Воздуходувки и газодувки

Воздуходувки и газодувки используют в том случае, когда необходимо не только прокачать воздух или другой газ через аппараты, но и сжать его. Эти машины способны повысить давление газа в 1,1 - 3,5 раза. Газодувки отличаются от воздуходувок лишь более сложной конструкцией уплотнения вала, особенно это относится к газодувкам для работы с токсичными и взрывоопасными газами.

В зависимости от принципа действия различают турбовоздуходувки и ротационные воздуходувки.

Турбовоздуходувки по конструкции и принципу действия схожи с радиальными вентиляторами высокого давления. В зависимости от числа рабочих колес различают одноступенчатые и многоступенчатые турбовоздуходувки. Конструкция рабочего колеса (турбинки) турбовоздуходувки сложнее, чем у вентилятора, так как оно вращается со значительно большими окружными скоростями (до 300 м/с) и создает более высокое давление.

Рис.10.4. Многоступенчатая турбовоздуходувка:

1- всасывающий патрубок; 2- рабочие колеса; 3- направляющие аппараты (диффузоры); 4- диафрагмы; 5- обратные направляющие аппараты с лопатками; 6- лабиринтные уплотнения; 7- разгрузочный поршень; 8- нагнетательный патрубок

 

Одноступенчатые турбовоздуходувки изготовляют для получения напора до 0,13 МН/м². Дальнейшее увеличение напора у них возможно лишь путем повышения частоты вращения ротора, но ограничено прочностью металла, применяемого для изготовления рабочих колес.

Для создания более высоких давлений применяют многоступенчатые турбовоздуходувки (рис. 10.4). Газ поступает внутрь турбовоздуходувки через патрубок 1 и нагнетается первым лопастным колесом 2 в неподвижный кольцевой канал 3. Из этого канала газ через обратный направляющий аппарат с лопатками 5 подходит на всасывание во второе лопастное колесо, где процесс повторяется. Таким образом, газ последовательно проходит все вращающиеся лопастные колеса и удаляется через патрубок 8. Вследствие разности давлений газа на входе и выходе из колес на валу турбовоздуходувки возникает осевая сила, воспринимаемая упорным подшипником и разгрузочным поршнем 7. В правую часть этого поршня подается под давлением жидкость, которая стремится сдвинуть поршень в сторону, противоположную направлению осевой силы, и уравновесить его. Число рабочих колес в турбовоздуходувках невелико (3 - 4), число лопаток в рабочем колесе от 12 до 35 шт. Промышленностью выпускаются турбовоздуходувки и турбогазодувки производительностью от 50 до 52 000 м³/ч газа.

Рис.10.5. Ротационная воздуходувка

Ротационные воздуходувкиотносятся к машинам с вращающимися поршнями (рис. 10.5). В кожухе 1 размещены два барабана (поршня) 2, отлитые из чугуна. Барабаны закреплены на параллельных валах. При вращении валов барабаны обкатываются один по другому: они плотно прилегают не только один к другому, но и к стенкам кожуха. В результате образуются две разобщенные камеры - нагнетания и всасывания. Газ, захваченный барабанами в камере всасывания, транспортируется ими без изменения давления до камеры нагнетания. Там сходящиеся барабаны сжимают газ и вытесняют его через нагнетательный патрубок. Валы имеют одинаковые частоты вращения. Один из них получает вращение от привода, а другой - от первого вала через зубчатую пару.

Ротационные воздуходувки отличаются простотой конструкции и возможностью широкого изменения их производительности путем увеличения или уменьшения частоты вращения барабанов. Они выпускаются на производительность по газу от 120 до 50 000 м³/ч.

Компрессоры

Компрессорыотносятся к важнейшим машинам многих химических процессов, где требуется сжатие газов выше 0,4 МН/м². По принципу действия их подразделяют на поршневые, ротационные и центробежные (турбокомпрессоры).

Поршневые компрессоры по принципу действия схожи с поршневыми насосами. В них совершающий возвратно-поступательное движение поршень в цилиндре сжимает газ вследствие уменьшения объема рабочей камеры. По числу ступеней сжатия их делят на одно-, двух- и многоступенчатые; по расположению цилиндра - на горизонтальные, вертикальные и наклонные; по характеру действия - на компрессоры простого и двойного действия.

В одноступенчатом компрессоре простого действия (рис. 10.6) цилиндр 1 с одной стороны открыт, а с другой закрыт крышкой. В крышке расположены всасывающий 3 и нагнетательный 4 клапаны. При движении поршня 2 вправо (по чертежу) производится наполнение рабочей камеры газом (процесс всасывание), а при движении влево - сжатие газа и выброс его через нагнетательный клапан. Компрессор отличается простотой устройства: нет сальников и ползуна.

Рис.10.6. Схема одноступенчатого поршневого компрессора простого действия:

1- цилиндр; 2-поршень; 3- всасывающий клапан; 4- нагнетательный клапан; 5- кривошипно-шатунный механизм

 

В одноступенчатом компрессоре двойного действия каждый ход поршня является рабочим: сжатие газа производится по обе стороны поршня. При движении поршня вправо газ сжимается в правой камере, а в левой в это время газ всасывается. При обратном движении поршня - сжатие газа в левой камере, а всасывание - в правой. Подобные компрессоры по конструкции сложнее, чем компрессоры одинарного действия, но по производительности вдвое выше их. Одноцилиндровые компрессоры изготовляют на давление не выше 1 МН/м².

Многоступенчатые компрессоры изготовляют с последовательным расположением цилиндров (система тандем) и посадкой поршней на один вал, параллельным расположением цилиндров (система компаунд), с расположением цилиндров под углом один относительно другого (угловые компрессоры). Так как объем газа после каждой ступени сжатия уменьшается, каждый последующий цилиндр в многоступенчатом компрессоре уменьшается в диаметре. Газ охлаждается в холодильниках между ступенями сжатия.

Многоступенчатые горизонтальные компрессоры с расположением цилиндров по одну сторону коленчатого вала (рис. 10.7) из-за больших неуравновешенных сил инерции тихоходны (n = 80 - 300 об/мин). Для погашения неуравновешенных сил инерции в этих машинах приходится устанавливать на приводной вал мощные маховики, что удорожает стоимость компрессора.

Рис.10.7. Схемы многоступенчатых поршневых компрессоров:

а- компрессор с расположением цилиндров по одну сторону коленчатого вала; б- оппозитный компрессор; в- угловой компрессор;1- цилиндр ступени I; 2- цилиндр ступени II ; 3- коленчатый вал; 4- маховик; 5- промежуточный холодильник

 

В настоящее время отечественная промышленность выпускает крупные компрессоры с взаимно противоположным движением поршней относительно коленчатого вала, так называемые оппозитные компрессоры. В этих компрессорах благодаря их хорошей динамической уравновешенности частота вращения вала может быть увеличена в 2 - 2,5 раза по сравнению со скоростью обычных горизонтальных машин. В результате этого они легче последних на 50 - 60 %, для их установки требуется меньшая площадь машинного зала и небольшие фундаменты. Благодаря этим преимуществам для давлений газа выше 20 МН/м² рекомендуется использовать компрессоры в оппозитном исполнении.

В угловых компрессорах оси цилиндров расположены под углом одна к другой (чаще под углом 90 ^о). При этом, как правило, более массивный вертикальный цилиндр предназначен для первой ступени сжатия, а горизонтальный - для второй ступени сжатия. Угловые компрессоры с точки зрения уравновешенности инерционных сил выгоднее, чем горизонтальные.

Сжатый газ подается поршневыми компрессорами неравномерно, толчками, поэтому для смягчения пульсации давления газа его направляют в газосборник (ресивер), из которого газ направляется по мере надобности потребителю.

Ротационные компрессорыхарактеризуются непрерывным вращением ротора и принудительным сжатием газа. Они получили широкое распространение на предприятиях химической промышленности.

В пластинчатом ротационном компрессоре (рис.10.8) ротор 1 выполнен в виде цилиндра, в радиальных пазах которого свободно скользят пластины толщиной 0,8 - 2,5 мм. Ротор 1 эксцентрично установлен внутри корпуса 2, снабженного водяной рубашкой. При вращении ротора пластины под действием центробежных сил выдвигаются из пазов и скользят по внутренней поверхности стенки 6 корпуса компрессора. Каждая пара соседних пластин образует замкнутую камеру, ограниченную с торцов поверхностью боковых крышек корпусов, плотно примыкающих к пластинам. Объем камеры при вращении ротора в левой части корпуса увеличивается, а в правой - уменьшается. Благодаря этому газ засасывается через патрубок 4, транспортируется в правую часть корпуса, где вследствие уменьшения объема камер он сжимается, а затем выбрасывается через патрубок 5.

Рис.10.8. Схема пластинчатого ротационного компрессора

Отечественные заводы выпускают ротационные пластинчатые компрессоры производительностью от 120 до 4200 м³/ч. В одной ступени подобного компрессора можно сжать газ до 0,5 МН/м².

Центробежные компрессоры (турбокомпрессоры)по принципу действия и конструкции очень близки к турбовоздуходувкам. В турбокомпрессоре на валу смонтировано значительно большее количество рабочих колес, которые разделены к тому же по размерам на несколько серий. В пределах одной серии рабочие колеса имеют один и тот же диаметр и одинаковую ширину.

На рис. 10.9 показан многоступенчатый турбокомпрессор (в разрезе). В этом компрессоре четыре ступени сжатия. Каждая ступень сжатия образована серией рабочих колес одинакового размера. Между сериями рабочих колес расположены промежуточные холодильники, в которых газ перед поступлением в очередную ступень охлаждается.

Рис.10.9. Многоступенчатый турбокомпрессор:

1- корпус; 2,3,4,5- рабочие колеса; 6- неподвижные направляющие аппараты; 7- подвижный направляющий аппарат; 8- разгрузочный поршень; 9- нагнетательный патрубок; 10- всасывающий патрубок; 11- промежуточный холодильник

 

Отечественной промышленностью выпускаются турбокомпрессоры производительностью до 40 000 м³/ч и с числом ступеней до 12. Частота вращения ротора турбокомпрессора 3500 - 6000 об/мин.

 

2. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ

Компрессорные станции выполняют свою главную функцию - компримирование газа - благодаря согласованному взаимодействию различного оборудования, размещенного на территории КС. Данное оборудование в соответствии с его ролью в технологическом процессе подразделяется на две группы:

- основное технологическое оборудование;

- оборудование подсобно-вспомогательного назначения.

Основное технологическое оборудование выполняет, работу по непосредственному транспорту газа. К нему относятся устройства очистки газа от механических примесей перед компримированием газового потока, газоперекачивающие агрегаты и установки охлаждения газа. Перечисленное оборудование сосредоточено на соответствующих узлах - на узлах очистки, компримирования и охлаждения газа. Узел компримирования чаще именуется компрессорным цехом (КЦ).

Оборудование подсобно-вспомогательного назначения включает в себя многообразные технические средства, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу основных объектов КС.

В эту вторую группу оборудования входят:

-узел подготовки газа топливного, пускового, импульсного и газа

собственных нужд;

-средства связи;

-трансформаторная подстанция;

-котельная или установка утилизации тепла выхлопных газов

турбопривода КС;

-средства водоснабжения и т. п.

При подразделении оборудования компрессорных станций по степени его значимости особое место отводится газоперекачивающим агрегатам (ГПА). Они выделяются в отдельную градацию - основное оборудование КС.

Газоперекачивающие агрегаты состоят из компрессорных машин и их привода. ГПА размещаются в компрессорных цехах, которые могут иметь различное инженерно-строительное исполнение (см. раздел 1).

На современных КС в основном встречается три типа газоперекачивающих агрегатов:

-газомотокоморессоры;

-турбоприводные ГПА;

-электроприводные ГПА.

Каждый тип перекачивающих агрегатов имеет свою область рационального применения, обусловленную в первую очередь спецификой входящих в них компрессорных машин и двигателей.

 

2.1. Газомотокомпрессоры

 

Газомотокомпрессор (ГМК) представляет собой конструкцию, состоящую из поршневого компрессора и поршневого газового двигателя внутреннего сгорания, объединенных в одно целое общим коленчатый валом и распложенных в едином блоке на общей фундаментной раме.

Данная конструктивная схема ГМК является самой общей. В реальных газомотокомпреесорах она реализуется в двух вариантах.

По одному из вариантов силовые цилиндры двигателя ГМК располагаются вертикально в ряд, по другому - V-образно в два ряда с углом междуосями цилиндров60° . Цилиндры компрессора в обоих случаях имеют одинаковое рядное расположение в горизонтальной плоскости.

Варианты конструкций газомотокомпрессоров приведены на рис. 2.1 и рис.2.2.

Газовый двигатель ГМК работает по двухтактному циклу с щелевой продувкой. Современные газомотокомпрессоры для повышения их мощности оснащаются газотурбинным наддувом.

Поршневой компрессор ГМК - двухстороннего действия. Его подача регулируется изменением числа оборотов коленчатого вала агрегата (двигателя) и изменением объема мертвого пространства цилиндров компрессора путем подключения к их рабочему объему дополнительного объема, называемого "карманом".

Газомотокомпрессоры выпускаются по достаточно широкой номенклатуре, из которой на магистральных газопроводах используются преимущественно: 10ГК, 10ГКМ, 10ГКМА, 10ГКН, МК-8, ДР-12. Из приведенного перечня в подавляющем большинстве случаев ( в 80 % )

находят применение 10ГК и 10ГКНА.

Маркировка ГМК расшифровывается следующим образом: цифры обозначают количество силовых цилиндров двигателя агрегата; Г – газовый; К - компрессор; М - модернизированный; Н - с наддувом; А - с системой автоматики; МК- мотокомпрессор; ДР - завод-изготовитель "Двигатель революции".

В полной маркировке ГМК помимо отмеченных сведений о машинах указывается число ступеней сжатия в компрессоре, давление на всасывании и нагнетании ГМК. Например:

10ГКМ 1/25-55,

где 1 - число ступеней сжатия в компрессоре, 25 и 55-соответственно давление на всасывании и на нагнетании ГМК в кгс/см².

Все разновидности газомотокомпрессоров 10ГК, а также ГМК типа ДР-12 имеют V-образное расположение цилиндров двигателя; у МК-8 цилиндры двигателя составляют один ряд в вертикальной плоскости.

Основные технические характеристики рассмотренных выше газомотокомпрессоров приведены в Приложении 1, загрузочные кривые ГМК - в Приложении 2.

Газомотокомпрессорам как средствам транспорта газа присущи следующие достоинства:

 

- способность работать в широком диапазоне давлений;

- наличие двух экономичных способов регулирования подачи

изменением частоты вращения коленчатого вала агрегата и

изменением объема мертвого пространства;

- длительный срок службы;

-сравнительно высокий для газоперекачивающих агрегатов к.п.д. (до37%).

К недостаткам данного типа машин относятся:

- значительный вес на единицу мощности (около 85 кг/кВт);

- большая неуравновешенность движущихся деталей, требующая для

снижения вибрации оборудования значительного фундамента;

- пульсирующая подача, приводящая к неустановившемуся течению

газа, вибрации оборудования и трубопроводов, к излишней потери

энергии;

- потребность в мощной системе охлаждения компрессора и двигателя;

- значительный расход масла (2,5...3,4 г/(кВт-ч)) из-за большого

количества узлов трения и необходимости смазки внутренних поверхностей цилиндров двигателя и компрессора.

 

Совокупные достоинства и недостатки ГМК обеспечили им в трубопроводном транспорте газа область рационального применения, ограниченную компрессорными станциями малой производительности (до10...15млн.м²/сут).

 

2.2. Турбоприводные газоперекачивающие агрегаты

Турбоприводной ГПА состоит из центробежного нагнетателя и соосно расположенной с ним газотурбинной установки (ГТУ). Валы роторов нагнетателя и силовой турбины ГТУ соединяются между собой либо через промежуточный вал с помощью соединительных зубчатых муфт, либо через повышающий редуктор - как правило, одноступенчатый с шевронной передачей.

Газотурбинная установка ГПА включает в себя комплекс механизмов и устройств, основным предназначением которых является создание рабочего тела для силовой турбины, непосредственно приводящей в действие центробежный нагнетатель.

Рабочее тело - продукты сгорания топливного газа ГТУ; газ сжигается в камере сгорания, куда для обеспечения его горения подается воздух с помощью осевого компрессора ГТУ. В состав газотурбинных установок, применяемых для транспорта газа, может входить до двух осевых компрессоров. Привод их осуществляется специальными турбинами, также являющимися неотъемлемой частью ГТУ. Осевые компрессоры и приводящие их турбины располагаются на одном валу – отдельном для каждого компрессора и приводящей его турбины.

У некоторых типов ГТУ принята несколько иная компоновка, отличная от только что рассмотренной; привод нагнетателя и осевого компрессора у них осуществляется одной турбиной.

Таким образом, в зависимости от количества осевых компрессоров и организации их привода газотурбинные установки могут быть одно-, двух- и трехвальными.

Валы всех турбин, составляющих ГТУ, располагаются соосно и продукты сгорания газа, выходя из камеры сгорания, проходят последовательно все турбины, отдавая каждой из них часть своей энергии.

Общая компоновка ГПА и назначение основных функциональных элементов агрегата хорошо видны на тепловой схеме ГТУ. Подобная схема для наиболее распространенной в газовой промышленности двухвальной газотурбинной установки изображена на рис. 2.3, где дан один из ее вариантов, соответствующий общему виду ГПА, когда в ГТУ используется рекуперация тепла отходящих газов, а привод нагнетателя осуществляется через редуктор.

Тепловая схема одновальной установки практически повторяет схему двухвальной, отличаясь от нее лишь отсутствием разрыва между ТВД и ТНД и наличием одной турбины вместо двух (ТВД и ТНД). Тепловая схема трехвальной ГТУ показана на рис. 2.4.

Все рассмотренные разновидности ГТУ имеют один и тот же принцип действия, который заключается в следующем (см. рис. 2.3). При работающей установке осевой компрессор (ОК) 5 засасывает атмосферный воздух через воздухозаборную камеру 4, сжимая его до 0,4...1,3-МПа (в зависимости от конкретного типа ГТУ) и через рекуператор 1 подает в камеру сгорания (КС) 8, куда одновременно поступает топливный газ. Продукты сгорания с температурой 970...1270 К направляются из КС на турбину высокого давления ТВД, затем на турбину низкого давления ТНД, где совершают работу по приведению турбин в действие. При этом термодинамическая энергия продуктов сгорания преобразуется в механическую энергию вращения турбин и передается от ТВД осевому компрессору, а от ТНД - нагнетателю 7.

После ТНД отработанные газы выбрасываются в атмосферу через дымовую вертикальную трубу 3.

На ряде ГТУ остаточная тепловая энергия используется для повышения к.п.д. установок путем подогрева с ее помощью воздуха перед камерой сгорания. Теплообмен между отходящими газами и воздухом проводят в рекуператорах.

Повышение к.п.д. газотурбинных установок нагревом воздуха в рекуператорах достигается за счет более рационального использования энергии продуктов сгорания. Последняя равна энергии, выделяющейся при горении топливного газа, минус различные потери, сопровождающие процесс горения и процесс движения продуктов от камеры сгорания до турбин.

Значительную часть энергетических потерь здесь составляют потери от неизбежного и непроизводительного нагрева исходной газовоздушной смеси в камере сгорания. При повышении температуры воздуха, составляющего по массе подавляющий компонент данной смеси, непроизводительный расход анергии на нагрев смеси сокращается. В итоге энергия продуктов сгорания, достигающих турбины становится выше и мощность ГТУ возрастает.

Таким образом, при использовании рекуператоров мощность установок увеличивается, но не за счет дополнительного сжигания топливного газа, а в результате более рационального использования энергии уже имеющихся продуктов сгорания. Это приводит к повышению к.п.д. газотурбинных установок.

Несмотря на то, что в рекуператорах продукты сгорания теряют значительную часть своего тепла, они сохраняют еще достаточное количество энергии и выбрасываются в атмосферу с довольно высокой температурой порядка 640.. .690 К.

Такой выброс, составляющий для каждой установки десятки и сотни тонн раскаленных газов ежечасно, оказывает негативное тепловое воздействие на окружающую среду и снижает экономические показатели газотранспортных систем от недоиспользования энергии топливного газа.

Для уменьшения и по возможности устранения подобных недостатков на выходе ГТУ в последнее время устанавливают так называемые котлы-утилизаторы - теплообменники, дополнительно отводящие от выхлопных газов тепловую энергию, утилизируемую затем на различных объектах КС, других близлежащих производствах и в населенных пунктах.

Из рассмотренного принципа действия газотурбинных установок следует, что работа установок возможна лишь при функционировании ТВД и осевого компрессора ОК. У неработающего агрегата эти элементы бездействуют. Следовательно, пуск газотурбинных установок в работу должен осуществляться специальным устройством, приводящим в действие ТВД и ОК.

Таким устройством на ГТУ является турбодетандер (ТД) или пневмодвигатель - расширительная газовая турбина, приводимая в действие упругой энергией пускового газа. Вал турбодетандера находится в зацеплении с валом турбины высокого давления ТВД через зубчатый редуктор с расцепным устройством.

При подаче пускового газа в турбодетандер 2 последний приводит во вращение вал ТВД и осевой компрессор (см. рис. 2.3). Компрессор нагнетает воздух в камеру сгорания, куда одновременно подается топливный газ, в камере сгорания включается запальная горелка, затем основная рабочая горелка - образуются продукты сгорания и поступают на ТВД и ТНД. Газотурбинная установка приходит в действие. С набором турбиной высокого давления определенной частоты вращения и мощности, достаточной для привода ею осевого компрессора, расцепное устройство автоматически отсоединяет вал ТД от вала ТВД. После этого в течение некоторого времени турбины "раскручиваются" и набирают мощность, затем выходят на рабочий режим.

Турбодетандеры являются достаточно высокооборотными машинами. Поэтому во избежание поломок в элементах ГТУ (в результате "прихвата" опорных шеек валов в подшипниковых узлах, задевания лопаточного аппарата осевых компрессоров и турбин о статоры агрегатов и т. п.) пуску ГТУ от турбодетандера предшествует проворачивание валов установки валоповоротными устройствами (на рис. 2.3 не показаны), находящимися на каждом валу ГТУ.

Каждое валоповоротное устройство состоит из электродвигателя и понижающего червячного редуктора со специальным расцепным устройством.

Валоповоротные устройства включаются перед пуском ГТУ, выводят массивные роторы установки из состояния покоя и тем самым облегчают последующий запуск турбодетандера. При работающих валоповоротных устройствах проверяется возможность включения турбодетандера и, если этому нет препятствующих моментов в виде "прихватов", задеваний и т. д., производят пуск турбодетандера ТД и ГТУ в целом.

При вхождении ТД в работу и увеличении частоты вращения роторов ГТУ расцепные устройства валоповоротных механизмов автоматически отключают валы электродвигателей от валов турбин, затем прекращается электропитание двигателей.

В качестве пускового и топливного газа ГТУ на КС используется транспортируемый станциями газ после его соответствующей подготовки (см. раздал 7). Топливный газ, как отмечалось выше, сжигается в камерах сгорания газотурбинных установок, пусковой после совершения им работы в турбодетандерах выбрасывается в атмосферу. При этом каждый пуск одного агрегата сопровождается сбросом в атмосферу до 10 тонн газа, что отрицательно сказывается на окружающей среде и приводит к дополнительным потерям транспортируемого газа - ценного топлива и химического сырья.

Газотурбинные установки, используемые в газовой промышленности, различаются не только тепловыми схемами, но и конструктивным исполнением, зависящим от первоначального назначения ГТУ. В этом плане различают три вида установок:

 

- стационарные газотурбинные установки;

- ГТУ на базе авиационных двигателей;

- ГТУ на базе судовых двигателей.

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 вспомогательн