Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций
..pdf5
Рис. 3.11. Блочная ГТУ ГТН-6 ТМЗ:
м1 — рама-маслобак, общая для ГТД и нагнетателя; 2 — пусковой турбодетандер; 3 — ротор турбокомпрессора;
£4 — кольцевая камера сгорания; 5 — выхлопной патрубок с отводом газов вбок
Рис. 3.12. Продольный разрез центробежного нагнетателя типа Н -300-1,23
ства, безлопаточного диффузора и улитки. Заодно с корпусом вы полнен картер подшипников, в котором размещены опорно-упор ный вкладыш, разгрузочное устройство, реле осевого сдвига и зубчатая полумуфта. Ротор консольный, с одним насадным рабо чим колесом. Лопатки и колесо цельнофрезерованные, покрываю щий диск крепится на заклепках.
Опорно-упорный вкладыш совместно с упорным диском рото ра, имеющим радиальные сверления, образуют главный масляный насос маслосистемы нагнетателя.
Уплотнение ротора — комбинированное. Первая часть уплот нения лабиринтного типа позволяет снижать давление газа до 0,98 МПа за счет его дросселирования и подачи в коллектор топ-
212
дивного газа. Вторая часть — гидравлическая, втулочного типа, объединена с опорным подшипником. Уплотняющее масло подво дится в камеру опорного вкладыша при давлении около 1,18 МПа.
Масло, сливающееся из опорного подшипника в сторону коле са, попадает в поплавковую камеру, из которой через два поплав ковых клапана направляется в газоотделитель и далее в маслобак нагнетателя. Подача масла на опорный вкладыш резервируется аккумулятором масла, установленным на корпусе нагнетателя.
В масляном баке нагнетателя вместимостью 3,5 м3 размещены газоотделитель, инжектор, пусковой и аварийный насосы идругие устройства.
На базе нагнетателя Н-300-1,23 для дожимных КС был разра ботан нагнетатель Н-6-41. В связи с созданием моноблочного ГПА ГТН-6 на ТМЗ была выпущена серия линейных и дожимных на гнетателей типа Н-6 на давление 7,5; 5,5; 4 и 2,76. Нагнетатели име ют как общую раму, так и маслосистему с приводной 11 У.
Агрегат ГПА-Ц-6,3
Газоперекачивающий агрегат ГПА-Ц-6,3 является первым оте чественным агрегатом, выполненным с приводом на базе авиадви гателя, что позволило существенно повысить его блочно-комплект- ность. Используется в контейнерном исполнении. Агрегат вклю чает в себя следующие поставочные блоки, соединяемые на месте эксплуатации; блок турбоагрегата, всасывающую камеру с кон тейнером автоматики, воздухоочистительное устройство с шумо глушителем, выхлопное устройство с шумоглушителем, блок маслоохладителей.
Блок турбоагрегата, который собирают полностью на заводеизготовителе, состоит из следующих частей: нагнетателя, двигате ля, выхлопного устройства, контейнера (укрытия), фундаментной плиты. Контейнер турбоагрегата включает в себя три стыкуемые части: контейнер двигателя, контейнер нагнетателя и среднюю часть. Конструкция контейнера обеспечивает возможность заме ны двигателя в процессе эксплуатации для осуществления его за водского ремонта. С контейнером турбоагрегата стыкуют всасы вающую камеру с контейнером автоматики.
Блок воздухоочистительного устройства выполнен в виде вер тикальной шахты, монтируемой над всасывающей камерой,
213
и включает в себя шумоглушитель и блок фильтров, предназначен ный для очистки воздуха, поступающего в двигатель.
Блок выхлопного устройства состоит из выхлопного патрубка, смесительной камеры, диффузора и шумоглушителя и служит для выброса выхлопных продуктов сгорания двигателя, эжекции воз духа для вентиляции контейнера и глушения шума.
Блок маслоохладителя, который размещают над средней ча стью контейнера, состоит из трубчатых аппаратов воздушного ох лаждения: двух — для охлаждения масла двигателя, двух — для ох лаждения масла системы смазки нагнетателя и одного — для ох лаждения масла системы уплотнения нагнетателя.
Двигатель НК-12СТ выполнен на базе авиационного турбо винтового двигателя и состоит из следующих элементов: передней опоры, осевого компрессора, камеры сгорания, турбины, электро оборудования, системы смазки, системы регулирования и управ ления, стартера (турбодетандера). Передняя опора двигателя вос принимает нагрузки корпуса и ротора и содержит передний роли коподшипник и центральный привод, 14-ступенчатый осевой ком прессор состоит из входного поворотного направляющего аппарата, корпуса и ротора. Для обеспечения пусковых и переход ных режимов над 5, 6, 8 и 9-й ступенями имеются воздухосборни ки, через клапаны которых осуществляется автоматический пере пуск воздуха.
Камера сгорания — прямоточная, встроенная, блочная с 12 жа ровыми трубами, крепится в узле картера турбины, в котором так же размещены передний подшипник турбины и задний подшип ник компрессора.
Турбина высокого давления (турбина компрессора) — осевая трехступенчатая, ее ротор вращается в двух роликовых подшип никах.
Турбина низкого давления (свободная турбина) — осевая од ноступенчатая, ее консольный ротор вращается в двух подшипниках качения (один — роликовый, другой — сдвоенный шариковый).
Нагнетатель типа Н-196 Сумского машиностроительного про изводственного объединения (МПО) им. М. В. Фрунзе представля ет собой двухступенчатую центробежную машину с горизонталь ным разъемом литого корпуса. Нагнетатели производительностью 10,7 млн. м3/сут выпускают на рабочее давление 5,5 и 7,45 МПа.
Ротор нагнетателя имеет два рабочих колеса диаметром
214
545 мм, основной и покрывающий диски которых соединены свар кой. Лопатки рабочих колес выфрезерованы в основном диске. Ротор вращается в двух опорных подшипниках скольжения и име ет упорный подшипник и разгрузочный поршень. Гидравлические уплотнения обоих концов вала — втулочного типа.
Масляная система агрегата состоит из систем смазки и уплот нения нагнетателя. Система смазки — принудительная, циркуля ционная. С помощью основного шестеренного маслонасоса с при водом от ротора нагнетателя через фильтры масло ТП-22 забирают из маслобака вместимостью 0,8 м3 и подают через блок маслоохла дителей в напорный коллектор. Основной насос дублируют пуско вым электронасосом.
Масло поступает в систему смазки двигателя из коллектора смазки нагнетателя. Подшипники двигателя смазывают с помо щью насосов, установленных на двигателе. Масляная система дви гателя работает по короткозамкнутой схеме, в которой откачиваю щие насосы подают масло через центрифугу и маслоохладители на вход в нагнетающий насос, минуя маслобак. В маслосистему дви гателя входят: масляный агрегат с нагнетающим, подкачивающим и откачивающим насосами и центрифугой; нагнетающий и отка чивающий насосы картера турбины; откачивающий насос проме жуточной опоры турбины; нагнетающий насос агрегатов регули рования; нагнетающий и откачивающий насосы свободной турби ны; масляный фильтр.
В системе уплотнения нагнетателя имеются: подкачивающий насос, подающий масло из бака через маслоохладитель в маслонасос высокого давления (оба насоса размещены в корпусе двигате ля с приводом от ротора ТВД); блок фильтров тонкой очистки; гид роаккумулятор; регулятор перепада давления "масло —газ"; маслоотводчик; дополнительный фильтр; пусковой винтовой электро насос.
Стартер ВС-12 представляет собой центростремительную тур бину (турбодетандер) мощностью 210 кВт, работающую на при родном газе давлением 0,4 —0,6 МПа.
Агрегат ГПА-10
Судовые ГТД обычно представляют собой авиационные двига тели, конвертированные для работы на корабле, или силовые уста
215
новки, специально разработанные для нужд флота. От авиацион ных ГТД они отличаются большим ресурсом, меньшей быстроход ностью, большей массой, приспособленностью конструкции для частичной разборки или замены модулей в условиях машинного отделения корабля.
Газоперекачивающий агрегат ГПА-10 состоит из газотурбин ного двигателя ДР59Л судового типа, установленного на раме, и нагнетателя 370-18-1 (или 235), закрепленного на раме-маслобаке.
На раме двигателя также установлены: газоотвод для направ ления выхлопных продуктов сгорания в газоотводящую шахту, блок агрегатов с приводом от ротора компрессора низкого давле ния через рессору (промежуточный валик) и муфту, блок радиато ров системы охлаждения масла, кожух двигателя, коммуникации и электрооборудование двигателя.
Газотурбинный двигатель выполнен по схеме простого откры того цикла без регенерации тепла выхлопных продуктов сгорания и состоит из осевых компрессоров низкого и высокого давления, трубчато-кольцевой камеры сгорания, турбин высокого и низкого давления и силовой турбины.
Компрессор низкого давления (КНД) и приводящая его во вра щение турбина низкого давления (ТНД) образуют каскад низкого давления, компрессор высокого давления (КВД) и приводящая его во вращение турбина высокого давления (ТВД) образуют каскад высокого давления. Каскады кинематически не связаны между со бой и вращаются с различной частотой.
Семиступенчатый компрессор низкого давления включает в себя входное устройство, передний корпус, корпус и ротор.
Передний корпус КНД предназначен для размещения перед ней опоры ротора, входного направляющего аппарата, установки цапф крепления двигателя на пластинчатых опорах, десяти форсу нок для промывки проточной части.
Ротор КНД барабанно-дисковой конструкции состоит из семи дисков с лопатками, двух цапф — передней и задней, лабиринтных втулок и трубы, предназначенной для изоляции внутренней поло сти ротора от возможности попадания масла. Соединение ротора КНД с ротором ТНД осуществляется при помощи внутреннего вала.
Компрессор высокого давления дрия гигтуирнчатни и включа ет в себя переходник для подвода воздуха от КНД, корпус с на
216
правляющими аппаратами, ротор и задний корпус. Ротор барабан но-дисковой конструкции состоит из девяти дисков с лопатками, передней и задней цапф и трубы. Задний корпус имеет кольцевой диффузор перед камерой сгорания и служит для размещения зад ней опоры ротора.
Камера сгорания прямоточная, трубчато-кольцевого типа, со стоит из следующих узлов: кожуха с горизонтальным разъемом, десяти жаровых труб с пламя-перебрасывающими трубками, диф фузора и кожуха вала турбины. Топливный газ подводится через коллектор и десять рабочих форсунок.
Все турбины — осевые, реактивного типа, двухступенчатые. Сопловой аппарат 1-й ступени ТВД выполнен охлаждаемым.
Блок агрегатов состоит из выносной коробки приводов, рамы маслобака и установленных на них следующих агрегатов: пуско вой турбины (турбодетандера), работающей на природном газе; масляного насоса системы смазки двигателя; масляных насосов системы смазки нагнетателя и системы уплотнения нагнетателя; циркуляционного насоса системы охлаждения масла; центрифуг для сепарирования масла в системе суфлирования; датчика тахо метра и датчиков маслосистемы.
Система охлаждения масла двухконтурная: "масло — вода (ан тифриз) —воздух"; 42 секции теплообменника (радиатора) уста новлены во входном тракте ГТУ. Теплообменные поверхности сек ций выполнены из латунных трубок плоско-овального сечения с оребрением.
Агрегатная система топливопитания и регулирования состоит из блока топливных агрегатов и крана пускового газа.
Циркуляционная система смазки ГПА состоит из двух авто номных систем: двигателя и нагнетателя.
В системе смазки двигателя применяется масло для судовых газовых турбин по ГОСТ 10289 —62. Система состоит из навесного масляного насоса, фильтра, пускового электронасоса, трех цент рифуг, маслоохладителя, расходного масляного бака, нагнетаю щих и сливных трубопроводов.
В системе смазки нагнетателя применяют масло ТП-22. Основные элементы системы: масляный бак, центробежный на сос, пусковой центробежный насос, сдвоенный обратный клапан, инжектор, маслоохладитель, фильтры, винтовой насос высокого давления, электронасос высокого давления, резервный электрона
217
сос постоянного тока, регулирующие и защитные устройства, тру бопроводы. Агрегатная система электрооборудования состоит из станции управления ГПА, силового блока, блока питания, ящика автоматов, датчиков. Для работы ГПА должно быть обеспечено следующее электропитание: напряжением 24 В постоянного тока (1 кВт); напряжением 380 В, 50 Гц переменного тока (100 кВт); на пряжением 220 В, 50 Гц (0,25 кВт); напряжением 220 В постоянного тока (0,4 кВт).
Конструкции нагнетателей природного газа типа 370 и 235, входящие в состав ГПА-10, аналогичны конструкциям нагнетате лей, применяемых с агрегатом ГТК-10.
Агрегат ГТН-16
Конструкция агрегата ГТН-16 является дальнейшим развити ем конструкций ГТ-6-750 и ГТН-6, направленным на улучшение рабочих параметров и технико-экономических показателей (удельной мощности, экономичности, блочности и бесподвальной установки), а также на широкую унификацию с указанными типо размерами.
1 1 У и нагнетатель с элементами САР и САУ выполнены на единой раме-маслобаке и образуют транспортабельный блок вы сокой заводской готовности массой 76 т.
Газотурбинная установка изготовлена по схеме простого от крытого цикла, без регенерации тепла, с независимым вращением роторов высокого и низкого давления в бесподвальном исполне нии (рис. 3.13). Осевой компрессор приводится во вращение двух ступенчатой турбиной высокого давления, нагнетатель газа — од ноступенчатой турбиной низкого давления.
Первые четыре ряда направляющих лопаток компрессора вы полнены поворотными, регулируемыми, что обеспечивает устой чивость его работы на пусковых и переменных режимах. Комп рессор имеет осевой вход воздушного потока, передний подшип ник размещен внутри входного патрубка. Пусковой турбодетан дер расположен сбоку патрубка и соединен с ротором компрес сора зубчатой передачей.
Камера сгорания — кольцевая с 20 горелками и выносным топ ливным коллектором. Турбина высокого давления — осевая двухсту пенчатая с охлаждаемым сопловым аппаратом первой ступени.
218
Рис. 3.13. Блочная ГТУ ГТН-16 ТМЗ:
1—рама-маслобак; 2—пусковой турбодетандер; 3—комбинированный ротор компрессора; 4—поворотные направляющиелопаткикомпрессора; 5—рычагприводак поворотнымнаправляющимлопаткам; б —противо- ю помпажныйклапан; 7—кольцеваякамерасгорания; 8—подводохлаждающеговоздухак корпусусреднегопод-
2 шинника; 9—роторкомпрессора; 10—роторсвободнойтурбины; 11—выхлопнойпатрубоксотводомгазоввбок
В конструкции турбоблока (рама-маслобак, средний подшип ник, компоновка кольцевой камеры сгорания, система охлажде ния роторов и статора и др.) учтен опыт конструирования агрегата П Н-6. Унифицированы схемы и конструкции и для большей части вспомогательных систем (масляной системы смазки и охлаждения масла, системы управления нагнетателя, системы регулирования, электрооборудования и др.).
Нагнетатель Н-16 имеет три модификации на ступени сжатия: 1,45; 1,37; 1,25, широко (более 80 %) унифицированные по конст руктивному исполнению. Нагнетатели — одноступенчатые, цент робежные с боковым соосным подводом и отводом газа. Стальной литой корпус имеет торцевую крышку с быстроразъемной конст рукцией ее крепления в корпусе.
Консольный ротор опирается на два подшипника (один из них — опорно-упорный) и соединен с ротором турбины с помо щью промвала и мембранных муфт, допускающих передачу осево го усилия и наличие некоторой расцентровки роторов. Упорный подшипник — общий для нагнетателя и ТНД.
Система маслоснабжения, объединенная для ГТУ и нагнетате ля, обеспечивает смазку подшипников, работу системы регулиро вания и гидравлическое уплотнение ротора нагнетателя. Охлажде ние масла — воздушное без промежуточного теплоносителя.
Для повышения надежности в тяжелых климатических усло виях применен ряд следующих технических решений. Агрегат ус танавливают в легкосборном индивидуальном здании. Различными комбинациями элементов воздухозаборного устройства (воздухо приемные клапаны, защитный козырек, две ступени фильтров, противообледенительная система, шумоглушение) предусматри вают возможность работы в различных климатических и погод ных условиях. Противообледенительная система состоит из двух независимых контуров: обогрева входного направляющего аппа рата (обогрев высоконапорным воздухом, отбираемым за комп рессором) , включаемого автоматически, и обогрева воздухозабор ного устройства (подогрев с помощью эжекторной системы с ис пользованием низконапорного воздуха и продуктов сгорания). Автономность ГПА по электроснабжению обеспечивается приво дом всех рабочих насосов от его валов (при работе под нагрузкой электроэнергия требуется для привода вентиляторов маслоохла дителей и САУ); при кратковременном отключении электроэнер
220