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    大型離心壓縮機設備制造的新特點

    來源:江蘇恒久機械   發布時間:2019-09-23 16:47:04   

    產業集中度更高


        近十年來,特別是2000年以來,國外離心壓縮機制造業經歷了不斷地并購重組,2000年,日本EBARA公司購買了美國ELLIOTT公司的全部股份,組建了ELLIOTT-2EBARA透平機械公司。2001年,德國MAN集團重組了GHH BOSIG和蘇爾壽,形成了MAN TURBO公司;SIEMENS并購了DEMAG DELEVAL公司,重組為SIEMENS透平機械部,1994年以來,GE并購了新比隆、AC等壓縮機制造廠,成為壓縮機行業的領先企業。國內的壓縮機制造企業也進行了兼并重組,沈陽鼓風機廠重組了沈陽氣體壓縮機廠,錦西化機壓縮機部分被SIEMENS收購,成為SIEMENS葫蘆島透平公司。


        經過重組整合,過去一些著名的壓縮機制造企業,如蘇爾壽、DEMAG、GHH等都改換了門庭,國外大型離心壓縮機制造商形成了GE、SIEMENS、MAN TURBO、MHI、DRESSER-RAND 和ELLIOTT-EBARA等大型離心壓縮機集團企業。


       這些壓縮機制造商的母公司,基本上都是大型跨國公司,像GE、MHI本身也是金融業大鱷,業務范圍廣,人力資源豐富,資金雄厚,能夠投入巨大的技術研發和設施改造資金,使壓縮機制造商的競爭優勢更加明顯,市場地位突出,在部分類型的壓縮機上形成寡頭壟斷地位。如大型LNG壓縮機,GE占有絕大部分的市場份額,大型乙烯壓縮機,ELLIOTT-EBARA、MHI和SIEMENS三分天下,大型空分壓縮機,MAN TURBO和SIEMENS各據半壁江山。


    2、大型化技術漸趨成熟


       近年來,生產裝置的大型化趨勢日益明顯,以乙烯裝置為例,在20世紀60、70年代,乙烯裝置規模在200kt/a以下,到90年代達到600~800kt/a,2000年以后,則達到1000~1400kt/a,未來幾年,2000kt/a規模的乙烯裝置將變為現實。預計2000kt/a規模的乙烯裝置的裂解氣壓縮機組功率將超過100MW,壓縮機重量將近千噸。此外大型LNG裝置、大型空分裝置的發展,都推進了壓縮機的大型化進程。


       為滿足大型化的要求,壓縮機制造企業在大型轉子、大型殼體等設計制造技術方面進行了大量的研發工作并取得了長足的進步,大型殼體的內直徑達到3.6~3.8m,大型轉子直徑達到1.5~1.75m,廣泛應用了大型殼體有限元分析,大型轉子的分析軟件技術更加先進。通過增添加工設備、擴大生產廠房、增建大型試車臺,提升了制造大型壓縮機的能力,國外已有了軸功率達70MW的壓縮機制造業績,其配套汽輪機功率達到了80MW。


    3、設計制造一體化和產品系列化趨勢明顯


       近年來,國內外大型壓縮機制造企業加大了內部資源的整合力度,通過優化內部資源配置,設計研發力量更加專注于核心技術的開發和提高, 工廠的加工制造能力更加集中,通過專業化分工和協作,實施統一的生產管理系統、質量保證體系和試車試驗程序,保證壓縮機組整機的可靠性和按期交貨。


       國外壓縮機制造企業,業務范圍涵蓋了與壓縮機相關的主要輔助機械。不但生產壓縮機,同時也設計制造汽輪機、燃氣透平甚至電機,MHI、GE、DRESSER-RAND和SIEMENS無一例外,EBARA以前需外購汽輪機,但現在也由ELLIOTT-EBARA自己生產。這種產品的多元化,使壓縮機制造廠內部信息交流更為通暢,減少了責任界面,對異常情況反應更為快捷,實現了對用戶的單點負責。


       國外壓縮機制造企業廣泛采用了模塊化設計,入口殼體、出口殼體、軸承體、中間流通部件及葉輪等壓縮機主要構件,都被設計成標準化的系列結構,實現了設計制造的快速、高效和低成本。


    4、機組效率和運行可靠性不斷提高


       由于機組的大型化,單臺機組的功率達數萬千瓦,提高效率以減少功耗,可顯著降低機組的運行成本。以百萬噸級乙烯裂解氣壓縮機為例,機組效率每提高1%, 可節省功耗500kW以上,年運行成本可減少數百萬元。因此,國內外壓縮機制造企業都在努力提高壓縮機效率,近年來壓縮機的多變效率達到89%以上,表1為國外某公司近年來效率的改進情況。


       提高效率的主要部位集中在葉輪及回流器、擴壓器等靜止部件上,通過對葉輪和靜葉片的三元流設計、從入口到出口的全流程的CFD、優化設計和制造工藝及加氣抽氣的流道改進等,壓縮機的整機效率顯著提高。

    在提高效率的同時,努力提高機組運行的可靠性,減少故障和計劃外停車。為此,高速動平衡技術逐漸成為基本的制造工序,通過各種技術措施降低機組運行的振動值,運用60管理程序加強設計制造過程的質量管理,將備用轉子與主機同時采購,以減少轉子故障帶來的損失,節省大修的時間。


       為提高效率和運行的可靠性,壓縮機制造企業采取了一系列有效地措施。在技術進步上加大了資金投入,如GE,從2000年到2005年,6年共投入3.27億美元,研發資金年均增長37%;開展技術升級活動,如MHI的EDGE(Evolution and Development for Growth and Expansion),以及ELLIOT T-EBARA的逆向解析法設計技術等;擴大三元流技術的應用范圍,葉輪設計從準三元流發展到全三元流,把三元流動分析技術應用到葉片擴壓器等靜止部件的設計中;廣泛應用新的設計分析軟件,與高等院校、科研單位合作開發新的應用軟件,提高設計水平;廣泛應用數控加工中心,研發新的加工方法,增添新的加工設備,提高加工制造精度。


    5、試車驗證能力得到高度重視


       由于裝置的大型化,壓縮機作為裝置的核心設備,其延期投用或非計劃停車,損失都將是壓縮機直接采購成本的數倍之巨,因而用戶除要求進行標準規定的試驗外,一半以上的用戶要求進行全負荷性能試驗,以確保設計制造的質量和在高效區內運行。


       國外壓縮機制造商非常重視基本級試驗,試驗設施齊全,單級試驗臺能力達到2500kW,試驗葉輪直徑可達800mm。壓縮機基本級試驗集中在基本級的進出口結構、加氣抽氣影響及局部結構的優化(如預旋、消旋結構等) 和大直徑、大流量、高壓力的基本級的模型試驗。通過對各種性能參數的試驗測量分析,不斷優化基本級參數,提高基本級效率。如GE通過試驗分析,從2003年開始采用新的基本級,葉輪效率提高2%~3%,穩定運行范圍增加5%~10%。


       壓縮機組的試驗能力不斷提高,國外壓縮機廠都可同時進行7~8臺機組的試驗,有的可同時進行十多臺機組的試驗。同時試車手段多樣化,可用電機驅動,也能夠用汽輪機或燃氣透平驅動。電機的驅動功率高達50MW。為滿足大型乙烯裝置壓縮機試車的要求,MHI、SIEMENS和GE新建的壓縮機試車臺已經投用或將要投用,其驅動功率達到100MW以上,可進行2000kt/a規模乙烯壓縮機的全負荷性能試驗。


       同時,國外壓縮機制造商也非常重視試驗結果的利用,把試驗作為壓縮機制造的一個重要環節。通過設計制造試驗及分析優化設計制造的循環,實現設計要求和試驗結果的高度一致,提高壓縮機組性能的可預測性。


    6、技術上的新進展


       (1)葉輪制造技術

    3D葉輪在大型離心壓縮機上得到全面應用,葉輪制造普遍采用“兩件焊”,釬焊和開槽焊技術在葉輪制造中廣泛應用,GE生產的壓縮機主要采用單件整體銑制的三元葉輪和電腐蝕加工的二元葉輪,整體銑制、電腐蝕加工和釬焊技術可高度自動化,加工的葉輪精度高,制造缺陷少,制造時間短,促進了轉子水平的提高。


       (2)密封技術

    干氣密封得到了廣泛應用,高壓、高溫、低壓、特殊介質的干氣密封的成功應用,提高了壓縮機密封的可靠性。級間密封使用了內襯泰氟隆材料的可接觸式迷宮密封,提高級間密封的效果。通過在壓縮機軸端密封增加消旋控制氣,可減少氣體回流引進的擾動,提高轉子穩定性。靜密封通過增加副密封環,提高高壓環境下靜密封的密封性和可靠性。


       (3)減振環

       密閉在壓縮機軸承外側的減振環,通過與軸之間的油膜,吸收轉子不穩定運行時產生的激振力,提高轉子的運行穩定性。


       (4)直接潤滑軸承

       可減少潤滑油消耗,降低軸承溫度,節省壓縮機的功率消耗。


       (5)防止葉輪積垢技術

       乙烯裂解氣壓縮機由于含有不飽和烯烴,高溫下容易在轉子上聚集, 引進轉子振動和動靜部件的摩擦磨損,為防止轉子上的積垢,國外開發了防止積垢的轉子涂層技術,但廣泛應用的仍然是噴水噴油技術,包括可在線拆卸清洗的噴嘴、優化噴水位置和噴水量等。


       日益優化的設計技術,先進的制造裝備,完善的試車驗證能力和不斷豐富的經驗,支撐著壓縮機技術的不斷發展。與國外相比,國內壓縮機制造企業不論在壓縮機的基本級水平、設計手段、制造工藝、試車驗證能力及生產與技術管理,還是在壓縮機產品的振動、噪音、外觀、可靠性和經濟性方面,都還存在不小的差距。國內的壓縮機制造企業應借國家大力推進裝備制造業振興的良好時機,不斷提高管理能力、技術水平和產品質量,在國際市場上與國外企業一比高低,為提高我國民族制造業的水平做出貢獻。


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