Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций

191

192

7-1 - 1 6 4

Примечания: 1. Единица количества природного газа — м3 при 20 °С

и0,1013 МПа.

2.Для агрегатов ГТН-6 и ГТК-16 показано суммарное сопротивление вса­ сывающего и выхлопного трактов ГТУ.

3.Низшая теплота сгорания топлива при определении расхода топливно­ го газа принята 34550 кДж/нм3.

4.Условные обозначения системы охлаждения масла: ВО — водяное ох­ лаждение: Вз — воздушное охлаждение (масло —воздух); ВзПК — воздушное

предупредительной и аварийной сигнализации; защиты ГПА на всех режимах работы;

связи агрегата с цеховой системой автоматического регулиро­ вании и управления;

возможности дистанционного изменения режима ГПА от цеховой и станционной систем управления.

Частота вращения силового ротора (ротора нагнетателя) должна регулироваться в диапазоне 70—105 % от номинальной частоты вращения.

ГПА должен обеспечить работу при давлении газа на выходе из нагнетателя, равном 115 % от номинального (для проведения испытания газопровода), при суммарной продолжительности это­ го режима не более 200 ч/год. Пуск ГПА осуществляют, как прави­ ло, с предварительным заполнением контура нагнетателя техноло­ гическим газом рабочего давления.

Комплексное воздухоочистительное устройство входного тракта ГТУ должно обеспечивать кондиционность циклового воз-

194

Окончание табл. 3.6

охлаждение с промежуточным контуром.

5.Объем поставки ГПА (кроме ГПА-Ц-6,3 и ГПА-Ц-16) включает в себя турбогруппу на раме, нагнетатель, вспомогательное оборудование, агрегат­ ную автоматику. Объем поставки ГПА-Ц-6,3 и ГПА-Ц-16 дополнительно вклю­ чает воздухозаборное устройство, контейнер, выхлопную шахту. Масса на­ гнетателя дана со вспомогательным оборудованием. Турбоблок на раме ГТН-6, ГПА-Ц-6,3 и ГТН-16 включает в себя нагнетатель.

6.Общий ресурс ГПА-Ц-6,3 ГПА-10, ГПА-Ц-16 указан: двигатель/ГПА

духа на входе компрессора и шумовую защиту в различных усло­ виях эксплуатации, система воздухоочистки — остаточную сред­ негодовую запыленность не более 0,3 мг/м3 (при этом концентра­ ция пыли с размерами частиц более 20 мкм — не выше 0,03 мг/м3). Технико-экономическим анализом определено, что полная очист­ ка циклового воздуха технически осуществима, однако экономи­ чески нецелесообразна, так как потребовала бы существенно уве­ личить капитальные и эксплуатационные затраты в систему возду­ хоочистки. Возможно попадание в ГТУ определенной массы мел­ ких фракций пыли, что приводит к загрязнению прежде всего проточной части осевого компрессора и соответствующему сни­ жению мощности и КПД ГТУ. Поэтому входной тракт снабжают системой периодической очистки проточной части компрессора с использованием твердых очищающих агентов (косточковой крошки, риса, возгоняющихся веществ и др.) для их засыпки на работающей ГТУ или жидких агентов для впрыскивания на рабо­ тающей или остановленной ГТУ.

195

Противообледенительные устройства могут включать в себя сигнализацию обледенения, системы подогрева горячим воздухом элементов входного тракта и компрессора, всей массы циклового воздуха подмешиванием продуктов сгорания, отбираемых после турбины, воздуха из компрессора (регенератора) или горячей сме­ си воздуха и продуктов сгорания.

Предпочтительно, чтобы ГПА имели объединенную смазоч­ ную систему ГТУ и нагнетателя, уплотнения ротора нагнетателя и гидравлического регулирования, в которых используют один тип масла и один расходный маслобак. Однако для авиационного или судового типа газотурбинного привода возможно использование раздельных маслосистем ГТУ и нагнетателя, работающих на раз­ личном типе масла.

В системах смазки, уплотнения и регулирования должны быть установлены фильтры со степенью фильтрации 10 — 40 мкм и обеспечена возможность их отключения для обслуживания и ре­ монта без останова ГПА

Для запуска ГПА из резервного состояния устанавливают по­ догреватели масла (водяной теплообменник, работающий от сис­ темы отопления КС; электрический подогреватель или использу­ ют горячий воздух от работающих агрегатов).

Первое поколение ГПА оснащали водяной системой охлажде­ ния открытого типа (водяные маслоохладители ГПА — общестан­ ционная градирня). В современных типах ГТПА используют воз­ душную систему охлаждения масла в двух модификациях: непо­ средственно "масло —воздух" или с промежуточным контуром "масло —вода" или "антифриз —воздух"

Система уплотнения вала нагнетателя необходима для того, чтобы обеспечивать герметичность газовых полостей и не допус­ кать загазованность маслобака. С помощью регулятора перепада давления "масло —газ" обеспечивают заданный перепад с нерав­ номерностью регулирования не более 25 % во всем рабочем диапа­ зоне давлений. Аварийное резервирование системы уплотнения осуществляется с помощью аккумулятора масла, который должен иметь объем, достаточный для уплотнения вала при отключении масляных насосов в течение 5 мин до 60 %-ного опорожнения.

Циркуляция масла систем смазки, уплотнения и регулирова­ ния на рабочих режимах осуществляется, как правило, от валов ГПА. Для пуска и нормальной остановки имеются пусковые элект-

196

ронасосы. Для аварийной остановки предусмотрены резервные маслонасосы, питаемые от аккумуляторных батарей.

Для того чтобы поддерживать ГПА в работоспособном состоя­ нии, организуют систему технического обслуживания и ремонта. Обычно в регламенте технического обслуживания и ремонта пре­ дусматривают:

техническое обслуживание на работающем агрегате после наработки 24 =ь 1 ч, 700 ± 100 ч, 2000 ± 100 ч;

техническое обслуживание на остановленном агрегате через 4000 —6000 ч;

средний и капитальный ремонты через 12000 и 25000 ч.

Для реализации системы техобслуживания и ремонта в конст­ рукции ГПА следует предусмотреть возможность осмотра сбороч­ ных единиц и деталей без вскрытия других элементов, имеющих более длительный межремонтный период.

Конструкция ГПА должна отвечать целому ряду требований, соответствующих действующим стандартам и нормам: взрывобезопасности, взрывопредупреждения и взрывозащиты; пожарной безопасности; к вибрации, шумовым показателям и тепловыделени­ ямна рабочих местах и в окружающей среде; к температуре, влажно­ сти и подвижности воздуха рабочей зоны в зданияхдля ГПА.

Высоту дымовой трубы 1 ТУ выбирают из расчета рассеивания токсичных веществ, содержащихся в отработавших газах, до пре­ дельно допустимых концентраций в приземном слое в соответ­ ствии с санитарными нормами (концентрация окислов азота в выхлопных газах ГТУ обычно не превышает 200 мг/м3).

Агрегат ГТК-10

Основные конструктивные особенности газотурбинных ГПА могут быть рассмотрены на примере наиболее распространенного на компрессорных станциях агрегата ГТК-10. Конструкция газо­ турбинной установки включает в себя турбоблок, камеру сгорания и регенератор, объединенные между собой трубопроводами газо­ воздушного тракта.

Блок турбогруппы включает в себя осевой компрессор, газо­ вые турбины высокого и низкого давления, выполненные в одном корпусе, пусковой турбодетандер, валоповоротное устройство, элементы маслосистемы и системы регулирования, внешние тру-

197

7-2 -1 6 4

бопроводы системы охлаждения и др. Эти элементы ГТУ монтиру­ ют на общей фундаментной раме, одновременно являющейся мас­ лобаком, и поставляют единым монтажным блоком. Вся турбо­ группа закрыта декоративным кожухом, из-под которого нагре­ тый воздух с помощью специального вентилятора выбрасывается в атмосферу.

Чугунный корпус компрессора выполнен из трех частей, со­ единенных вертикальными фланцами: всасывающего и нагнета­ тельного патрубков и средней части (обоймы). Корпус имеет об­ щий горизонтальный разъем и лапы, с помощью которых его уста­ навливают на фундаментную раму-маслобак; с корпусом турбины соединяется через корпус среднего подшипника и два сегмента. Проточная часть компрессора образована ступенями рабочих и направляющих лопаток. Статор компрессора имеет 12 ступеней: первая — входной направляющий аппарат, десять ступеней про­ межуточного направляющего аппарата, последняя ступень — спрямляющий аппарат. Ротор компрессора имеет 10 ступеней ло­ паток, установленных на бочкообразной части ротора турбокомп­ рессора. Для выпуска части воздуха после четвертой ступени во время запуска агрегата на корпусе компрессора установлены ав­ томатические сбросные клапаны. Корпус турбины состоит из че­ тырех частей, соединенных вертикальными фланцами: передней части корпуса, диффузора и двух выхлопных патрубков (правого илевого). Передняя часть корпуса и диффузор снабжены горизон­ тальным фланцевым разъемом. Передняя часть корпуса выполне­ на двухстенной с наружным литым корпусом и внутренней встав­ кой из листовой жаропрочной стали. Эта вставка образует проточ­ ную часть турбины от входного патрубка до лопаток; зазор между внутренним и наружным корпусом заполнен тепловой изоляцией. Для обеспечения свободы теплового расширения вставка подве­ шена на лапках к передней части корпуса в плоскости горизон­ тального разъема. Нижняя половина передней части корпуса име­ ет входной патрубок, в котором для жесткости установлена охлаж­ даемая воздухом стяжка. Диффузор выполнен сварным из листа и имеет наружную тепловую изоляцию. Корпус турбины опирает­ ся на фундаментную раму при помощи шести лап на переднем корпусе, диффузоре и выхлопных патрубках. В корпусе турбины в специальных проточках установлены обойма направляющих ло­ паток, диафрагма с передним уплотнением, уплотнение крылатки

198

и заднее уплотнение турбины.

Обойма с направляющими лопатками установлена в кольце­ вую проточку корпуса, которая одновременно является каналом для подвода воздуха на охлаждение обоймы. Для предотвращения тепловых деформаций обойма выполнена без горизонтального разъема, но имеет небольшую съемную часть над ротором турбо­ компрессора для удобства разборки. В обойму установлены два ряда направляющих лопаток. Лопатки первого ряда имеют Т-об- разный хвост и набраны в 12 сегментах по четыре лопатки. Лопат­ ки второго ряда размещены между двух бандажей и вместе с бан­ дажом представляют собой единую сварную конструкцию, кото­ рая является одновременно промежуточной вставкой между ТВД и ТНД. В передней части корпуса турбины со стороны диска ТВД установлена диафрагма с уплотнением, состоящая из двух поло­ вин, соединенных по горизонтальному разъему шпильками. За ди­ афрагмой в корпусе турбины установлено уплотнение крылатки, выполненной на валу и являющейся дополнительным воздушным затвором. Между диафрагмой и уплотнением имеется канал, из которого по трубам воздух и его протечки через уплотнения удаля­ ются за пределы машинного зала.

В диффузоре установлено уплотнение силовой турбины, кото­ рое предотвращает протечки продуктов сгорания между корпуса­ ми турбины и подшипника силового ротора. В переднем блоке тур­ богруппы размещены опорно-упорный подшипник ротора турбо­ компрессора, главный масляный насос, валоповоротное устрой­ ство, турбодетандер и элементы маслосистемы и системы регули­ рования. Нижняя часть корпуса переднего блока отлита заодно со всасывающим патрубком корпуса компрессора. Главный масля­ ный насос центробежного типа установлен на роторе турбокомп­ рессора в блоке переднего подшипника и служит для обеспечения смазки агрегата и работы системы регулирования.

Валоповоротное устройство установлено на крышке подшип­ ника переднего блока и предназначено для медленного проворачи­ вания (с частотой вращения 12 об/мин) ротора турбокомпрессора. Валоповоротное устройство представляет собой двухступенчатый редуктор с приводом от электродвигателя переменного тока.

Турбодетандер предназначен для запуска агрегата, т. е. для раскручивания ротора турбокомпрессора до частоты вращения, соответствующей точке "самоходности" ГТУ. Турбодетандер пред­

199

ставляет собой двухступенчатую парциальную расширительную турбину, рабочим телом которой является природный газ из пус­ кового коллектора с давлением 1,47 МПа.

Ротор турбокомпрессора выполнен составным из барабана, пробки и диска. Пробка запрессована в расточку барабана со сто­ роны входа воздуха в компрессор и зафиксирована четырьмя ра­ диальными штифтами. Диск турбины насажен на другой конец вала. Для обеспечения надежности соединения с валом применена втулка, устанавливаемая в отверстие бочки и имеющая выступ, на который насажен диск. На бочке ротора имеется 10 канавок зубча­ того профиля для установки рабочих лопаток компрессора. На ободе диска выполнены пазы елочной формы для установки рабо­ чих лопаток турбины высокого давления. Ротор размещен в двух подшипниках скольжения — опорном и опорно-упорном.

Ротор силовой турбины также выполнен составным из вала с насаженным на него диском. Утолщение в центральной части вала служит противовесом консольного диска. Ротор размещен в двух подшипниках скольжения — опорном и опорно-упорном. Заодно целое с валом изготовлено колесо центробежного насосаимпеллера, напор которого служит импульсом регулятору скоро­ сти в системе регулирования ГТУ. Для передачи крутящего момен­ та от ротора силовой турбины к ротору нагнетателя служит зубча­ тая муфта, состоящая из двух зубчатых втулок, промежуточного вала и двух обойм. Промежуточный вал между подшипниками си­ лового ротора и подшипника нагнетателя закрыт кожухом.

Фундаментная рама является основанием для турбоблока и од­ новременно резервуаром (маслобаком) для масляной системы ГПА. Турбину и компрессор устанавливают при помощи лап на стойках рамы-маслобака. Раму прикрепляют к фундаменту специ­ альными стяжками через сквозные отверстия в площадках рамы. Раму выставляют на фундаменте при помощи клиновых прокла­ док, устанавливаемых между опорными поверхностями низа рамы и металлическими площадками, выполненными на фунда­ менте.

Внутренняя полость рамы, служащая масляным баком, разде­ лена перегородками на отсеки грязного и чистого масла, между которыми установлены три сдвоенных сетчатых фильтра. Масло, сливаемое из подшипников и системы регулирования, попадает в грязный отсек, в котором на пути масла установлены две возду-

200