RU102237U1

RU102237U1 - CENTRIFUGAL COMPRESSOR HOUSING

Info

Publication number: RU102237U1
Application number: RU2010135115/06U
Authority: RU
Inventors: Александр Зайнетдинович Шайхутдинов; Виктор Григорьевич Пыхтеев; Николай Дмитриевич Федоренко
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Объединенные газопромышленные технологии "Искра-Авигаз" (ЗАО "Искра-Авигаз")
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2011-02-20

Abstract

1. Корпус центробежного компрессора, содержащий обечайку с присоединенными к ней при помощи сварки входным и выходным патрубками, отличающийся тем, что обечайка состоит из двух элементов, выполненных из обработанного прессованием горячекатаного листового металла и соединенных по длине при помощи электрошлаковой сварки, с образованием цилиндрической внутренней и внешней поверхностей обечайки. ! 2. Корпус по п.1, отличающийся тем, что толщина горячекатаного листового металла каждого элемента обечайки одинакова и не менее 100 мм. ! 3. Корпус по п.1, отличающийся тем, что патрубки приварены к обечайке аргонодуговой сваркой. 1. The centrifugal compressor housing, comprising a shell with inlet and outlet nozzles connected to it by welding, characterized in that the shell consists of two elements made of extruded hot rolled sheet metal and connected in length by electroslag welding, with the formation of a cylindrical inner and the outer surfaces of the shell. ! 2. The housing according to claim 1, characterized in that the thickness of the hot-rolled sheet metal of each element of the shell is the same and not less than 100 mm ! 3. The housing according to claim 1, characterized in that the nozzles are welded to the shell by argon arc welding.

Description

Полезная модель относится к компрессоростроению, а именно к конструкциям корпусов центробежных компрессоров, работающих при высоких давлениях и больших расходах перекачиваемого газа.The utility model relates to compressor engineering, namely to the designs of centrifugal compressor housings operating at high pressures and high flow rates of the pumped gas.

Известен корпус центробежного компрессора, содержащий обечайку со всасывающим и нагнетательными патрубками, приваренными к обечайке и расположенными по разные стороны и перпендикулярно продольной оси корпуса (а.с. СССР №966316, F04D 29/40, БИ №38 за 1982 г.) - аналог.Known centrifugal compressor housing containing a shell with suction and discharge nozzles welded to the shell and located on opposite sides and perpendicular to the longitudinal axis of the housing (AS USSR No. 966316, F04D 29/40, BI No. 38 for 1982) - analogue .

Недостатком известного решения является сложная технология изготовления, высокая металлоемкость изделия.A disadvantage of the known solution is the complex manufacturing technology, high metal consumption of the product.

Известен корпус центробежного нагнетателя содержащий обечайку со всасывающим и нагнетательными отверстиями, направленными в разные стороны, причем оси этих отверстий расположены в одной плоскости в продольном сечении (а.с. СССР №1758292, F04D 29/40, БИ № за год) - прототип.A known case of a centrifugal supercharger containing a shell with suction and discharge openings directed in different directions, the axes of these holes being located in the same plane in longitudinal section (AS USSR No. 17575292, F04D 29/40, BI No. per year) - prototype.

Недостатком указанного решения является сложный процесс изготовления корпуса, что связано с большими размерами поковки или литой заготовки, из которой изготавливается корпус компрессора с возможностью обеспечения требуемые характеристик при работе компрессора при высоких давлениях и больших расходах.The disadvantage of this solution is the complex process of manufacturing the housing, which is associated with the large dimensions of the forgings or cast billets from which the compressor housing is made with the ability to provide the required characteristics when the compressor is operating at high pressures and high costs.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение является обеспечение требуемого ресурса компрессора при его работе в условиях давления выше 100 атм, снижение металлоемкости, при одновременном упрощении его изготовления.The technical result, the achievement of which the claimed solution is directed, is to provide the required compressor resource when it is operating under pressure above 100 atm, reducing metal consumption, while simplifying its manufacture.

Указанный технический результат достигается тем, что корпус центробежного компрессора, содержит обечайку с присоединенными к ней при помощи сварки входным и выходным патрубками, причем обечайка состоит из двух элементов, выполненных из полученного прессованием горячекатаного листового металла и соединенных по длине при помощи электрошлаковой сварки, с образованием цилиндрической внутренней и внешней поверхности обечайки.The specified technical result is achieved in that the centrifugal compressor housing contains a shell with inlet and outlet pipes connected to it by welding, and the shell consists of two elements made of extruded hot-rolled sheet metal and connected along the length by electroslag welding, with the formation cylindrical inner and outer surfaces of the shell.

Корпус центробежного компрессора, характеризующийся тем, что толщина горячекатаного листового металла каждого элемента обечайки может быть одинакова и может быть не менее 100 мм, а патрубки могут быть приварены к обечайке аргонодуговой сваркой.A centrifugal compressor housing, characterized in that the thickness of the hot-rolled sheet metal of each shell element can be the same and can be at least 100 mm, and the nozzles can be welded to the shell by argon-arc welding.

Для повышения к.п.д. центробежного компрессора с заявляемым корпусом, целесообразно входной и выходной патрубки приваривать к обечайке по разные стороны от вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось корпуса, причем продольные оси отверстий обоих патрубков располагать в горизонтальных плоскостях и смещать по вертикали относительно друг друга.To increase the efficiency of a centrifugal compressor with the claimed housing, it is advisable to weld the inlet and outlet pipes to the shell on opposite sides of the vertical plane passing through the longitudinal axis of the housing, with the longitudinal axis of the openings of both pipes in horizontal planes and offset vertically relative to each other.

Заявляемое решение конкретизируется на фиг.1-3, где на фиг.1 представлен продольный разрез заявляемого корпуса центробежного компрессора, на фиг.2 - сечение А-А, на фиг.3 - сечение Б-Б.The claimed solution is concretized in Figs. 1-3, where Fig. 1 shows a longitudinal section of the inventive centrifugal compressor housing, Fig. 2 is a section A-A, Fig. 3 is a section B-B.

Корпус центробежного компрессора содержит обечайку 1 входной патрубок 2, присоединенный к ней при помощи сварки 3 и выходной патрубок 4, присоединенный к обечайке 1 при помощи сварки 5. Обечайка 1 состоит из двух элементов 6 и 7, соединенных по длине электрошлаковой сваркой 8.The centrifugal compressor housing contains a shell 1 inlet pipe 2 connected to it by welding 3 and an outlet pipe 4 connected to shell 1 by welding 5. Shell 1 consists of two elements 6 and 7 connected along the length of electroslag welding 8.

Корпуса компрессоров являются одной из самых ответственных и самой дорогостоящей деталью компрессора вследствие условий работы, габаритов, материалоемкости и высоких требований к их надежности.Compressor housings are one of the most critical and most expensive compressor parts due to operating conditions, dimensions, material consumption and high requirements for their reliability.

При отливке заготовок для изготовления корпусов компрессоров, работающих при высоких давлениях (свыше 70 атм; верхняя граница определяется уровнем техники и в настоящее время составляет ≈250 атм) и больших расходах (свыше 1 млн стандартных кубометров; верхняя граница определяется уровнем техники и в настоящее время составляет ≈3 млн стандартных кубометров) рабочего тела, с учетом габаритов корпуса, практически невозможно обеспечить равномерную структуру металла и отсутствие воздушных каверн в металле, что снижает прочность литой заготовки и, следовательно, готового корпуса.When casting billets for the manufacture of compressor housings operating at high pressures (over 70 atm; the upper limit is determined by the state of the art and is currently ≈250 atm) and high costs (over 1 million standard cubic meters; the upper limit is determined by the state of the art and is currently is ≈3 million standard cubic meters) of the working fluid, taking into account the dimensions of the body, it is almost impossible to ensure a uniform metal structure and the absence of air cavities in the metal, which reduces the strength of the cast billet and and hence of the finished housing.

Изготовление корпуса центробежного компрессора, работающего при высоких давлениях и больших расходах, из кованой цилиндрической заготовки хотя и позволяет улучшить структуру металла корпуса, однако усложняет процесс изготовления и удорожает его.Although the manufacture of a centrifugal compressor casing operating at high pressures and high costs from a forged cylindrical billet improves the structure of the casing metal, it complicates the manufacturing process and makes it more expensive.

В заявляемом решении предлагается использовать для изготовления корпуса (обечаки) обработанный прессованием горячекатаный листовой металл, например, для компрессоров в которых рабочим телом является газ с сероводородом, целесообразно использовать нержавеющую сталь (15ХН9Т, 08Х12Н10Т и т.д.). В случае, если компрессор предназначен для работы в условиях севера, выбирается материал по ГОСТ 19282-73, ГОСТ 19903-74 (17ГС, 16ГС и т.д.)In the claimed solution, it is proposed to use hot-rolled sheet metal processed by pressing, for example, for compressors in which gas and hydrogen sulfide are the working fluid, it is advisable to use stainless steel (15XH9T, 08X12H10T, etc.). In case the compressor is designed to operate in the north, the material is selected according to GOST 19282-73, GOST 19903-74 (17GS, 16GS, etc.)

Прессование листового материала осуществляют на прессах с давлением 6-20 тыс.тонн, такое оборудование есть, например, Ижевском машиностроительном заводе, Магнитогорском заводе и т.д.Pressing of sheet material is carried out on presses with a pressure of 6-20 thousand tons, such equipment is, for example, the Izhevsk Machine-Building Plant, Magnitogorsk Plant, etc.

Прессование осуществляют до приобретения каждым листом (элементом обечайки) формы полуцилиндра, т.е. в поперечном сечении - полуокружность (с заданными в техпроцессе погрешностями).Pressing is carried out before each sheet (shell element) acquires the shape of a half cylinder, i.e. in cross section - a semicircle (with the errors specified in the manufacturing process).

После чего ее два элемента соединяют по длине при помощи электрошлаковой сварки, с образованием цилиндрической внутренней и внешней поверхности обечайки, и осуществляют термообработку обечайки для снятия напряжений, возникших в процессе сварки. Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса центробежного компрессора подвергается чистовой обработке для обеспечения требуемого внутреннего диаметра.After that, its two elements are connected in length by electroslag welding, with the formation of a cylindrical inner and outer surface of the shell, and heat treatment of the shell is carried out to relieve stresses arising in the welding process. The inner cylindrical surface of the centrifugal compressor housing is finished to ensure the required inner diameter.

Электрошлаковая сварка позволяет сваривать любую сталь, однако ее целесообразно применять в случае, когда толщина соединяемых элементов не менее 40 мм.Electroslag welding allows you to weld any steel, but it is advisable to use it in the case when the thickness of the connected elements is at least 40 mm.

При электрошлаковой сварке тепло, необходимое для плавления свариваемого металла, образуется за счет прохождения электрического тока через расплавленный шлак, состоящий из оксидов галоидов или их смесей.In electroslag welding, the heat required to melt the metal being welded is generated by the passage of an electric current through molten slag, consisting of halide oxides or mixtures thereof.

Две свариваемые детали устанавливаются вертикально с зазором между кромками. Зазор с двух сторон закрывают медные водоохлаждаемые ползуны. Снизу зазор также закрывается специальным карманом. В зазор засыпается сварочный флюс и опускается сварочная проволока. В процессе сварки проволока подается вниз роликами, токоподвод осуществляется мундштуком. За счет прохождения тока между проволокой и изделием флюс нагревается и расплавляется. Расплавленный флюс образует шлак, который, будучи электропроводным, является источником тепла, приводящим к расплавлению проволоки и кромок и образованию сварочной ванны. Электрическая дуга отсутствует, так как она шунтируется расплавленным шлаком. Процесс сварки идет снизу вверх. Ползуны, охлаждаемые водой через трубки, перемещаются вверх вместе со сварочным автоматом и формируют сварной шов. Расплавленный флюс обеспечивает одновременно защиту сварочной ванны и участвует в металлургических процессах, обеспечивающих требуемое качество сварного шва.Two parts to be welded are mounted vertically with a gap between the edges. The gap on both sides is closed by water-cooled copper sliders. The bottom gap is also closed with a special pocket. The welding flux is poured into the gap and the welding wire is lowered. In the process of welding, the wire is fed down by rollers, the current supply is carried out by the mouthpiece. Due to the passage of current between the wire and the product, the flux is heated and melted. The molten flux forms slag, which, being electrically conductive, is a heat source, leading to the melting of the wire and edges and the formation of a weld pool. There is no electric arc, since it is shunted by molten slag. The welding process goes from bottom to top. The sliders, cooled by water through the tubes, move up together with the welding machine and form a weld. The molten flux provides both protection for the weld pool and is involved in metallurgical processes that ensure the required quality of the weld.

Расход флюса при этом способе сварки невелик и не превышает 5%-ной массы наплавленного металла. Флюс используется такой же, как и для дуговой сварки, или специальный.The flux consumption in this welding method is small and does not exceed 5% by weight of the deposited metal. The flux is used the same as for arc welding, or special.

Основными разновидностями электрошлаковой сварки являютсяThe main varieties of electroslag welding are

- многоэлектродная электрошлаковая сварка,- multi-electrode electroslag welding,

- электрошлаковая сварка пластинчатыми электродами,- electroslag welding with plate electrodes,

- электрошлаковая сварка плавящимся мундштуком.- electroslag welding with a consumable mouthpiece.

Так как выделение теплоты в шлаковой ванне происходит главным образом в области электрода, максимальная толщина металла, свариваемого одной проволокой, обычно ограничена 60 мм. При больших толщинах целесообразно использовать несколько проволок - обычно кратно трем - числу фаз источника питания. При необходимости проволокам придают колебания поперек зазора для его лучшего заполнения. Сила сварочного тока на одну проволоку составляет I_св=200-600 А, напряжения сварки - 26-44 В; скорость подачи проволоки - V_п=100-400 м/ч.Since heat is released in the slag bath mainly in the region of the electrode, the maximum thickness of the metal welded by one wire is usually limited to 60 mm. For large thicknesses, it is advisable to use several wires - usually a multiple of three - to the number of phases of the power source. If necessary, give the wires vibrations across the gap to better fill it. The welding current per wire is I _st = 200-600 A, the welding voltage is 26-44 V; wire feed speed - V _p = 100-400 m / h.

Основным преимуществом электрошлаковой сварки является возможность сварки за один проход деталей практически любой толщины. Сварка производится без разделки кромок, поэтому ее экономичность повышается с ростом толщины свариваемого металла. Экономически целесообразно применять ее уже начиная с 40 мм, но чаще всего она используется для сварки толщин 100-600 мм.The main advantage of electroslag welding is the ability to weld parts of almost any thickness in one pass. Welding is performed without cutting edges, so its profitability increases with increasing thickness of the welded metal. It is economically feasible to apply it already starting from 40 mm, but most often it is used for welding thicknesses of 100-600 mm.

Как показали исследования, проведенные заявителем для компрессоров, работающих при высоких давлениях и больших расходах рабочего тела, например, газа целесообразно использовать горячекатаный листовой металла толщиной не менее 100 мм. Максимальная толщина листового металла определяется технической и экономической целесообразностью, и возможностями производства, в частности прессовым оборудованием и т.д.As shown by studies conducted by the applicant for compressors operating at high pressures and high flow rates of the working fluid, for example, gas, it is advisable to use hot-rolled sheet metal with a thickness of at least 100 mm. The maximum sheet metal thickness is determined by technical and economic feasibility, and production capabilities, in particular by pressing equipment, etc.

Существующее прессовое и сварочное оборудование в настоящее время позволяют обработать листовой металл с максимальной толщиной 600 мм, т.е. в настоящее время возможна обработка листового металла толщиной, например, 100-600 мм. Однако данный диапазон определяется только возможностями производства на данный момент и может измениться в сторону расширения его верхнего предела.Existing press and welding equipment currently allow processing sheet metal with a maximum thickness of 600 mm, i.e. it is currently possible to process sheet metal with a thickness of, for example, 100-600 mm. However, this range is determined only by the production capabilities at the moment and may change in the direction of expanding its upper limit.

Толщина листового металла каждого элемента обечайки может быть одинакова, но может и отличаться у двух элементов, в этом случае, потребуется более сложная чистовая обработка готовой обечайки.The thickness of the sheet metal of each element of the shell may be the same, but may differ for the two elements, in this case, it will require more complex finishing of the finished shell.

Входной и выходной патрубки могут быть приварены к обечайке, например, аргонодуговой сваркой.The inlet and outlet nozzles can be welded to the shell, for example, by argon arc welding.

Примеры конкретного выполнения.Examples of specific performance.

1. Пример изготовления корпуса газового компрессора мощность до 32 МВт, давление - до 120 атм,1. An example of manufacturing a gas compressor housing with power up to 32 MW, pressure - up to 120 atm,

Корпус центробежного компрессора изготовлен из материала 09Г2С, толщина листового металла - 160 мм, внутренний диаметр обечайки - 1600 мм, ширина сварного шва электрошлаковой сварки в поперечном сечении корпуса - 40 мм.The body of the centrifugal compressor is made of 09G2S material, the sheet metal thickness is 160 mm, the inner diameter of the shell is 1600 mm, the width of the electroslag welding seam in the cross section of the body is 40 mm.

Обработка - нагрев до температуры 540°С с последующей выдержкой 4 часа.Processing - heating to a temperature of 540 ° C followed by exposure for 4 hours.

Характеристики корпуса - работа при давлении 120 атм ресурс более 100000 часов.Housing characteristics - work at a pressure of 120 atm; a resource of more than 100,000 hours.

Требуемый ресурс работы 100000 часов.Required service life of 100,000 hours.

2 Пример изготовления корпуса газового компрессора мощность до 32 МВт, давление - до 200 атм,2 An example of manufacturing a gas compressor housing with power up to 32 MW, pressure up to 200 atm,

Корпус центробежного компрессора изготовлен из материала СТ17ГС, толщина листового металла - 200 мм, внутренний диаметр обечайки - 2000 мм, ширина сварного шва электрошлаковой сварки в поперечном сечении корпуса - 35 мм.The centrifugal compressor case is made of ST17GS material, the sheet metal thickness is 200 mm, the inner diameter of the shell is 2000 mm, the width of the electroslag welding seam in the cross section of the case is 35 mm.

Обработка - нагрев до температуры 620°С с последующей выдержкой 6 часов.Processing - heating to a temperature of 620 ° C with subsequent exposure for 6 hours.

Характеристики корпуса - работа при давлении 200 атм ресурс более 100000 часов.Housing characteristics - operation at a pressure of 200 atm; a resource of more than 100,000 hours.

Claims

1. The centrifugal compressor housing, comprising a shell with inlet and outlet nozzles connected to it by welding, characterized in that the shell consists of two elements made of extruded hot rolled sheet metal and connected in length by electroslag welding, with the formation of a cylindrical inner and the outer surfaces of the shell.

2. The housing according to claim 1, characterized in that the thickness of the hot-rolled sheet metal of each element of the shell is the same and not less than 100 mm

3. The housing according to claim 1, characterized in that the nozzles are welded to the shell by argon arc welding.