ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ ГПА-Ц-16

Устройство и работа элементов и узлов

1. ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ ГПА-Ц-16

Агрегат ГПА-Ц-16 предназначен для транспортирования природного

газа по магистральным газопроводам при рабочем давлении 5,2 - 7,5 МПа.

Газоперекачивающий агрегат (ГПА) полностью автоматизирован, устанавливается в индивидуальном контейнере и может эксплуатироваться при температуре окружающего воздуха от -55 до + 45 С.

1.1. Компоновка агрегата

Агрегат состоит из отдельных функционально завершенных блоков и

сборочных единиц полной заводской готовности, стыкуемых между собой на месте эксплуатации (рис.1 и 2).

В состав ГПА входят:

- турбоблок с газотурбинным двигателем НК-16СТ и центробежным нагнетателем НЦ-16;

- воздухоочистительное устройство (ВОУ);

- шумоглушитель всасывающего тракта;

- всасывающая камера;

- промежуточный блок;

- блок вентиляции;

- два блока маслоохладителей;

- выхлопной диффузор;

- выхлопная шахта;

- шумоглушители выхлопного тракта;

- блок автоматики;

- блок маслоагрегатов;

- блок фильтров топливного газа;

- система подогрева циклового воздуха;

- система пожаротушения;

- система обогрева контейнера.

Базовой сборочной единицей агрегата является турбоблок, уста­навливаемый на монолитном железобетонном фундаменте. Над турбоблоком на отдельной опоре установлены сборочные единицы выхлопного устройства двигателя и системы подогрева циклового воздуха. Забор воздуха для двигателя НК-16СТ осуществляется через воздухоочистительное устройство, шумоглушители, всасывающую камеру и патрубок промежуточного блока.

С целью обеспечения удобства обслуживания агрегата основные узлы маслосистемы размещены в отдельном блоке маслоагрегатов, а приборы и щиты системы автоматического управления агрегатом - в блоке автоматики.

Для повышения компактности ГПА блоки вентиляции и маслоохладителей размещены соответственно на промежуточном блоке и блоке маслоагрегатов. Для повышения надежности двигателя НК-16СТ в сос­тав агрегата введен блок фильтров топливного газа. Обогрев блоков ГПА осуществляется горячим воздухом из общестанционного коллекто­ра.

Стыковка всех блоков производится через гибкие переходники, позволяющие компенсировать неточности установки при монтаже агрегата.

Рис. 1. Общий вид агрегата ГПА-Ц-16:

1 - камера всасывания; 2 - шумоглушители всаса; 3 - воздухоочистительное устройство; 4 - система подогрева циклового воздуха; 5 - утилизатор; 6 - шумоглушители выхлопа; 7 - диффузор; 8 - опора выхлопной части; 9 - турбоблок; 10 - блок маслоагрегатов

1.2. Блоки агрегата

ТУРБОБЛОК включает в себя следующие сборочные единицы: контейнер; приводной двигатель НК-16СТ, установленный на подмоторной раме; выхлопную улитку; переходник; нагнетатель и муфту, передающую вращение от свободной турбины двигателя к нагнетателю. Кроме того, в турбоблоке размещены отдельные сборочные единицы маслосистемы, системы обогрева, автоматического пожаротушения, обогрева циклового воздуха и автоматического управления агрегатом.

Контейнер турбоблока является помещением для размещения основных сборочных единиц и систем агрегата, обеспечивает определенный микроклимат для их эксплуатации и необходимые условия труда для обслуживающего персонала в период проведения ремонтных и регламентных работ. Контейнер при помощи герметичной перегородки разделен на два изолированных помещения: отсек двигателя и отсек нагнетателя. Отсеки представляют собой сварные каркасы из профильного проката с закрепленными на них панелями. В отсеках имеются двери и расположены кронштейны для крепления навесного оборудования.

Рис.2. Компоновка агрегата:

1 - камера всасывания; 2 - шумоглушители; 3 - воздухоочистительное устройство; 4 - блок вентиляции; 5 - промежуточный блок; 6 - патрубок;

7 - отсек двигателя; 8 - двигатель НК-16СТ; 9 - выхлопная улитка;

10 - шумоглушители выхлопа; 11 - диффузор; 12 - герметичная перегородка; 13 - промежуточный вал; 14 - гидроаккумулятор; 15 - нагнетатель НЦ-16; 16 - отсек нагнетателя; 17 - маслобак нагнетателя

Для проведения ремонтных и регламентных работ в отсеке нагнетателя установлен ручной передвижной кран грузоподъемностью 5 тонн и ручная таль грузоподъемностью 1 тонна.

Вентиляция отсека двигателя осуществляется вентиляторами, установленными в блоке вентиляции. Вентиляция отсека нагнетателя осуществляется вентилятором, установленным в верхней части этого отсека.

Улитка предназначена для плавного торможения и пово­рота на 90° потока выхлопных газов приводного двигателя с после­дующим выбросом их через выхлопное устройство в атмосферу. Улит­ка состоит из диффузора, корпуса и фланца, изготовленных из жаро­стойкой стали и соединенных между собой при помощи сварного соеди­нения. Осерадиальный диффузор со стороны вала свободной турбины двигателя и корпус с наружных сторон покрыты слоем теплоизоляции из каолиновых волокон.

Переходник является составной частью выхлопного устройства агрегата. Он состоит из каркаса, обшитого стальными листами.

Муфта предназначена для передачи крутящего момента от силовой турбины двигателя к нагнетателю и состоит из четырех основных частей: упругой муфты со стороны ротора силовой турбины; промежуточного вала; зубчатой муфты со стороны ротора нагнетателя; кожуха муфты. Конструкция муфты позволяет компенсировать радиальные и осевые смещения, возникающие от тепловых расширений роторов и от неточности центровки при монтаже, а также гасить возможные резонансные колебания, возникающие в процессе работы агрегата.

1.3. Газотурбинный двигатель нк-16ст

Стационарный газотурбинный двигатель НК16-СТ (рис. 5) создан на базе авиационного турбовентиляторного двигателя НК-8-2У. При конвертировании в НК-16СТ вентиляторный контур заглушен. Представляет собой двухкаскадную трехвальную ГТУ.

Состоит из двух модулей - газогенератора и свободной турбины, имеющих собственные рамы. Модули при эксплуатации могут заменяться.

Принцип работы двигателя состоит в следующем. Атмосферный воздух через воздухоочистительное устройство поступает в компрессор, где он сжимается и направляется в камеру сгорания. В камере сгорания в потоке воздуха сжигается топливо - природный газ. Из камеры сгорания горячие газы направляются на лопатки турбин. В турбинах тепловая энергия продуктов сгорания превращается в механическую энергию вращения роторов. Мощность, полученная на валах турбин низкого и высокого давления (ТНД и ТВД), расходуется на вращение компрессоров низкого и высокого давления (КНД и КВД) и вспомогательных приводов. Мощность, полученная на валу свободной турбины (СТ), расходуется на привод нагнетателя природного газа и его вспомогательных агрегатов. Отработанные продукты сгорания через выхлопное устройство выбрасываются в атмосферу.

Двигатель состоит из следующих основных узлов:

- передней опоры;

- осевого двухкаскадного компрессора (КНД и КВД);

- средней опоры с корпусом центрального привода вспомогательных агрегатов;

- камеры сгорания;

- осевой двухступенчатой турбины (ТВД и ТНД);

- задней опоры;

- осевой одноступенчатой свободной турбины (СТ);

- опоры свободной турбины;

- подмоторной рамы газогенератора;

- подмоторной рамы свободной турбины.

На двигателе установлены агрегаты вспомогательных систем: масля-

ной, топливорегулирующей, контроля работы и защиты.

ПЕРЕДНЯЯ ОПОРА двигателя является силовым узлом, воспринимающим радиальные усилия от ротора КНД. Она вмонтирована во входной направляющий аппарат и крепится к переднему и заднему фланцам внутреннего кольца аппарата. В нижней части корпуса опоры установлен шестеренчатый откачивающий маслонасос. Подвод масла на смазку роликового подшипника передней опоры производится через трубопровод, смонтированный в лопатке входного направляющего аппарата КНД. Масляная полость опоры изолируется от воздушной резиновым кольцом и радиально-торцевым контактным уплотнением.

КОМПРЕССОР двигателя состоит из двух компрессоров: низкого (КНД) и высокого (КВД) давления, разделенных средней опорой.

Компрессор низкого давления четырехступенчатый. Ротор КНД двухопорный. Передний роликовый подшипник смонтирован в корпусе передней опоры. Задний шариковый подшипник установлен в средней опоре. Статор КНД включает в себя входной направляющий аппарат и четыре направляющих аппарата ступеней.

Компрессор высокого давления шестиступенчатый. Ротор КВД вращается в двух подшипниках. Передний шариковый подшипник смонтирован в средней опоре. Задний роликовый подшипник установлен в задней опоре. В статор КВД входят: регулируемый направляющий аппарат и пять направляющих аппаратов ступеней; клапан перепуска воздуха; ресивер отбора воздуха, подаваемого на обогрев входного направляющего аппарата КНД.

СРЕДНЯЯ ОПОРА двигателя является силовым элементом, воспринимающим осевую и радиальную нагрузку от роторов каскадов низкого и высокого давлений. Корпус опоры состоит из наружного кольца, усиленного посередине ребром жесткости, и внутренней конической оболочки, соединенных между собой двенадцатью ребрами. К переднему наружному фланцу крепится статор КНД. К заднему внутреннему фланцу крепится статор КВД. К нижнему фланцу крепится коробка привода вспомогательных агрегатов.

КАМЕРА СГОРАНИЯ кольцевого типа, в передней части которой располагаются по окружности в один ряд 32 газовые форсунки с завихрителями. Два воспламенителя факельного типа расположены сверху на корпусе камеры сгорания под углом 38 градусов от вертикальной оси.

ТУРБИНА ГАЗОГЕНЕРАТОРА приводит во вращение компрессор двигателя. Первая ступень турбины (ТВД) вращает КВД. А вторая ступень (ТНД) вращает КНД.

Ротор ТВД состоит из рабочего колеса и вала. Вал ТВД крепится спереди к проставке ротора компрессора. В стыке между валом и проставкой установлено лабиринтное уплотнение, замыкающее межлабиринтную полость, ограниченную с передней стороны лабиринтом, расположенным за последней ступенью КВД. Из этой полости отбирается воздух на охлаждение диска ТВД. Опорами ротора ТВД являются роликовый подшипник, расположенный на валу ТНД, и шариковый подшипник, расположенный в корпусе средней опоры.

Ротор ТНД состоит из рабочего колеса, лабиринтного диска и вала, соединенных между собой стяжными болтами. Ротор вращается на двух опорах. Передней опорой является шариковый подшипник вала КНД, второй опорой служит роликовый подшипник, расположенный в задней опоре. Вал ТНД наружными шлицами на переднем конце соединен с внутренними шлицами вала КНД.

Статор турбины состоит из сопловых аппаратов ТВД и ТНД. Сопловой аппарат ТВД охлаждается вторичным воздухом камеры сгорания.

ЗАДНЯЯ ОПОРА является силовым узлом, воспринимающим радиальные усилия от ротора ТНД. Опора состоит из двух разъемных сварных узлов: сопла и внутреннего корпуса, соединенных между собой шестью равнорасположенными вилками (каждая крепится тремя болтами). Газовый тракт образован наружным и внутренним кожухами сопла, соединенными между собой шестью пустотелыми ребрами.

СВОБОДНАЯ ТУРБИНА одноступенчатая. Состоит из ротора, соплового аппарата и узла опоры. Ротор свободной (силовой) турбины включает в себя рабочее колесо, вал и полумуфту, с которой состыкована муфта промвала.

Ротор СТ вращается на двух опорах: передняя - роликовый подшипник, задняя - роликовый и шариковый подшипники. Подшипники расположены в корпусных узлах опоры СТ.

Статор силовой турбины состоит из наружного и внутреннего корпусов, наружного кольца, козырька и сопловых лопаток. В передней части наружного и внутреннего корпусов установлены плавающие кольца, обеспечивающие стыковку СТ с газогенератором.

ОПОРА СТ состоит из корпусов опоры, передней и задней стенок, корпуса масляной полости. В силовую схему опоры входят наружные и внутренние корпуса опоры с приваренными фланцами, соединенные между собой силовыми стойками.

Силовая турбина крепится к подмоторной раме цапфами, расположенными в горизонтальной плоскости. В нижней точке опоры на переднем фланце имеется фиксатор, воспринимающий боковые силы и дающий возможность осевого перемещения СТ. В масляной полости опоры расположен привод коробки вспомогательных агрегатов СТ.

Техническая характеристика двигателя НК16-СТ

Номинальная мощность _________________________________ 16000 кВт

Частота вращения ротора:

высокого давления _________________________________ 6900 мин ^-1

низкого давления __________________________________ 5270 мин ^-1

свободной турбины ________________________________ 5300 мин ^-1

Степень повышения давления в компрессоре ______________ 9,7

Температура перед ТВД _________________________________ 810 С

Температура перед СТ __________________________________ 630 С

Эффективный КПД _____________________________________ 27,5 %

Вес___________________________________________________ 7,8 т