теор / Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов

середине пятидесятых годов и в настоящее время практически не применяются из-за более низкого КПД, чем у синхронных электродвигателей. Синхронные электродвигатели типа СТД-4000-2 и СТД- 12500-2 аналогичны по конструкции и отличаются лишь мощностью.

Таблица 4.1

Техническая характеристика ГПА с электроприводом

Рис. 4.2. Конструкция электродвигателя СТД-4000-2:

1 - статор; 2 - ротор; 3 - подшипники опорные; 4 - обмотки статора; 5 - пакеты статора; 6 - опорная

рама

Схематично конструкция синхронного электродвигателя типа СТД-4000-2 приведена на рис. 4.2. Электродвигатель СТД-4000-2 - двигатель с разомкнутым циклом вентиляции. Силовой вал двигателя соединяется с валом приводного механизма посредством полумуфты. Статор состоит из пакетов, разделенных вентиляционными каналами. Пакеты запрессованы в корпус статора между

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

нажимными кольцами из немагнитного чугуна, которые удерживаются продольными ребрами и шпонками. Обмотка статора двухслойная с укороченным шагом; ее изоляция относится к классу нагревостойкости В. Состоит она из стеклослюдинитовой и стеклянной лент, пропитанных эпоксидным компаундом совместно с сердечником статора, что обеспечивает надежное крепление

обмотки в лобовой части и пазах и улучшает отвод теплоты от обмотки за счет хорошего контакта изоляции с железом статора и склейки листов сердечника. Начало и конец обмотки статора выведены через высоковольтные изоляторы наружу.

Ротор двигателя имеет пазы, в которые уложена и запрессована обмотка возбуждения с изоляцией класса Е. Лобовые части обмотки сверху закрыты стеклотекстолитовыми сегментами и бандажными кольцами из алюминиевого сплава. На роторе установлены центробежные вентиляторы и направляющие аппараты, обеспечивающие равномерный вход воздуха в двигатель. Двигатель выполнен на подшипниках скольжения с циркуляционной смазкой под давлением.

Важнейшим элементом электроприводных ГПА является редуктор. На всех типах электроприводных ГПА применяются повышающие редукторы-мультипликаторы. Установка

повышающего редуктора связана с необходимостью получения максимального КПД нагнетателя в силу того, что в стране пока не производятся электродвигатели с частотой вращения, оптимальной для нагнетателя. Наличие повышающего редуктора, естественно, ведет к определенному снижению КПД агрегата, но при этом резко увеличивается КПД самого нагнетателя.

Центробежные нагнетатели как для газотурбинных, так и для электроприводных агрегатов имеют аналогичную конструкцию. Они оборудуются такими же системами масло-смазки, масло-уплотнения, контроля и защиты.

4.2. Системы избыточного давления и охлаждения статора и ротора электродвигателя

Для охлаждения электродвигателя и создания в нем избыточного давления применяется воздух. Охлаждающий воздух должен быть чистым, с температурой не выше 35°С, не содержать пыли и взрывоопасных примесей. Пыль загрязняет вентиляционные каналы и обмотки, что нарушает нормальное охлаждение двигателя, приводит к его перегреву и снижению эксплуатационной надежности.

В процессе эксплуатации для охлаждения статоров электродвигателей типа СТД-12500-2 ранее использовалась система с замкнутым циклом охлаждения. Охлаждающий статор воздух с помощью вентиляторов циркулировал по замкнутому контуру, где он в свою очередь охлаждался водой в двух воздухоохладителях типа ВБ-140, располагавшихся по бокам статора. Воздухоохладитель состоит из трубных досок с завальцованными в них латунными трубками, по которым циркулировала вода с температурой не более 30°С.

Однако эта система охлаждения статоров электродвигателей не нашла широкого применения в силу следующих недостатков:

-необходимости охлаждения воздуха до 30 °С, что требовало большого количества аппаратов охлаждения и вело к увеличению эксплуатационных затрат;

-снижения надежности работы ГПА из-за увеличения отказов системы водяного охлаждения, особенно в зимний период эксплуатации.

Эти недостатки были исключены после перехода на систему с разомкнутым циклом охлаждения статора.

В этой системе охлаждения в кожухе двигателя предусмотрены специальные окна для забора воздуха из машзала. Для очистки охлаждающего воздуха установлены матерчатые фильтры. Схема системы охлаждения показана на рис. 4.3. Центробежные вентиляторы, расположенные на роторе, нагнетают воздух в зону лобовых частей обмотки статора (зона высокого давления). Из зоны высокого давления воздух распределяется на два потока. Первый поток проходит в воздушную

полость двигателя и через вентиляционные радиальные каналы между пакетами статора выходит

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

под обшивку статора (зона горячего воздуха). Второй поток по перепускным каналам проходит к средним пакетам и по радиальным каналам между ними попадает в воздушный зазор двигателя, откуда через каналы крайних пакетов выходит под обшивку статора, смешиваясь с первым потоком. Через боковые жалюзи двигателя и по коробу воздух выводится за пределы компрессорного цеха. На коробе имеются жалюзи, посредством которых в зимний период эксплуатации горячий воздух может использоваться для обогрева помещения машзала. Ротор двигателя охлаждается прямым обдувом воздуха от тех же вентиляторов. Контроль за степенью загрязнения матерчатых фильтров осуществляется датчиками перепада давления типа ДПН-25. При возрастании перепада давления до 40 мм вод.ст. производят замену фильтров. Контроль за эффективностью работы системы

охлаждения осуществляется с помощью термометров сопротивления путем замера температуры охлаждающего воздуха на входе вентиляторов и горячего воздуха на выходе из статора.

Рис. 4.3. Схема охлаждения электродвигателя типа СТД:

1 - ротор; 2 - пакеты статора; 3 - вентилятор; 4 - радиальные каналы охлаждения статора; 5 - обшивка статора; 6 - воздушные фильтры; 7 - кожух; 8 - жалюзи подачи теплого воздуха в машзал

С помощью датчиков сопротивления типа ТСМ-11, изготовленных из медной проволоки, контролируется температура в наиболее горячих частях статора. В каждой фазе уложено по одному датчику сопротивления на дно паза - "сталь" и между слоями обмотки - "медь". Температура обмоток ротора и стали статора не должна превышать 130 °С.

При установке ГПА в индивидуальных укрытиях или в компрессорных цехах без разделительной стенки их оборудуют системой создания избыточного давления воздуха, которая предназначена для

продувки электродвигателя воздухом перед пуском и поддержания избыточного давления воздуха под кожухом электропривода во время его работы. Перед пуском электродвигатель продувается 5-6- кратным объемом воздуха. Избыточное давление препятствует проникновению газа во внутренние полости двигателя и образованию взрывоопасной смеси. Поступающий под кожух воздух служит также для охлаждения двигателя во время его работы. На рис. 4.4 показана принципиальная схема создания избыточного давления (продувки) электродвигателя ЭГПА-25.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

стабильное давление за насосом. На ГТУ же подача масла во все узлы агрегата (за исключением системы уплотнения нагнетателя) обеспечивается главным масляным насосом типа ГМН,

расположенным на валу ротора компрессора или приводимым во вращение от других узлов установки. При этом давление масла за насосом зависит от оборотов приводного органа и обеспечивается регулятором давления.

На период пуска и остановки ЭГПА, когда главный масляный насос не работает или подает масло в недостаточном количестве, подачу масла обеспечивает пусковой насос с электроприводом переменного тока.

В маслосистеме агрегата масло насосами забирается из масляного бака. В отличие от ГТУ, где маслобак обычно расположен в раме под агрегатом, на ЭГПА маслобак расположен рядом с электродвигателем, на отдельной раме маслобака. Такая компоновка улучшает работу центробежных насосов масло-смазки.

При исчезновении переменного силового напряжения на ГТУ включается в работу аварийный насос смазки, который питается от постоянного тока 220 В. Необходимость применения насоса с

приводом от электродвигателя постоянного тока связана с большим временем выбега роторов газотурбинной установки, составляющих 5-20 мин в зависимости от типа двигателя. На

электроприводных ГПА при исчезновении переменного силового напряжения обеспечение смазки подшипников на период выбега валов агрегатов до полной остановки осуществляется следующими способами:

-для агрегатов типа СТД-4000-2 - за счет работы шестеренчатого насоса, который продолжает создавать давление смазки, пока есть вращение;

-для агрегатов типа СТД-12500-2 - с помощью аккумулятора масла смазки, установленного в помещении нагнетателей и включаемого в работу за счет статического давления.

Объем маслобака аккумулятора подбирается таким образом, что его хватает на весь период выбега роторов: электродвигателя, редуктора и нагнетателя.

Фильтрация масла от посторонних включений, так же как и в ГТУ, производится сетчатыми фильтрами внутри масляного бака.

Масло в системе охлаждается в аппаратах воздушного охлаждения (АВО). Из-за меньших тепловыделений и меньшего теплосъема в подшипниковых узлах на ЭГПА достаточно одного-двух секций АВО. В газотурбинных ГПА применяется минимум три секции: две - на ГТУ и одна - на нагнетатель.

Масляная система ЭГПА работает на турбинном масле типа ТП-22, ГОСТ 9972-74. Для контроля

температур на подшипниках агрегата устанавливают термопреобразователи сопротивления типа ТСП.

Температура масла при пуске должна быть не ниже 35 °С, что обеспечивается прокачкой масла через подогреватели. Для подогрева масла для ЭГПА типа СТД-12500-2 применяются водяные подогреватели, встроенные в маслобак агрегата. Для более мощных агрегатов используются электронагреватели (ТЭН). При работе ЭГПА температура подшипников не должна превышать 70 °С.

Для обеспечения нормальной работы агрегата в системе маслоснабжения ЭГПА, так же как и в ГТУ, используют различные давления масла, которые обеспечиваются путем установки шайб с разным проходным сечением. Надежная смазка подшипников электродвигателя и редуктора обеспечивается маслом с давлением 0,05-0,1 МПа. Опорно-упорный подшипник нагнетателя, несущий большие нагрузки, для надежной работы требует более высокого давления - 0,5 МПа. Такое

же давление масла используется и на линии всасывания винтовых маслонасосов системы уплотнения нагнетателя и на реле осевого сдвига. В аккумуляторе и на опорном подшипнике нагнетателя, который одновременно является уплотняющим элементом, масло подается винтовым маслонасосом с давлением на 0,1-0,3 МПа выше, чем давление газа в нагнетателе.

Система уплотнения нагнетателей, предотвращающая протечки газа по валу из ЦБН в машинный зал, на ЭГПА и агрегаты с газотурбинным приводом, не имеет принципиальных отличий. На нагнетателях типа НГ-280 с приводом от СТД-4000-2 применяются втулочные уплотнения, а на

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

агрегатах СТД-12500-2, ЭГПА-25 с нагнетателями НГ-370, НГ-235, НГ-650 - торцевые уплотнения. Система регулирования уплотнения нагнетателя поддерживает перепад давления "масло-газ" и осуществляет отделение газа от масла, сливающегося из системы уплотнения. На рис. 4.6 системы маслоснабжения агрегата СТД-12500-2 с нагнетателем НГ-235 показана также и схема масляного уплотнения нагнетателя. Масло к опорным подшипникам и торцевым уплотнениям нагнетателя подается винтовыми электронасосами, один из которых является резервным. В случае отключения

винтовых насосов или выхода их из строя подвод масла к уплотнениям обеспечивается аккумуляторами масла в течение времени, необходимого для отключения нагнетателя от газопровода, сброса оставшегося в нагнетателе газа в атмосферу и выбега ротора. На некоторых

типах агрегатов с газотурбинным приводом для повышения автономности и независимости от снабжения электроэнергией главный масляный насос уплотнения приводится во вращение непосредственно от ротора нагнетателя.

Рис. 4.6. Принципиальная гидравлическая схема смазочной системы уплотнения двигателя СТД- 12500-2 с нагнетателем НГ-235.

Условные обозначения: - напорная смазочная линия с давлением до 0,2 МПа;

- напорная смазочная линия с давлением до 0,6 Мпа; - напорная смазочная линия с давлением до 5,5 МПа; - линия загазованного масла с давлением до 5,2 МПа

При работе центробежного нагнетателя создаются усилия, стремящиеся сдвинуть вал нагнетателя вдоль оси. Эти усилия воспринимаются опорно-упорным подшипником. Для контроля состояния опорно-упорного подшипника (степени износа его вкладышей) предусматривается контроль величины осевого сдвига вала (контроль положения вала по оси).

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com