабочих колеса (по одному на каждом конце вала) с различными коэффициентами сжатия, что позволяет осуществлять многоступенчатое сжатие в одной машине. Преимущество: отсутствие соединения между редуктором и компрессором, меньшая вращающаяся масса, более компактная установка. Недостаток: конструкция редуктора неотделима от конструкции компрессора — редуктор является частью технологического процесса и должен выдерживать нагрузки от давления технологического газа в дополнение к нагрузкам от редуктора. Компания Korea Ever-Power производит сменные шестерни для компрессоров с интегрированным редуктором, имеющие необходимые сертификаты материалов и контроль размеров, соответствующие их двойной функции.
Запрос информации о регуляторе скорости компрессора или зубчатой передаче.
Укажите скорость вращения шестерни (об/мин), диаметр делительной окружности, модуль, угол наклона спирали и соответствие требованиям API 613. Компания Korea Ever-Power производит компрессорные шестерни класса DIN 3–5 с Ra ≤ 0,2 мкм, полной документацией по анализу зубчатых передач и оценкой вибрации по стандарту API 613 — в стандартные сроки поставки косозубых шестерен.
Класс DIN 3–5 · Ra ≤ 0,2 мкм · Соответствует стандарту API 613 · Оценка вибрации · Совместимость с турбинным маслом · Минимальный заказ: 1 штука
Редактор: Cxm
