методичка. Компрессоры, их классификация и использование в различных отраслях промышленности Компрессоры
 Скачать 1.37 Mb.
|
|
Стационарные газотурбинные установки производятся специально для газовой промышленности. Основными создателями этого вида ГТУ являются Уральский турбомоторный завод (г. Екатеринбург) и Невский машиностроительный завод (г. Санкт-Петербург). К настоящему времени выпушены следующие типоразмеры ГТУ подобного вида: ГТ-700-4, ГГ-700-5, ГТК-5, ГТ-750-6, ГТ-6-750, ГТН-6, ГТН-9-750, ГТК-10, ГТК-16, ГТН-16, ГТК-25, ГТН-25. Маркировка стационарных ГТУ содержит аббревиатуру их названия и некоторые технические характеристики установок: ГТ - газовая турбина; ГТК - газовая турбина для привода компрессора; ГТН - газовая турбина для привода нагнетателя; трехзначная цифра - температура продуктов сгорания перед ТВД в градусах Цельсия; одно- или двузначная цифра – мощность установки в мегаваттах. Развитие стационарного турбостроения осуществлялось по пути увеличения единичной мощности ГТУ и снижения удельной металлоемкости установок на один киловатт их мощности. Особенностями первых поколений ГТУ являлись достаточно большие габариты и масса, потребность в больших капитальных помещениях, как правило, с двумя уровнями установки оборудования (ГТУ мощностью до 6 МВт включительно). Последние по времени создания типоразмеры ГТУ (ГТН-16, ГТИ-25) не имеют многих из перечисленных недостатков своих предшественниц. Все стационарные установки, за исключением ГТ-700-4 и ГТК-25, двухвальные (ГТ-700-4 - одновальная, ГТК-25 - трехвальная). Камеры сгорания стационарных ГТУ находятся вне корпусов турбин и представляют собой либо одну камеру цилиндрической формы, установленную вертикально или горизонтально, либо несколько секционных камер малого объема, равномерно расположенных по периметру ТВД (ГТН-16 и ГТН-25). Газотурбинные установки на базе авиационных двигателей являются продуктом конвертирования отработавших свой нормативный срок авиационных турбин. Перед установкой авиационных двигателей на ГПА они переводятся с жидкого топлива на газовое. Для транспорта газа используются главным образом двигатели авиалайнеров Ту 114 и Ту 154 - НК-12МВ и НК-8-2У с маркировкой после конвертации НК-12СТ и НК-16СТ - мощностью соответственно 6,3 МВт и 16 МВт. Первый из приведенных двигателей входит в состав газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3, второй - агрегата ГПА-Ц-16, цифры, в обозначении которых указывают на мощность двигателей в мегаваттах. Отличительными особенностями ГГУ с авиационными двигателями является наличие у них встроенных в корпуса турбин камер сгорания кольцевой формы и большее количество валов по сравнению со стационарными установками (два у ГПА-Ц-6,3 и три у ГПА-Ц-16). Кроме того, подобные ГПА заметно более компактны и менее массивны, чем стационарные агрегаты. Специфика первоначального назначения авиационных двигателей, используемых для привода нагнетателей в газовой промышленности, накладывает на оснащенные ими ГПА ряд особенностей. Они, в частности, состоят в лучшем оснащении подобных агрегатов контрольно-измерительными приборами и средствами автоматики. Газотурбинные установки на базе судовых двигателей в настоящее время представлены в основном одним типоразмером - ГПУ-10 (газоперекачивающая установка мощностью 10 МВт). ГПУ-10 присущи все особенности и достоинства агрегатов с авиационными двигателями - трехвальная турбоустановка, малый вес и габариты, блочная поставка на площадку КС и т.д. Рассмотренные разновидности турбоприводных ГПА могут быть дополнены группой импортных агрегатов, которую составляют: ГТК - 10И, ГТК-25И, Каберра-182. Маркировка импортных ГПА выполняется так же, как и отечественных - по входящей в агрегат газотурбинной установке, и расшифровывается аналогично. Для отличия импортного оборудования от отечественного к маркировке первого добавляется буква "И", что означает "импортное". Зарубежные машины в целом более совершенны, чем отечественные стационарные, и имеют многие преимущества, свойственные ГПА с конвертированными двигателями. Основные технические характеристики ГПА с приводом от газовых турбин даны в Приложении 3. 2.3. Электроприводные газоперекачивающие агрегаты Электроприводной ГПА компонуется из синхронного или асинхронного электродвигателя и нагнетателя, валы которых соединяются через повышающий одноступенчатый редуктор с шевронными зубчатыми колесами. На магистральных газопроводах находят применение перекачивающие агрегаты с электродвигателями: АЗ-4500-1500, СТМ-4000-2, СТМП-4000-2, СТД-4000-2 и СТД-12500-2. Их маркировка расшифровывается следующим образом: АЗ - асинхронный с замкнутым циклом вентиляции; С - синхронный; Т - трехфазный; Д - двигатель; П - двигатель в продуваемом исполнении; первая группа цифр - мощность, кВт; вторая группа цифр - (1500) - частота вращения вала, мин -1. Краткие технические данные электроприводных ГПА указаны в Приложении 4. 2.4. Нагнетатели природного газа Нагнетатели природного газа входят в состав газоперекачивающих агрегатов с приводом от газовых турбин и электродвигателей. Нагнетатель- компрессорная машина центробежного типа со степенью сжатия (степенью повышения давления) свыше 1,1 не имеющая специальных устройств для охлаждения компримируемого газа. На КС магистральных газопроводов используются нагнетатели с номинальной степенью сжатия 1,20...1,27 и 1,44....1,50. Первые из них относятся к неполнонапорным, вторые - к полнонапорным, то есть способным обеспечивать компрессорным станциям требуемый от них напор в полном размере. Все неполнонапорные нагнетатели одноступенчатые, подобные изображенному на рис. 2.5. Большинство из них имеет рабочее колесо одностороннего входа, консольно-расположенное на валу машины. Исключение составляет нагнетатель НГ-280-9 с приводом от ГН-9-750, у которого используется рабочее колесо двухстороннего входа со средним расположением его на валу. Полнонапорные нагнетатели более совершенны, чем неполнонапорные; ими оснащаются современные ГПА. Промышленность выпускает два варианта подобных машин - одноступенчатый консольный вариант (рис. 2.5) и двухступенчатый со средним расположением рабочих колес (рис. 2.6). Большинство полнонапорных нагнетателей - одноступенчатые консольные. Две ступени сжатия и среднее расположение рабочих колес характерны для всех импортных нагнетателей и всех нагнетателей с приводом от авиационных турбин: - Н-196, с приводом от НК-2СТ (ГПА-Ц-6,3); - НЦ-16, с приводом от НК-16СТ (ГПА-Ц-16); - 235, с приводом от ГТУ типа ГПА 10 либо ГТК-10. Две ступени сжатия также имеет нагнетатель 650-21-1, входящий в ГПА с турбиной ГТК-25. Конструктивно все нагнетатели выполнены по одному принципу - корпусу отводится роль несуще-опорной конструкции, в которой с помощью разъемных соединений размещаются проточная и механическая части машины. Проточная часть включаете себя устройство подвода газа к рабочему колесу (подвод), рабочее колесо и конструктивные элементы, отводящие газ от рабочего колеса (отвод). Механическая часть состоит из ротора (вал плюс рабочее колесо) и его опорной системы в виде подшипниковых узлов. Рабочее колесо одновременно принадлежит к механической и к проточной частям машины, являясь основным элементом и той и другой. Корпус нагнетателя крепится к фундаменту и жестко, неразъемно соединяется сваркой, через патрубки по его бокам, с приемным и нагнетательным трубопроводами ГПА. Опорами ротора нагнетателей служат опорный и опорно-упорный подшипники скольжения с принудительной смазкой под давлением. Переднее уплотнение рабочего колеса, предотвращающее переток газа по переднему диску с выхода колеса на его вход, у всех нагнетателей - щелевого типа. Уплотнение корпуса машин в месте выхода из него вала (концевое уплотнение) - торцевого или щелевого типов. Независимо от вида концевого уплотнения оно для достижения требуемой герметичности дополняется уплотнением "масло - газ", представляющим собой устройство для подачи в уплотняемый зазор масла с давлением, превышающим давление газа в нагнетателе на 0,02...0,04МПа. Центробежные нагнетатели природного газа являются мощными машинами, рабочие колеса которых испытывают воздействие значительных по величине осевых сил газодинамического происхождения. Для снижения нагрузки на упорные подшипники и соответственно для упрощения и облегчения конструкции машин у большинства нагнетателей предусмотрена газодинамическая разгрузка ротора от осевых сил. В одноступенчатых машинах разгрузка ротора осуществляется преимущественно в полнонапорных нагнетателях и реализуется за счет своеобразной формы заднего диска рабочего колеса (рис. 2.5). Данный диск на его внешней поверхности, обращенной к корпусу, имеет кольцевой выступ, который со встречным выступом на корпусе нагнетателя образует щелевое уплотнение, препятствующее свободному проникновению газа с выхода колеса в кольцевую область, заключенную между валом и упомянутым выступом. В результате в рассматриваемой кольцевой области устанавливается пониженное давление и суммарная сила давления, действующая на задний диск рабочего колеса, уменьшается. Значение данной силы примерно равно силе давления на внешнюю поверхность переднего диска. Равные по величине и противоположно направленные силы взаимно уравновешиваются, чем и достигается разгрузка ротора от осевых сил. У нагнетателей с двумя ступенями сжатия для разгрузки ротора используется разгрузочный поршень, устанавливаемый за колесом последней ступени сжатия (рис.2.6). Нагнетатель НГ-280-9, имеющий рабочее колесо двухстороннего входа, в дополнительной разгрузке ротора не нуждается, так как используемое на нем колесо не создает несбалансированных осевых сил.   Как видно из рис. 2.5 и рис. 2.6 и описания устройства нагнетателей, конструкция данных машин позволяет выполнять замену и ремонт деталей, подверженных повышенному износу вследствие постоянного нахождения их в движении (подшипников, уплотнений и т.п.), без отсоединения нагнетателя от технологических трубопроводов и трубопроводов вспомогательных систем (системы смазки, системы уплотнения "масло - газ" и т. д.), а также без полной разборки нагнетателей. Такая особенность конструкции существенно упрощает ремонт машин, повышает его оперативность и снижает затраты на ремонтные работы. Применение разъемных соединений для крепления проточных частей нагнетателей к их корпусам дает возможность повышать эффективность транспорта газа путем использования сменных проточных частей и своевременной замены их при изменении условий перекачки. Турбоприводные и электроприводные ГПА во многих отношениях более совершенны, чем ранее рассмотренные газомотокомпрессоры. Основу их преимущества, кроме прочего, составляет отсутствие у рабочих органов данных агрегатов возвратно-поступательного движения, как у ГМК. Благодаря этой особенности, турбоприводные и электроприводные агрегаты отличаются от ГМК: - большей уравновешенностью движущихся деталей и узлов и соответственно меньшими фундаментами на единицу мощности; - большей единичной мощностью агрегатов; - равномерностью подачи газа; - лучшей податливостью автоматизации; - меньшим расходом масла и т.д. Помимо отмеченных общих преимуществ рассматриваемых типов ГПА, каждый из них имеет свои специфические достоинства и недостатки. Основными недостатками турбоприводных ГПА являются: относительно низкий к.п.д. (до 31 %), существенная зависимость развиваемой мощности от температуры наружного воздуха, наличие только одного экономичного метода оперативного регулирования режимом перекачки - изменением частоты вращения ротора агрегата. Главные недостатки электроприводных ГПА - неизменная частота вращения вала двигателя и отсутствие экономичных методов оперативного регулирования режимом работы агрегата; необходимость в сторонних источниках энергии и в подводе электроэнергии не менее чем от двух независимых источников для обеспечения агрегатам требуемого уровня надежности по энергоснабжению; потребность в линиях электропередач и мощной электрической подстанции. Недостатки электроприводных газоперекачивающих агрегатов в некоторой степени компенсируются дополнительными, ранее не отмеченными достоинствами данных типов ГПА. К числу последних относятся: - упрощенная технологическая схема компрессорных станций с подобными агрегатами; - меньшая площадь застройки КС; -снижение степени пожаро- и взрывоопасности компрессорных цехов с электроприводными ГПА; - упрощенная система автоматики агрегатов; - независимость развиваемой электродвигателями мощности от температуры атмосферного воздуха (при технически исправной системе охлаждения). Последнее из перечисленных достоинств ГПА является одним из существенных, так как оно обеспечивает КС с электроприводными агрегатами стабильность режима работы в течение года. Совокупные достоинства и недостатки турбоприводных и электроприводных ГПА определили данным типам машин области их рационального применения. Наиболее широка эта область у турбоприводных ГПА и, главным образом, благодаря тому, что в качестве энергоносителя на них используется транспортируемый самими агрегатами газ. Данные ГПА экономичнее всех прочих на КС производительностью свыше 10...15 млн. м3/сут. Электроприводные ГПА так же, как и турбоприводные, рациональнее использовать на КС большой производительности (10...15 млн. м3/сут и выше). Однако ввиду того, что электрические двигатели нуждаются в подводе к ним электроэнергии, область применения ГПА с электроприводом насколько уже и ограничивается станциями, относительно близко расположенными к источникам электроэнергии. Эти источники должны находится от КС на расстоянии не более 50...300 км, быть надежными и независимыми друг от друга, а количество их - составлять не менее двух. |