Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций

Ротор двигателя изготавливают из цельной стальной поковки. В бочке ротора выполняют чередующиеся равновысокие пазы,

вкоторых укладывают и опрессовывают обмотку возбуждения

сизоляцией. На поверхности бочки ротора выполняют рифление для увеличения поверхности теплоотдачи. На роторе устанавлива­ ют центробежные вентиляторы и направляющие аппараты, обес­ печивающие безударный вход воздуха в вентиляторы. Опорой ро­ тора служат литые стояковые подшипники скольжения с циркули­ рующей смазкой под давлением.

Двигатели имеют шесть маркированных шинных выводов, вы­ веденных вниз статора.

Возбуждение осуществляется одним из следующих устройств: тиристорным возбудительным устройством серии ТВУ-2; бесще­ точным возбудительным устройством серии БВУ и электромашинным возбудителем серии ВТ.

Модификации электродвигателей типа СТДП являются взры­ возащищенными, продуваемыми под избыточным давлением чис­ тым воздухом. В остальном принципиальные конструктивные ре­ шения аналогичны электродвигателям типа СТД.

В ЭГПА применяют системы автоматики, аналогичные систе­ мам автоматики газотурбинных ГПА (типа "Электра" или А-705- 15), обеспечивающие полную автоматизацию агрегата по процес­ сам контроля, защиты, сигнализации, управления и вписывающи­ еся в центральную систему автоматики КС. Редукторы, используе­ мые в ЭГПА, являются одноступенчатыми шевронными ускори­ телями с горизонтальным расположением осей силовой зубчатой передачи, валы которой вращаются в подшипниках скольжения с принудительной смазкой.

Конструкция нагнетателя и его вспомогательных систем (мас­ ляной, гидравлического уплотнения ротора, регулирования и за­ щиты) аналогичны конструкциям подобных типоразмеров для газотурбинных ГПА.

В объединенной масляной системе двигателя, редуктора и на­ гнетателя используется турбинное масло типа 111-22.

Укрупнение электродвигателей приводит, естественно, к не­ обходимости обеспечения их эффективной системой охлаждения, которая при больших мощностях занимает видное место как в ка­ питальных вложениях, так и в эксплуатационных показателях ра­ боты КС с электроприводными ГПА.

231

Система охлаждения электроприводных ГПА включает в об­ щем виде две системы: охлаждения смазочного масла и охлажде­ ния воздуха двигателя. Система охлаждения масла необходима для обеспечения отвода тепла от подшипников нагнетателя, редуктора и двигателя, система охлаждения воздуха — для охлаждения теп­ ловыделяющих элементов статора и ротора двигателя. Система ох­ лаждения масла является закрытой и, как правило, включает мас­ лоохладитель в виде АВО масла.

Для охлаждения воздуха в электродвигателях типа СТД ис­ пользуют воздухоохладители, расположенные по боковым поверх­ ностям статора (два воздухоохладителя на двигатель), включаемые в комплект поставки двигателя. Воздухоохладители собирают из латунных трубок с цельнокатным алюминиевым наружным оребрением, завальцованных в трубных решетках, крышек со штуце­ рами для подвода и отвода воды, рам жесткости и воздуховодов. Циркуляция воздуха осуществляется центробежными вентилято­ рами, установленными на роторе двигателя. В трубном простран­ стве воздухоохладителя циркулирует охлаждающая вода, что и вы­ зывает необходимость применения латунных трубок.

В системе охлаждения воздух движется следующим образом. Нагретый в двигателе, он проходит через воздухоохладитель, где охлаждается и поступает в пространство между торцевыми щита­ ми, откуда направляется на прием вентиляторов в зону низкого давления. Далее вентиляторами воздух нагнетается в зону высоко­ го давления — лобовых частей обмотки статора. Из зоны высокого давления воздух разветвляется на две струи. Первая проходит в за­ зор и через радиальные каналы между крайними пакетами железа выходит на обшивку статора — зону горячего воздуха. Вторая струя по перепускным каналам проходит к средним пакетам стато­ ра, откуда через каналы крайних пакетов железа выходит под об­ шивку статора, смешиваясь с первой струей. Далее воздух через боковые окна в обшивке статора вновь поступает в воздухоохла­ дитель. Часть воздуха из зоны высокого давления направляется к ротору. Интенсивное охлаждение лобовых частей обмотки рото­ ра достигается направленным движением потока воздуха по кана­ лам в распорках и клиньях.

Для электродвигателей типа СТД допустимая температура об­ мотки статора 120, обмотки ротора — 130 °С. Номинальная темпе­ ратура воздуха, поступающего в двигатель, 40 °С. Мощность дви-

232

гателя в зависимости от температуры входящего в него воздуха меняется следующим образом:

Температура воды, поступающей в воздухоохладитель, долж­ на быть не более 30 °С при ее расходе в оба охладителя 56 м3/ч (для двигателей мощностью 4000 и 5000 кВт) и 74 м3/ч (для двигателей большей мощности).

Двухконтурную систему охлаждения воды с использованием аппаратов воздушного охлаждения (АВО) можно применять толь­ ко для центральных и северных районов, однако это менее рацио­ нально, нежели для двухконтурной системы охлаждения масла, из-за малого значения разности между температурой воды на вы­ ходе из АВО и расчетной температурой атмосферного воздуха. Ре­ зультаты расчетов стандартизованных АВО типа АВМ для двигате­ лей серии СТД при расчетной температуре атмосферного воздуха 25 °С следующие:

Исключить охлаждающую воду из системы охлаждения двига­ теля можно, заменив воздухоохладитель "вода —воздух" на возду­ хоохладитель "воздух —воздух". Наиболее рациональны для этих условий охладители пластинчатого типа. Они конструктивно про­ сты, компактны и имеют достаточно развитые поверхности ох­ лаждения с обеих сторон теплоносителей.

Для КС, которые в летний период эксплуатации не имеют 100 %-ной нагрузки по мощности двигателей, потребные поверх­ ности охлаждения воздухоохладителя (ВО) могут быть значитель­ но уменьшены за счет повышения температурного напора тепло­ носителей. Для КС, расположенных в южных районах, где темпе­ ратура атмосферного воздуха в летний период может быть выше расчетной (30 °С), целесообразно перед подачей охлаждающего

233

8 -3 -1 6 4

воздуха в ВО пропускать его через специальную камеру увлажне­ ния в целях понижения температуры окружающего воздуха до температуры по смоченному термометру либо близкого к ней зна­ чения. При исходной температуре атмосферного воздуха 40 °С, от­ носительной влажности воздуха 40 % и давлении 760 мм рт. ст. пу­ тем увлажнения воздуха до относительной влажности 90 % его температура понижается на 10 °СГт. е. до номинальной температу­ ры для работы ВО. Для рассмотренного режима работы камеры увлажнения, рассчитанной по I-d-диаграмме, потребный расход воды на увлажнение воздуха в зависимости от мощности двигате­ лей СТД следующий:

Расход воды, необходимой для увлажнения воздуха, незначи­ телен, продолжительность ее потребления составляет несколько часов в сутки, поэтому такой расход воды может быть обеспечен даже на КС, расположенных в районах с ограниченными водными ресурсами. Годовой расход воды для увлажнения воздуха может быть рассчитан исходя из годовой суммарной продолжительности температуры воздуха выше 30 °С для рассматриваемого района.

Анализ показал, что для КС с ЭГПА, располагаемых в любых климатических районах страны, может быть рекомендована сис­ тема воздушного охлаждения масла и воздуха (рис. 3.14). Эта сис­ тема полностью исключает потребление охлаждающей воды и со­ стоит из подконтуров охлаждения масла электродвигателя 1 и на­ гнетателя с редуктором 6. Масло циркулирует в подконтурах от насосов 7, а охлаждается в АВО 8, оборудованном устройствами рециркуляции охлаждающего воздуха. Вместо двух подконтуров охлаждения масла может быть спроектирован один общий контур охлаждения масла электродвигателя и приводимого агрегата.

Охлаждающий воздух циркулирует во внутреннем контуре охлаждения электродвигателя от центробежных воздуходувок 2, установленных на роторе электродвигателя 1. Воздух охлаждается в воздухоохладителе 3 типа "воздух —воздух" Воздух наружного контура засасывается из атмосферы центробежными вентилято­ рами 4, пройдя камеру увлажнения 5, поступает в воздухоохлади-

234

— cr4

Рис. 3.14. Система воздушного охлаждения ЭГПА:

1— электродвигатель; 2 — воздуходувка; 3 — воздухоохладитель; 4 — цент­ робежный вентилятор; 5 — камера увлажнения; 6 — нагнетатель с редукто­ ром; 7 — масляный насос; 8 — АВО масла

тель 3, откуда после отвода теплоты от воздуха внутреннего конту­ ра выбрасывается в атмосферу. Такая система охлаждения эконо­ мически эффективна. Проведенные во ВНИИГАЗ исследования показывают, что с целью дальнейшего снижения капитальных и эксплуатационных затрат и повышения надежности работы электроприводных ГПА весьма рационально на обоих концах ро­ тора параллельно центробежным воздуходувкам 2 устанавливать центробежные вентиляторы, соединенные воздуховодами с возду­ хоохладителями и атмосферой. Такое выполнение системы охлажде­ ния наряду с повышением эффективности дает возможность значи­ тельно увеличить автономность агрегата в результате ликвидации центробежного вентилятора 4 с независимым приводом.

Изменение подачи КС, оборудованных электроприводом, осу­ ществляется изменением числа работающих агрегатов или схемы их соединения.

235

3.3.4. Компоновка компрессорных цехов

При традиционном исполнении компрессорных цехов обычно принимают однорядную установку агрегатов с расстоянием меж­ ду ними от 12 до 18 м. Поршневые ГПА обычно располагают на ну­ левой отметке, а газотурбинные, в зависимости от типа ГПА, — либо на нулевой отметке, либо на отметке +4,8 м (5,2 м). Здания поршневых ГПА, как правило, однопролетные (ширина пролета 12 м), конструкция зданий для газотурбинных и электроприводных ГПА во многом зависит от типа применяемого привода, одна­ ко общим для них является наличие в компрессорных цехах двух залов: машинного и нагнетательного. Ширина первого колеблется от 12 до 24 м, второй имеет ширину 6 м. Машинный зал отнесен по противопожарным нормам к категории Г, это означает, что разре­ шается установка всего оборудования в нормальном исполнении. Помещения, в которых размещают нагнетатели, относят к катего­ рии А, поэтому электрооборудование должно иметь взрывобезо­ пасное исполнение.

Различие категорийности помещений и предопределяет реше­ ние компрессорного цеха в два пролета с разделительной непро­ ницаемой стеной между залами. В месте прохода через раздели­ тельную стенку промежуточного вала привода нагнетателя делают уплотнение, защищающее машинный зал от проникновения при­ родного газа из зала нагнетателей.

Газотурбинные установки, у которых выносная камера сгора­ ния расположена под агрегатом, а выхлопные патрубки направле­ ны вниз, устанавливают на высоких рамных фундаментах, сход­ ных с фундаментами паровых турбин. Из работающих ГТУ к ним относят регенеративную ГТК-10-4. У большей части современных ГТУ выходной патрубок направлен вверх или вбок, что позволяет выполнять фундамент для всего ГГПА в виде подушки из монолит­ ного или сборного железобетона. Фундаментную подушку заглуб­ ляют в грунт на глубину 1,5 — 2 м. При монолитном фундаменте не­ избежен большой объем "мокрых" работ. Сборные фундаменты раньше состояли из набора блоков, чаще соединяемых с помощью сварки закладных деталей. Более современные фундаменты изго­ тавливают из облегченных конструкций. Часто фундаменты вы­ полняют свайными.

Современные ГГПА выполнены в виде блочных конструкций,

236

т. е. состоящими из отдельных поставочных блоков, полностью законченных изготовлением. Наиболее распространено деление на блоки: блок ГТУ на раме-маслобаке (или рамах); блок нагнетате­ ля на раме; блок воздухоподготовительных устройств; блок воз­ душного охлаждения масла (или промежуточного теплоносителя); блок систем автоматического управления и регулирования. Для установки ГГПА необходимы воздухоподводящие и газоотводя­ щие устройства (элементы тракта). В регенеративные ГТУ допол­ нительно включают блоки воздухоподогревателей и горячие воз­ духоводы. Блоки должны поступать на монтаж полностью испы­ танными на стендах завода-изготовителя и законсервированными таким образом, чтобы после проведения монтажа ГПА можно было приступить к пусконаладочным работам без разборки блоков.

Преимущество крупных блоков — меньший объем работ по монтажу ГПА и сокращение сроков сооружения КС.

Преимущества установки нагнетателя на отдельной раме — возможность выполнения ее более жесткой для восприятия уси­ лий от труб с минимальными деформациями, а также возмож­ ность компоновки в ней маслонасосов системы уплотнений нагне­ тателя.

Блок воздухоподготовительных устройств обычно включает инертные фильтры для сепарации крупных частиц, фильтры тон­ кой очистки, панели шумоглушения, противооблединительное ус­ тройство, иногда — систему для увлажнения и охлаждения возду­ ха в жаркое время года. Обычно его устанавливают с максималь­ ным возвышением над поверхностью земли.

Блок воздушного охладителя масла (или промежуточного теп­ лоносителя) монтируют на легком фундаменте. Он содержит, кро­ ме АВО, вентиляторы с электродвигателями и редукторами, жалю­ зи, подогреватели масла, трубопроводную обвязку.

Системы автоматического управления и регулирования (САУ

иСАР) обычно размещают не только в отдельном блок-боксе

ина главном щите управления, но также и на опорных рамах

испециальных сборках. Должно быть предусмотрено простое соединение отдельных составных частей САУ и САР.

Всвязи с приспособлением большинства современных ГТУ для установки на нулевую отметку представилась возможность найти новые объемно-планировочные решения размещения

237

8-4 -1 6 4

Рис. 3.1 в. Компоновка ГП АТМ З ГТН-16 в индивидуальном здании:

1— вход воздуха на основном режиме работы; 2 — вход воздуха при переры­ ве в подаче электроэнергии; 3 — АВО масла; 4 — воздухоочистительное ус­ тройство; 5 ,6 — помещения для ГТУ и нагнетателя; 7 — дымовая труба; 8 — фильтры тонкой очистки масла; 9 — электросиловые щиты

Блочный агрегат скомпонован в индивидуальном здании. Сте­ ны и покрытие индивидуального здания изнутри облицованы дос­ таточно толстым слоем звукопоглощающего материала для исклю­ чения эффекта реверберации и снижения уровня шума.

В комплект поставки агрегата входят: основной блок газопере-

239

качивающего агрегата (газотурбинная установка в сборе на рамемаслобаке; вспомогательное оборудование, монтируемое на КС (трубопроводы систем масла, топлива и воздуха, фильтр тонкой очистки масла); компенсаторы, шкаф датчиков, панель маномет­ ров, инструмент и монтажные приспособления; комплект запас­ ных частей, а также система централизованного контроля и управ­ ления, воздушные охладители масла и комплексное воздухоочи­ стительное устройство (КВОУ).

Блочный бесподвальный автоматизированный агрегат ГТН25/76 устанавливают в индивидуальном укрытии. Компоновка оборудования представлена на рис. 3.17.

900

udu |Ь50(Г

Рис. 3.17. Общий вид (а) и план (б) газоперекачивающего агрегата ГТН -25/76:

1— блок нагнетателя; 2 — блок турбогруппы; 3 — легкосборное укрытие для газоперекачивающего агрегата ГТН-25/76

240