ПЗ. Меньшие габариты и удельная металлоемкость при одинаковой мощности

• Название: Меньшие габариты и удельная металлоемкость при одинаковой мощности
• Дата: 25.09.2021
• Размер: 360 Kb.
• Имя файла: ПЗ.doc
• Тип: Документы; #236784
• страница: 1 из 3

ВВЕДЕНИЕ

Транспортировку газа по магистральным трубопроводам осуществляют после очистки и комплексной подготовки газа на месторождении. Подбор оборудования для установок комплексной подготовки газа (УКПГ) зависит от многих факторов.

Для подачи газа на большие расстояния на газопроводах сооружают компрессорные станции. Их основная функция – это поддержание заданного давления.

Необходимо отметить, что первоначально для привода нагнетателей газа использовались серийные авиационные двигатели, переведенные на газовое топливо. По мере накопления опыта наземной эксплуатации фирмы были вынуждены перейти к разработке новых двигателей, существенно переконструированных именно для нужд газовой промышленности с учетом специфики их эксплуатации в газоперекачивающих агрегатах (повышенный ресурс, простота и удобство эксплуатации и ремонта и т.д.). Это привело к тому, что в настоящее время за рубежом поставляются для газотранспортных систем только новые двигатели, которые рассматриваются как двигатели второго поколения. В связи с этим производство промышленного авиапривода выделилось в самостоятельную подотрасль авиационного двигателестроения.

Газоперекачивающий агрегат (ГПА) ГПА-Ц-6,3 для него был изготовлен Казанским компрессорным заводом в 1972 года и был предъявлен на межведомственные испытания, которые были завершены в апреле 1974 года. Так началась эра использования конвертированных авиационных ГТД в газовой промышленности. К 1980 году в эксплуатации находилось уже более 300 агрегатов ГПА-Ц-6,3, а всего их было выпущено и установлено на компрессорных станциях России, стран СНГ, Болгарии, Польши, Аргентины 860 штук.

Первый отечественный ГПА с приводом авиационного типа ГПА-Ц-6,3, созданный на основе блочно-контейнерного принципа, по сравнению со стационарными агрегатами обладает следующими преимуществами:

- меньшие габариты и удельная металлоемкость при одинаковой мощности ;

- высокая транспортабельность, благодаря полной заводской готовности отдельных блоков;

- сокращение в 2...3 раза сроков ввода в эксплуатацию компрессорных станций, так как при контейнерном исполнении отпадает необходимость в строительстве промышленных зданий с подъемными кранами;

возможность поагрегатного ремонта двигателей и нагнетателей в заводских условиях, что сокращает сроки ремонта и повышает его качество.

Создание газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3 осуществлялось в соответствии с постановлением Госкомитета СССР по науке и технике от 25 декабря 1970 г. № 490 (проблема 013325).

Применение газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3 на магистральных газопроводах оказалось настолько эффективным, что на основании опыта его создания в кратчайшие сроки был разработан и изготовлен более совершенный агрегат ГПА-Ц-16.

1 Общая часть

1.1 Характеристика компрессорного цеха

Компрессорная станции «Серпухов» и принадлежит Серпуховскому линейному производственному управлению магистральных газопроводов (Серпуховскому ЛПУМГ) - филиалу ООО "Газпром трансгаз Москва". Промышленные площадки компрессорной станций КС «Серпухов» расположены в Серпуховском районе московской области.

Серпуховское ЛПУМГ осуществляет эксплуатацию компрессорной станции и линейной части магистральных газопроводов «Серпухов – Воскресенск», «Серпухов – Ясногорск», общей протяженностью 799,5 км в двухниточном исполнении.

В состав Серпуховского ЛПУМГ входят следующие объекты, расположенные на территории Московской области:

- линейная часть МГ;

- КС «Серпухов»: ГПА Ц-6,3 – 5 ед., ГПУ-10 – 3 ед.;

- КС «Воскресенск»: 3 ГПА с авиаприводом: ГПА-12-07 «Урал», 6 ГПА с газотурбинным приводом ГТ-750-6;

- 71 газораспределительную станцию;

- 2 узла связи;

- 257 станций дренажной защиты;

- спортивно-оздоровительный комплекс (СОК) «Лидер»;

- вспомогательные объекты.

Поступающий из магистрального трубопровода газ, на КС последовательно проходит: установку очистки от конденсата и механических примесей, цех компрессорный №1, АВО (аппарат воздушного охлаждения). После этого газ выбрасывается в магистральный газопровод и транспортируется потребителям. Кроме перечисленного основного технологического оборудования имеются здания и сооружения вспомогательных служб:

- автоматическая газораспределительная станция (АГРС);

- установка подготовки топливного, пускового и импульсного газа (УПТПИГ);

- склады хранения масел; насосные масел КЦ № 1 и КЦ № 2, столярный участок, аккумуляторная КЦ № 2, механический участок РЭБ-1;

- сварочные посты №1 и №2 РЭБ-1 (ЛЭС);

- химическая лаборатория;

- гараж, зона ТО и Р, смотровая яма;

- открытые стоянки автотранспорта, мойки автотранспорта, топливно-заправочный пункт;

- столовая, котельная, дизель-генераторные электростанции, вертолетная площадка.

Установка очистки газа. Узел очистки газа КЦ №1 состоит из 3-х пылеуловителей ГП 628.00.000-04 и одной емкости сбора конденсата.

Сжатие (компримирование) газа осуществляется в газоперекачивающих агрегатах (ГПА). В КЦ №1 4 рабочих агрегата и 1 резервный типа ГПА Ц – 6,3 с газотурбинным двигателем авиационного типа НК 12СТ.
1.2 Техническая и конструктивная характеристика газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-6,3

Таблица 1-Техническая характеристика ГПА-Ц-6,3

Наименование показателей	Величина показателей для агрегата на конечное давление, МПа (кгс/см2)
1	2
Производительность, отнесенная к температуре 293 К (+20°С) и давлению ОД 01 МПа (1,033 атм.), м3/с (млн. м3/сут.), не менее	124(10,7)
Производительность, отнесенная к температуре 288 К (+15°С) и давлению 0,101 МПа (1,033 атм.), м3/с (млн. м3/сут.), не менее	122(10,52)
Производительность по условиям всасывания, м3/с (м3/мин.), не менее	3,3 (196)
Давление начальное, абсолютное, МПа (кгс/см2) - номинальное - минимальное	3,79(38,6) 1,96(20)
Давление конечное, абсолютное, МПа (кгс/см2) - номинальное - максимальное	5,49 (56) 6,18(63)
Степень повышения давления расчетная	1,45
Температура газа на всасывании расчетная, К (°С)	293 (20)
Политропический КПД нагнетателя, процентов, не менее Политропический КПД нагнетателя, процентов, не менее	82

Продолжение таблицы 1

1	2
Мощность на валу СТ при температуре 288 К (+15°С) и давлении ОД 01 МПа (1,033 атм.), кВт - номинальная - минимальная	6300-2% 3100
Частота вращения ротора СТ и нагнетателя, с-1 (об/мин.) - номинальная - максимальная - минимальная	136,7(8200) 141,6(8500) 102,5(6150)
КПД двигателя, отнесенный к мощности на муфте нагнетателя при температуре 288 К (+15°С) и давлении ОД 01 МПа (1,033 атм.) на номинальном режиме работы двигателя (с учетом потерь на входе и выходе), процентов, не менее	24
Расход топливного газа, кг/с (кг/ч) - номинальная - максимальная	0,54(1940) 0,65 (2330)
Давление топливного газа, МПа (кгс/см2)	2,35±0,1 (24±1)
Расход топливного газа на один пуск, кг (м3), не более	340 (500)
Давление пускового газа, МПа (кгс/см )	0,29-0,49 (3-5)
Габаритные размеры агрегата (с учетом площадок обслуживания и системы подогрева циклового воздуха), м (мм) - длина - ширина - высота	13,650(13650) 6,330(6330) 8,950 (8950)

Продолжение таблицы 1

1	2
Масса агрегата (с учетом ЗИП, щитов автоматики, отсека пожаротушения и системы подогрева циклового воздуха), кг, не более	73500

Агрегат представляет собой установку, состоящую из стыкуемых между собой на месте эксплуатации отдельных блоков.

Базовой сварочной единицей агрегата при монтаже является блок турбоагрегата, в контейнере которого размещен центробежный нагнетатель с газотурбинным авиационным двигателем НК-12СТ.

Агрегат газоперекачивающий типа ГПА-Ц-6,3 состоит из следующих элементов:

- блок турбоагрегата;

- устройство выхлопное с шумоглушителем;

- блок маслоохладителей;

- устройство воздухоочистительное (ВОУ);

- камера всасывания;

- патрубок всасывающий;

- патрубок нагнетательный.

Тип компрессора - двухступенчатый центробежный нагнетатель с горизонтальным разъемом, спроектированный для параллельной работы в группе или одного нагнетателя.

Направление вращения ротора нагнетателя - левое (если смотреть со стороны привода).

Тип приводного двигателя агрегата - газотурбинный авиационный со свободной турбиной НК-12СТ.

Агрегат устанавливается на монолитный железобетонный фундамент и включает в себя сборочные единицы, детали, крепежные изделия, прокладки и прочие изделия.

Блок турбоагрегата.

Блок турбоагрегата состоит из следующих основных сборочных единиц:

- рамы;

- двигателя;

- нагнетателя НЦ Н-196-1,45;

- контейнера турбоагрегата;

- вала торсионного с кожухом;

- улитки.

Двигатель НК-12СТ является турбовальным газотурбинным двигателем. В качестве топлива является природный газ. Двигатель НК-12СТ - двигатель со свободной турбиной - спроектирован на базе авиационного двигателя. Применение модификации авиационного двигателя в качестве при­вода нагнетателя газоперекачивающего агрегата позволило создать компактную компоновку с небольшим весом и габаритами, обеспечив автоматизацию процессов управления и регулирования режимов ра­боты двигателя при современном уровне экономичности и высокой на­дежности.

Двигатель НК-12СТ работоспособен в составе ГПА-Ц-6,3 в диапа­зоне изменения температур наружного воздуха от —55°С до +40°С при относительной влажности до 100%.

Турбовальный двигатель НК-12СТ является га­зотурбинным двигателем, в котором свободная энергия преобразуется в мощность на выводном валу с помощью свободной силовой турбины.

Запуск двигателя автоматический. Раскрутка обеспечивается воздушным стартером, приводимым газом, транспортируемым по газопроводу. При за­пуске стартер раскручивает ротор турбокомпрес­сора, а от него, через соответствующие приводы, вступают в работу агрегаты топливной и масляной системы, а также агрегаты управления механиза­цией компрессора.

Система запуска включает в себя воздушный стартер, катушки зажигания, воспламенители со свечами, центробежный выключатель, электромаг­нитный клапан пускового топливного газа, электро­магнитные клапаны дозатора газа.

Система регулирования, в состав которой вхо­дит топливная система и система управления ме­ханизацией компрессора, предназначена для авто­матического питания двигателя топливным газом на всех режимах работы и для получения требуе­мых параметров в заданных диапазонах изменения внешних факторов и рабочих характеристик дви­гателя.             

В топливную систему входят: кольцевой топ­ливный коллектор, двенадцать рабочих форсунок, дозатор газа ДГ-12 с регулятором оборотов тур­бокомпрессора ОГ-12 (РО-12), стопорный клапан.

Ограничитель оборотов свободной турбины ОГ-8-4, сигнализатор предельных оборотов ротора сво­бодной турбины СПО-23, регулятор температуры газов перед свободной турбиной УРТ-19А-ЗУ, сов­местно с агрегатами топливной системы, обеспечи­вают автоматическое регулирование параметров в зависимости от изменения внешних факторов и ра­бочих характеристик двигателя.

Механизацию управления компрессора и из компрессора обеспе­ чивает агрегат управления АУ-12СТМ, гидроусилитель регулируемого вход­ного направляющего аппарата и гидроприводы кла­панов перепуска воздуха.

На двигателе предусмотрена система контро­ля и защиты, которая работает совместно с сис­темой регулирования, и обеспечивает контроль за работой двигателя (замер частоты вращения тур­бокомпрессора и свободной турбины, замер темпе­ратуры газов перед свободной турбиной) и защи­ту двигателя при неправильной эксплуатации или при появлении неисправностей в узлах (защита по предельной частоте вращения свободной тур­бины, защита по предельному уровню виброуско­рений, защита по предельной температуре газов перед свободной турбиной, защита по помпажному режиму, защита по утечке пускового топливного газа).

В состав двигателя входят основные узлы:

- передняя опора;

- осевой четырныдцатиступенчатый компрессор;

- трехступенчатая опора;

- одноступенчатая свободная турбина;

Двигатель снабжен; агрегатами масляной систе­мы, системы регулирования, системы запуска и системы контроля и защиты.

На двигателе установлены приборы, контроли­рующие его работу.

Передняя опора является силовым эле­ментом двигателя, воспринимающим нагрузки от статора и ротора компрессора и передающим их через цапфы подвесок на раму установки. В перед­ней опоре установлен центральный привод, кото­рый передает крутящий момент с турбины на при­вод агрегатов масляной системы и коробок приво­дов.

Корпус передней опоры состоит из наружной кольцевой коробки, связанной с внутренним кону­сом шестью полыми обтекаемыми ребрами. Поверхности наружной кольцевой коробки и внутренне­го конуса профилированы и образуют вместе с реб­рами шесть каналов, по которым в компрессор пос­тупает воздух. Пустотелые ребра использованы для размещения внутри них приводов к агрегатам, а также масляных и воздушных коммуникаций.

В передней опоре смонтирован входной регули­руемый направляющий аппарат компрессора и ро­ликовый подшипник ротора компрессора.

На задней стенке корпуса передней опоры име­ются фланцы крепления привода центробежного суфлера, масляного фильтра, привода нижней ко­робки приводов.

На наружной поверхности корпуса предусмот­рены фланцы крепления масляного агрегата, при­вода воздушного стартера, масляного насоса, аг­регатов регулирования, сигнализатора обледенения и гидропривода входного регулируемого направля­ющего аппарата компрессора.

Компрессор - четырнадцатиступенчатый, осевой, служит для повышения давления воздуха, поступающего в камеру сгорания, и состоит из ро­тора и статора. Ротор компрессора барабанно-дисковой конструкции, состоит из четырнадцати от­дельных рабочих колес и заднего вала, жестко сое­диненных друг с другом. Ротор вращается на двух подшипниках качения. Передний подшипник - ро­ликовый, допускающий осевое перемещение рото­ра под действием осевых сил и температурных де­формаций. Задний подшипник - радиально-упорный шариковый. Он обеспечивает осевую фикса­цию ротора. Задний вал компрессора сочленен с передним валом турбины при помощи шлицевого соединения и соединительного болта.

Статор компрессора состоит из картера, направ­ляющих аппаратов и рабочих колец. Картер и направляющие аппараты разъемные, с разъемом в горизонтальной плоскости.

Соединение половин болтовое и осуществлено по продольным фланцам, приваренным к каждой по­ловине картера. Направляющие аппараты и коль­ца рабочих колес, образуют сужающийся тракт статора компрессора.

Нормальную работу компрессора на нерасчетных режимах обеспечивают регулируемый входной направляющий аппарат и клапана перепуска воздуха. На верхней половине картера размещена коробка приводов агрегатов, воздушный стартер ВС-12, кронштейн со штепсельными разъемами, пусковые катушки зажигания. На нижней половине картера размещены дозатор газа, коробка приводов агрегатов двигателя, агрегат управления воздушными клапанами и входным направляющим аппаратом, клапан перепуска топлива и др.

Картер турбины, расположенный между компрессором и газовой турбиной компрессора, является силовым узлом двигателя. В нем размещены камера сгорания кольцевого типа, опоры для валов компрессора и турбины, в передней части картера располагается шариковый подшипник задней опоры ротора компрессора, в задней – роликовый подшипник передней опоры ротора турбины.

Камера сгорания кольцевого типа сварной конструкции, имеет двенадцать головок, соединенных в блок, переходящий в кольцевую полость камеры. В каждой головке расположены завихрители, во втулках которых смонтированы топливные форсунки. Воспламенение топлива в камере сгорания обеспечивают два воспламенителя.

Газовая трехступенчатая, осевая турбины компрессора предназначена для привода во вращение ротора компрессора, а также агрегатов, обслуживающих двигатель.

Ротор турбины состоит из трех рабочих колес, переднего и заднего валов. Ротор вращается на двух роликовых подшипниках. Передний подшипник установлен в картере турбины, задний – в промежуточной опоре турбины.

Лопатки в дисках закреплены при помощи хвостовика «елочного типа» и закреплены от осевых перемещений пластинчатыми замками. Перетекание газа между ступенями турбины ограничивают газовые лабиринтные уплотнения.

Статор турбины состоит из соплового аппарата первой ступени с охлаждаемыми лопатками и сопловых аппаратов двух последующих ступеней турбины. Каждый сопловой аппарат имеет наружные и внутренние кольца, между которыми установлены лопатки, образующие каналы для газа, поступающего на лопатки рабочего коле­са. Наружное кольцо образует тракт над рабочим колесом соответствующей ступени. Для обеспече­ния минимальных радиальных зазоров по наруж­ному диаметру ротора турбины в наружное коль­цо установлены металлокерамические вставки. На­ружные кольца сопловых аппаратов, соединенные между собой, образуют силовую часть статора. Внутренние кольца сопловых аппаратов центриру­ются по нижним концам лопаток. Лопатки имеют возможность свободно расширяться при нагреве.

Промежуточная опора турбины яв­ляется силовым узлом, в котором установлен задний подшипник ротора турбины компрессора.

Подшипник установлен в корпусе демпфера, прикрепленном болтами к несущему фланцу внут­реннего корпуса. В корпусе демпфера размещен также демпфер, назначение которого - снизить виброперегрузки при прохождении ротором турби­ны критической частоты вращения.

Для предохранения подшипника от воздейст­вия высоких температур предусмотрена тепловая изоляция.

Внутренний и наружный кожухи промежуточной опоры, с приваренными к ним ребрами, образуют газовый тракт, по которому газ направляется к свободной турбине.

Свободная турбина - одноступенчатая, осевая, предназначена для привода центробежного нагнетателя газоперекачивающего агрегата. Ро­торы турбины компрессора и свободной турби­ны не имеют между собой механической связи.

Свободная турбина состоит из ротора, статора и опоры. Ротор, состоящий из рабочего колеса и ва­ла, вращается в двух опорах: передняя - ролико­вый подшипник, задняя - пакет из роликового и шарикового подшипников. Оба подшипниковых узла установлены в опоре свободной турбины. Крепление лопаток в диске осуществлено при по­мощи хвостовиков «елочного типа». Лопатки за­контрены от осевых перемещений пластинчатыми замками. На диске выполнен двухрядный лаби­ринт, который вместе с уплотнительным кольцом образует газовое лабиринтовое уплотнение.

Крутящий момент с вала ротора свободной тур­бины через шлицевую втулку, расположенную на его конце, передается на вал ротора центробежно­го нагнетателя посредством специального торсионного вала.

Статор турбины состоит из одного соплового аппарата сварной конструкции, имеющего наруж­ное и внутреннее кольца. В профильные прорези наружного кольца входят лопатки, приваренные к нему сваркой. Противоположные концы лопаток свободно входят в профильные прорези внутренне­го кольца. В наружном кольце установлены металлокерамические вставки. К внутреннему кольцу приварено кольцо - козырек, которое образует уплотнение, ограничивающее утечки газа из полос­ти перед сопловым аппаратом.

Опора свободной турбины является основным силовым элементом свободной турбины.

Наружный силовой кожух, соединенный бол­тами с литыми ребрами, приваренными к внутрен­нему корпусу опоры, воспринимает усилия от статора и ротора и передает их через подвески на ра­му установки.

Во внутреннем корпусе опоры установлены пе­редний и задний подшипниковые узлы ротора, дем­пфирующее устройство переднего подшипника, при­вод маслоагрегата.

Наружный и внутренний кожухи, соединенные пятью пустотелыми ребрами, образуют газовый тракт.

Пустотелые ребра использованы для размеще­ния масляных и воздушных коммуникаций.

На опоре установлена коробка приводов сво­бодной турбины и смонтированы цапфы задней подвески двигателя.

Для подвода воздуха на охлаждение наружной поверхности статора турбины на статоре смонтирован кожух, выполненный из двух половин, скреп­ленных стяжными лентами.

Характеристика нагнетателя НЦ Н-196-1,45

Нагнетатель центробежный с вертикальным разъемом состоит из: корпуса наружного, передней и задней крышки. К передней крышке крепится опорный, к задней – опорно-упорный подшипники. Подшипники монтируются в подшипниковых камерах. На опоры устанавливается ротор. Ротор в передней части имеет шлицевую втулку для соединения с торсионным валом. В задней части вал для привода маслонасоса. На ротор напрессовываются рабочие колеса и разгрузочный диск. Во внутреннем корпусе монтируется входной направляющий аппарат, улитка, втулка думмиса, обратный направляющий аппарат, лопаточный диффузор.

Рабочие колеса относительно корпуса, вал и думмис уплотняются лабиринтными уплотнениями.

Ротор нагнетателя имеет цилиндрическую форму цилиндрического сечения. Поверхность ротора, контактирующая с щелевыми уплотнениями и опорами имеет износостойкое покрытие. Рабочие колеса и разгрузочный диск фиксируются стопорными кольцами и гайками. В передней части имеются шлицы и резьба с гайкой для крепления полумуфты. В задней части находится вал для привода насоса смазки нагнетателя. Уплотнения предназначены для надежного гидравлического масляного затвора во внутренней полости нагнетателя. Уплотнение состоит из втулки лабиринтной, которая образует газовую и маслогазовую полости. Втулка фиксируется при помощи фиксатора и уплотняется относительно корпуса резиновыми кольцами. К втулке с помощью штифта крепится внутренний корпус щелевого уплотнения. Во внутреннем корпусе устанавливается внутреннее кольцо и фиксируется штифтом. Далее монтируется наружная втулка с наружным плавающим кольцом, закрепленная с помощью винта. Между кольцами установлена пружина. Кольцевая полость проточкой соединена с масляной.