Дипломная работа по машиностроению на тему Проектирование компрессорной станции

Введение

В дипломном проекте рассматривается компрессорная станция локомотивного депо г. Санкт-Петербурга. Дипломным проектом предусматривается реконструкция существующей компрессорной станции с заменой основного и вспомогательного оборудования. На данный момент станция укомплектована тремя поршневыми компрессорами марки ВП3-20/9, двумя поршневыми компрессорами марки 2ВМ4-27/9, и одним компрессором марки ЭКВ-24/9 с водяным охлаждением. Система охлаждения компрессорной станции прямоточная или оборотная (циркуляционная).
Охлаждающей жидкостью данной системы является обычная вода. В системах оборотного водоснабжения происходит повторное (многократное) использование воды. При оборотной системе вода из компрессоров и охладителей воздуха направляется в охлаждающее устройство и после охлаждения подается насосами в компрессоры и охладители. Эта система водоснабжения применяется при недостатке и высокой жесткости воды, большом ее расходе и стоимости.
В замкнутом цикле оборотной системы водоснабжения происходят потери воды вследствие испарения, разбрызгивания, фильтрации и т.д. Сооружения системы должны быть такими, чтобы потери не превышали 7 % от расхода воды: при больших потерях система становится неэкономичной.
Оборотная система водоснабжения состоит обычно из трех элементов:
- насосной станции;
- охлаждающего устройства;
- промежуточных сооружений (колодцев теплой и холодной воды, резервуаров и водоводов).
Поэтому предлагается провести реконструкцию компрессорной станции локомотивного депо г. Санкт-Петербурга с заменой существующих поршневых компрессорных установок на винтовые компрессоры.
Винтовой компрессор представляет собой агрегат промышленного назначения, нагнетающий воздух посредством винтовой пары. Данный тип оборудования широко применяют в промышленности при необходимости непрерывно поставлять сжатый воздух пневматическим системам. Винтовое компрессорное оборудование является экономичным и современным оборудованием, которое характеризуется умеренным потреблением электрической энергии, простотой обслуживания и управления, а также долговечностью.
Винтовые компрессорные установки активируются посредством электродвигателя. Перемещение определенного объема охлаждающего вещества (хладагента) в форме газа, позволяет точно отслеживать процесс охлаждения в компрессоре. Золотник, которым оснащен компрессор, обеспечивает снижение уровня притока газа и мощности.
Винтовой компрессор способен работать в режиме холостого хода, что позволяет снизить потребление электроэнергии в пять раз, а также максимально сократить износ деталей по причине отсутствия лишних включений электрического двигателя.
Данный вид компрессора, в отличие от поршневых компрессорных установок, не выбрасывает лишний воздух. Кроме того, винтовой компрессор производит сжатый воздух умеренной температуры, так как на конце сжатия температура низкая.
Впервые компрессоры винтового типа были запатентованы в 1930-х г. Вследствие того, что они достойно конкурировали с другими видами объемных компрессорных систем, их популярность и сфера применения росли. Сейчас винтовые компрессоры активно функционируют в самых разных областях производства. По техническим характеристикам они сравнимы с поршневыми агрегатами промышленного класса и актуальны для предприятий, на которых необходимо поддерживать непрерывный процесс производства.
Винтовые компрессоры являются высоко конкурентным оборудованием, обладающим следующими техническими параметрами:
- высокий уровень коэффициента полезного действия (до 95%, для сравнения КПД поршневых компрессорных установок не превышает 60%);
- уровень производительности компрессора может составлять до 40 куб.м / мин;
- показатель абсолютного давления на выходе до 9 кгс/см.кв;
- мощность электродвигателя колеблется в диапазоне от 45 до 315 кВт, масса от 1 730 до 5 830 кг.
Проектом реконструкции предлагается замена существующих поршневых компрессорных установок марки ВП3-20/9, 2ВМ4-27/9, ЭКВ-24/9 с водяным охлаждением на современные винтовые компрессорные установки фирмы Atlas-Copco – (GA-160VSD, GA-160, GA-110, GA-90) с встроенными осушителями в блочно-модульной компоновке.

 
1. Анализ модернизируемой компрессорной станции

1.1. Схема системы воздухоснабжения

Система воздухоснабжения локомотивного депо г. Санкт-Петербурга предназначена для централизованного обеспечения потребителей сжатым воздухом со следующими параметрами:
- требуемый расход воздуха, не менее – 1800 м3/ч;
- требуемое давление воздуха, не менее – 0,74 МПа.
Существующая принципиальная схема системы воздухоснабжения приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1.
Схема системы воздухоснабжения локомотивного депо г. Санкт-Петербурга

Общая протяженность системы составляет 2160 м. На предприятии воздух используется для технологических целей и как носитель пневматической энергии. Технологический воздух необходим для откачки автотормозной системы, проверки тормозов при ремонте и на различные технологические нужды предприятия. Силовой воздух используется для пневматического транспортирования песка на пункт технического осмотра локомотивов (выжимка песка).
Перечень потребителей сжатого воздуха с указанием нагрузок представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1
Перечень потребителей сжатого воздуха
№ п/п Наименование потребителя Назначение Расход воздуха, м3/мин Давление воздуха, МПа График работы потребителя
1 Участок по ремонту тепловозов Привод пневмоинструмента, обдувка аппаратов высоковольтной камеры тепловозов 4,32 8,4 12
2 Заготовительный участок Привод пневмоинструмента, обдувка аппаратов высоковольтной камеры тепловозов 1,24 7,8 12
3 Участок по ремонту автотормозного оборудования Привод пневмоинструмента, обдувка аппаратов высоковольтной камеры тепловозов 3,81 6,9 12
4 Участок по ремонту колесно-моторных блоков Привод пневмоинструмента, обдувка аппаратов высоковольтной камеры тепловозов 4,28 7,6 12
5 Участок контрольно-измерительных приборов Привод пневмоинструмента, обдувка аппаратов высоковольтной камеры тепловозов 2,2 8 12
6 Пункт технического осмотра локомотивов Привод пневмоинструмента, обдувка аппаратов высоковольтной камеры тепловозов 4,02 7,6 24
7 Участок пескоподготовки и экипировочных устройств Выжимка сухого песка в раздаточные бункеры 10,82 8 24
8 Система обдува стрелочных переводов путей депо Обдувка 33 стрелок депо 6,67 7 12

Длины участков в соответствии со схемой рис. 1.1 приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2
Длины трубопроводов в соответствии со схемой рис. 1.1
№ п/п Участок Длина участка, l, м
1 A1B1 60
2 A2B2 30
3 B1C1 55
4 B2C2 40
5 C1D1 80
6 C2D2 120
7 D1E1 80
8 D2E2 70
9 E1K1 60
10 E2K2 95
11 K1M1 45
12 l1 60
13 l2 80
14 l3 120
15 l4 75
16 l5 60
17 l6 70
18 l7 85
19 l8 145
20 l9 60

Сведения о потреблении сжатого воздуха за 2017 год представлен на рис. 1.2.

Рис. 1.2.
График потребления сжатого воздуха за 2017 год

Так же на рис. 1.2 приведена линия регрессии четвертой степени, для которой R = 0,95.

1.2. Оборудование модернизируемой компрессорной станции

На компрессорной станции установлено 6 стационарных, воздушных, поршневых, крейцкопфных двухступенчатых компрессора ВП3-20/9, 2ВМ4-27/9,ЭКВ-24/9 общего назначения с прямоугольным расположение цилиндров (один из который резервный). Основные технические характеристики представлены в таблице 1.3. Общий вид компрессора с указанием основных узлов и деталей представлен на рис. 1.3.

 
Таблица 1.3
Технические характеристики компрессора
Основные параметры и характеристики Единица измерения Величина
Производительность м3\мин 22
Давление начальное, абсолютное:
• минимальное
• номинальное
• максимальное Мпа
(кгс/см2)
0,0840 (0,860)
0,1013 (0,0133)
0,1070 (0,090)
Температура начальная,
• минимальная
• номинальная
• максимальная оС
-45
20
40
Давление конечное, избыточное,:
• после I ступени

• после II ступени, не более Мпа (кгс/см2)
0,177…0,226 (1,8…2,3)
0,78 (8,0)
Температура конечная, не выше
• после цилиндра I ступени
• после цилиндра II ступени
• после промежуточного концевого холодильников 0С 170
170
60
Число ступеней сжатия - 2
Ход поршня мм 210±0,1
Частота вращения вала компрессора номинальная с-1 (об\мин) 8,33 (500)
Привода компрессора:
• Тип
• Мощность, кВт
• Напряжение сети, В
• Частота переменного тока сети, Гц
А3-315М-6У3
132
380
50
Охлаждение сжатого воздуха водяное
Массовый расход охлаждающей воды м3/ч 12
Регулирование производительности:
1. Вид
2. Предел регулирования,%
3. Способ регулирования 1. Ступенчатое
2. 100 / 75±5 / 0
3. Подключением дополнительного мертвого объёма и сброс воздуха в атмосферу



Рис. 1.3.
Компрессор ВП3-20/9:
1 – цилиндр I ступени; 2 – цилиндр II ступени; 3 – поршень I ступени; 4 – поршень II ступени; 5 – шток I ступени; 6 – шток II ступени; 7 – сальник I ступени; 8 – сальник II ступени; 9 – крейцкопф; 10 – шатун; 11 – вал коленчатый; 12 – станина; 13 – агрегат смазки; 14 – клапан нагнетательный I, II ступени; 15 – клапан всасывающий I ступени; 16 – опора;17 – клапан предохранительный;18 – холодильник промежуточный; 19 – шкив; 20 – клапан всасывающий II ступени

Станина (рама) представляет собой чугунную отливку угловой коробчатой формы и является основной деталью, на которой монтируются все остальные сборочные единицы компрессора. Вертикально и горизонтально расположены направляющие крейцкопфов. Нижняя часть станины (рамы) служит резервуаром для масла. Для доступа к деталям механизма движения предусмотрены люки, закрываемые крышками.
Коленчатый вал – стальной однокривошипный устанавливается на двух радиально-сферических роликовых подшипниках. На шатунной шейке вала монтируются шатуны. Для предотвращения утечки масла по валу со стороны электродвигателя или шкива установлен маслоотражатель. Крейцкопфы компрессора ВП3-20/9 (рис. 1.4) выполнены со съемными башмаками из алюминиевого сплава. Корпус крейцкопфа выполнен из серого чугуна. Пальцы крейцкопфа стальные полые, неподвижно закреплены в расточных отверстиях корпуса.

Рис. 1.4.
Крейцкопф компрессора ВП3-20/9
1 – корпус; 2 – башмак; 3 – гайка; 4 – гайка; 5 – винт; 6 – винт; 7 – палец; 8 – упор


Также на станции установлен компрессор 2ВМ4-27/9, общий вид с габаритными размерами которого приведен на рис. 1.5.