Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций

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

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