Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций
..pdfпоказатели газотурбинных ГПА |
|
|
Таблица 3.6 |
||
|
|
|
|||
Г П А |
|
|
|
|
|
ГПА-10 |
ГПС-16 |
ГТН-16 |
ГПА-Ц-16 |
ГТН-25 |
ГТН-25 |
ПО |
УТМЗ |
УТМЗ |
ПО |
УТМЗ |
НЗЛ |
«Заря» |
|
|
им. Фрунзе |
|
|
10,0 |
16,0 |
16,0 |
16,0 |
25,0 |
24,0 (27,5) |
25 |
15 |
15 |
15 |
15 |
25(15) |
0,1013 |
0,1013 |
0,1013 |
0,1013 |
0,1013 |
0,1013 |
4000 |
1200 |
500 |
1000 |
500 |
1000 |
3000 |
— |
700 |
1000 |
700 |
500 |
26,5 |
25,0 |
29,0 |
27,5 |
31,0 |
27,0 (28,1) |
10,0 |
20,0 |
19,2 |
19,2 |
30,0 |
30,0 |
3930 |
6650 |
5750 |
6060 |
8400 |
9250 |
0,393 |
0,416 |
0,360 |
0,379 |
0,336 |
0,386 |
785 |
810 |
930 |
794 |
1020 |
900 |
385 |
412 |
408 |
380 |
467 |
385 |
10,3 |
7,5 |
11,5 |
9,7 |
13,0 |
12,5 |
80,2 |
100 |
85 |
100 |
103 |
174,3 |
332 |
276 |
354 |
313 |
386 |
372 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
5620/7660 |
4900 |
6900 |
5244/6874 |
7100 |
7340/5050 |
4800 |
4600 |
6500 |
5300 |
5500 |
3700 |
191
Показатели |
|
|
|
|
Тип |
|
ГТН-6 |
ГПА-Ц-6,3 |
ГТК-10-2 |
ГТК-10-4 |
|
|
|
||||
Рабочий диапазон частоты |
|
|
|
|
|
вращения ротора силовой |
|
|
|
|
|
турбины, об/мин |
46006450 |
61508500 33005000 3300-3000 |
|||
Давлениетопливногогаза, МПа |
|
0,98 |
2,45 |
1.47 |
1,47 |
Давлениепусковогогаза, МПа |
|
0,98 |
0,49 |
1,47 |
1,47 |
Расход газа на запуск, т |
|
1,3 |
0,10 |
1,0 |
1,0 |
Время запуска, мин |
|
20 |
5 - 7 |
15 |
15 |
Тип нагнетателя |
|
Н-6-55-2 |
Н-196 |
520-12-1 |
380-18-1 |
Производительностьнагнетателя, |
|
|
|
|
|
млн. м3/сут |
|
20,0 |
10,7 |
29,3 |
36,0 |
Политропический КПД |
|
|
|
|
|
нагнетателя, % |
|
84,0 |
83,0 |
85,0 |
85,0 |
Давлениена входе нагнетателя, |
|
|
|
|
|
МПа |
|
4,41 |
3,78 |
4,31 |
6,07 |
Давлениенавыходенагнетателя, |
|
|
|
|
|
МПа |
|
5,49 |
5,49 |
5,49 |
7,45 |
Степень сжатия нагнетателя |
|
1,24 |
1,45 |
1,27 |
1,23 |
Номинальнаячастотавращения |
|
|
|
|
|
ротора нагнетателя, об/мин |
|
6150 |
8200 |
4800 |
4800 |
Число рабочих колес нагнетателя |
1 |
2 |
1 |
1 |
|
Диаметр рабочего колеса, мм |
|
782 |
545 |
935 |
845 |
Система охлаждения масла |
|
Вз |
Вз |
Вз |
Вз |
Расходохлаждающей воды, MVH |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
Емкость маслосистемы, м3 |
|
14,0 |
4,7 |
8,0 |
8,0 |
Применяемое масло |
|
ТП-22 |
ТП-22 |
ТП-22 |
ТП-22 |
Установленная мощность дви |
|
|
|
|
|
гателей переменного тока, кВт |
|
100 |
35 |
214 |
214 |
Установленная мощность |
|
|
|
|
|
постоянного тока, кВт |
|
7,0 |
2,0 |
6,0 |
6,0 |
Высотаплощадкиобслуживания,м |
|
1,5 |
0 |
4,0 |
4,0 |
Масса нагнетателя, т |
|
15 |
7,0 |
28 |
22 |
Масса регенератора, т |
|
0 |
0 |
36,7 |
36,7 |
Масса ГТУ, т |
|
51,8 |
45 |
112 |
112 |
Масса турбоблока на раме, т |
|
60 |
45 |
56 |
56 |
Масса ГТ1Ав объеме поставки, т |
|
87,6 |
73 |
157 |
157 |
Удельная масса ГПА, кг/кВт |
|
13,5 |
11,1 |
14,0 |
15,7 |
192
|
|
|
|
Продолжение табл. 3.6 |
|
Г П А |
|
|
|
|
|
ГПА-10 |
ГТК-16 |
ГТН-16 |
ГПА-Ц-16 |
ГТН-25 |
ГТН-25 |
3300 - 5000 |
3500 - 4875 |
5200 - 6900 |
3750 - 5565 |
4100 - 5750 2600 - 3900 |
|
2,45 |
1,96 |
1,76 |
2,45 |
2,94 |
2,45 |
1,47 |
1,18 |
1,18 |
0,29-0,46 |
1,47 |
2,45 |
1,0 |
5,0 |
3,0 |
2,0 |
2,0 |
0,8 |
15 |
20 |
20 |
15 |
15 |
20 |
370-18-1 |
Н-16-56 |
Н-16-76 |
Ц-16 |
Н-25-76 |
650-21-2 |
36,0 |
51,0 |
31,0 |
33,25 |
53,0 |
46,0 |
85,5 |
84,0 |
81,5 |
83,0 |
84,0 |
82,0 |
6,08 |
4,41 |
5,17 |
5,17 |
5,15 |
5,18 |
7,45 |
5,49 |
7,45 |
7,45 |
7,45 |
7,45 |
1,23 |
1,24 |
1,44 |
1,44 |
1,44 |
144 |
4800 |
4600 |
6500 |
5300 |
5500 |
3700 |
1 |
1 |
1 |
2 |
2 |
2 |
845 |
1000 |
900 |
800 |
1100 |
1080 |
ВэПК |
Вз |
Вз |
Вз |
Вз |
Вз |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1,2/3,0 |
24 |
22,4 |
6,85 |
11 |
16,0 |
ТП-22 |
ТП-22 |
ТП-22 |
ТП-22 |
ТП-22 |
ТП-22 |
250 |
210 |
185 |
200 |
150 |
250 |
4,0 |
12,0 |
6,0 |
1,5 |
6,5 |
9,5 |
0 |
4,8 |
1,5 |
0 |
1,5 |
2,1 |
25,8 |
22 |
15,2 |
24 |
22 |
44.5 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
29,7 |
91 |
58 |
7,8 |
65 |
128 |
29,7 |
78,1 |
74 |
60 |
90 |
92,6 |
100 |
150 |
120 |
170 |
135 |
172,3 |
5,64 |
9,4 |
7,5 |
10,6 |
5,4 |
6,3 |
|
|
|
|
|
193 |
7-1 - 1 6 4
Показатели |
|
|
|
Тип |
|
ГТН-6 |
ГПА-Ц-6,3 |
ГТК-10-2 |
ГТК-10-4 |
||
|
|||||
Габариты ГПЛ, м: |
3,2 |
5,0 |
3,4 |
3,4 |
|
ширина |
|||||
длина |
11,9 |
12,4 |
8,9 |
8,9 |
|
высота |
3,9 |
8,8 |
3.2 |
3,2 |
|
Межремонтный ресурс (средний |
|
|
|
|
|
ремонт/ капитальный ремонт), |
12/25 |
10/25 |
8 -1 2 /1 6 -2 5 |
|
|
тыс. ч |
12/25 |
||||
Общий ресурс, тыс. ч |
100 |
30/100 |
100 |
100 |
Примечания: 1. Единица количества природного газа — м3 при 20 °С
и0,1013 МПа.
2.Для агрегатов ГТН-6 и ГТК-16 показано суммарное сопротивление вса сывающего и выхлопного трактов ГТУ.
3.Низшая теплота сгорания топлива при определении расхода топливно го газа принята 34550 кДж/нм3.
4.Условные обозначения системы охлаждения масла: ВО — водяное ох лаждение: Вз — воздушное охлаждение (масло —воздух); ВзПК — воздушное
предупредительной и аварийной сигнализации; защиты ГПА на всех режимах работы;
связи агрегата с цеховой системой автоматического регулиро вании и управления;
возможности дистанционного изменения режима ГПА от цеховой и станционной систем управления.
Частота вращения силового ротора (ротора нагнетателя) должна регулироваться в диапазоне 70—105 % от номинальной частоты вращения.
ГПА должен обеспечить работу при давлении газа на выходе из нагнетателя, равном 115 % от номинального (для проведения испытания газопровода), при суммарной продолжительности это го режима не более 200 ч/год. Пуск ГПА осуществляют, как прави ло, с предварительным заполнением контура нагнетателя техноло гическим газом рабочего давления.
Комплексное воздухоочистительное устройство входного тракта ГТУ должно обеспечивать кондиционность циклового воз-
194
Окончание табл. 3.6
Г П А |
|
|
|
|
|
ГПА-10 |
ГТК-16 |
ГТН-16 |
ГПА-Ц-16 ГТН-25 |
ГТН-25 |
|
7,4 |
4,7 |
3,2 |
13,5 |
3,2 |
5,5 |
12,9 |
16,9 |
13,6 |
19,77 |
9,3 |
15,0 |
6,11 |
4,0 |
5,2 |
10,65 |
4,0 |
4,3 |
12/20 8 -12/16 -25 12/25 |
10-15/25 |
12/25 |
12/25 |
||
40/100 |
100 |
100 |
30-40/100 |
100 |
100 |
охлаждение с промежуточным контуром.
5.Объем поставки ГПА (кроме ГПА-Ц-6,3 и ГПА-Ц-16) включает в себя турбогруппу на раме, нагнетатель, вспомогательное оборудование, агрегат ную автоматику. Объем поставки ГПА-Ц-6,3 и ГПА-Ц-16 дополнительно вклю чает воздухозаборное устройство, контейнер, выхлопную шахту. Масса на гнетателя дана со вспомогательным оборудованием. Турбоблок на раме ГТН-6, ГПА-Ц-6,3 и ГТН-16 включает в себя нагнетатель.
6.Общий ресурс ГПА-Ц-6,3 ГПА-10, ГПА-Ц-16 указан: двигатель/ГПА
духа на входе компрессора и шумовую защиту в различных усло виях эксплуатации, система воздухоочистки — остаточную сред негодовую запыленность не более 0,3 мг/м3 (при этом концентра ция пыли с размерами частиц более 20 мкм — не выше 0,03 мг/м3). Технико-экономическим анализом определено, что полная очист ка циклового воздуха технически осуществима, однако экономи чески нецелесообразна, так как потребовала бы существенно уве личить капитальные и эксплуатационные затраты в систему возду хоочистки. Возможно попадание в ГТУ определенной массы мел ких фракций пыли, что приводит к загрязнению прежде всего проточной части осевого компрессора и соответствующему сни жению мощности и КПД ГТУ. Поэтому входной тракт снабжают системой периодической очистки проточной части компрессора с использованием твердых очищающих агентов (косточковой крошки, риса, возгоняющихся веществ и др.) для их засыпки на работающей ГТУ или жидких агентов для впрыскивания на рабо тающей или остановленной ГТУ.
195
Противообледенительные устройства могут включать в себя сигнализацию обледенения, системы подогрева горячим воздухом элементов входного тракта и компрессора, всей массы циклового воздуха подмешиванием продуктов сгорания, отбираемых после турбины, воздуха из компрессора (регенератора) или горячей сме си воздуха и продуктов сгорания.
Предпочтительно, чтобы ГПА имели объединенную смазоч ную систему ГТУ и нагнетателя, уплотнения ротора нагнетателя и гидравлического регулирования, в которых используют один тип масла и один расходный маслобак. Однако для авиационного или судового типа газотурбинного привода возможно использование раздельных маслосистем ГТУ и нагнетателя, работающих на раз личном типе масла.
В системах смазки, уплотнения и регулирования должны быть установлены фильтры со степенью фильтрации 10 — 40 мкм и обеспечена возможность их отключения для обслуживания и ре монта без останова ГПА
Для запуска ГПА из резервного состояния устанавливают по догреватели масла (водяной теплообменник, работающий от сис темы отопления КС; электрический подогреватель или использу ют горячий воздух от работающих агрегатов).
Первое поколение ГПА оснащали водяной системой охлажде ния открытого типа (водяные маслоохладители ГПА — общестан ционная градирня). В современных типах ГТПА используют воз душную систему охлаждения масла в двух модификациях: непо средственно "масло —воздух" или с промежуточным контуром "масло —вода" или "антифриз —воздух"
Система уплотнения вала нагнетателя необходима для того, чтобы обеспечивать герметичность газовых полостей и не допус кать загазованность маслобака. С помощью регулятора перепада давления "масло —газ" обеспечивают заданный перепад с нерав номерностью регулирования не более 25 % во всем рабочем диапа зоне давлений. Аварийное резервирование системы уплотнения осуществляется с помощью аккумулятора масла, который должен иметь объем, достаточный для уплотнения вала при отключении масляных насосов в течение 5 мин до 60 %-ного опорожнения.
Циркуляция масла систем смазки, уплотнения и регулирова ния на рабочих режимах осуществляется, как правило, от валов ГПА. Для пуска и нормальной остановки имеются пусковые элект-
196
ронасосы. Для аварийной остановки предусмотрены резервные маслонасосы, питаемые от аккумуляторных батарей.
Для того чтобы поддерживать ГПА в работоспособном состоя нии, организуют систему технического обслуживания и ремонта. Обычно в регламенте технического обслуживания и ремонта пре дусматривают:
техническое обслуживание на работающем агрегате после наработки 24 =ь 1 ч, 700 ± 100 ч, 2000 ± 100 ч;
техническое обслуживание на остановленном агрегате через 4000 —6000 ч;
средний и капитальный ремонты через 12000 и 25000 ч.
Для реализации системы техобслуживания и ремонта в конст рукции ГПА следует предусмотреть возможность осмотра сбороч ных единиц и деталей без вскрытия других элементов, имеющих более длительный межремонтный период.
Конструкция ГПА должна отвечать целому ряду требований, соответствующих действующим стандартам и нормам: взрывобезопасности, взрывопредупреждения и взрывозащиты; пожарной безопасности; к вибрации, шумовым показателям и тепловыделени ямна рабочих местах и в окружающей среде; к температуре, влажно сти и подвижности воздуха рабочей зоны в зданияхдля ГПА.
Высоту дымовой трубы 1 ТУ выбирают из расчета рассеивания токсичных веществ, содержащихся в отработавших газах, до пре дельно допустимых концентраций в приземном слое в соответ ствии с санитарными нормами (концентрация окислов азота в выхлопных газах ГТУ обычно не превышает 200 мг/м3).
Агрегат ГТК-10
Основные конструктивные особенности газотурбинных ГПА могут быть рассмотрены на примере наиболее распространенного на компрессорных станциях агрегата ГТК-10. Конструкция газо турбинной установки включает в себя турбоблок, камеру сгорания и регенератор, объединенные между собой трубопроводами газо воздушного тракта.
Блок турбогруппы включает в себя осевой компрессор, газо вые турбины высокого и низкого давления, выполненные в одном корпусе, пусковой турбодетандер, валоповоротное устройство, элементы маслосистемы и системы регулирования, внешние тру-
197
7-2 -1 6 4
бопроводы системы охлаждения и др. Эти элементы ГТУ монтиру ют на общей фундаментной раме, одновременно являющейся мас лобаком, и поставляют единым монтажным блоком. Вся турбо группа закрыта декоративным кожухом, из-под которого нагре тый воздух с помощью специального вентилятора выбрасывается в атмосферу.
Чугунный корпус компрессора выполнен из трех частей, со единенных вертикальными фланцами: всасывающего и нагнета тельного патрубков и средней части (обоймы). Корпус имеет об щий горизонтальный разъем и лапы, с помощью которых его уста навливают на фундаментную раму-маслобак; с корпусом турбины соединяется через корпус среднего подшипника и два сегмента. Проточная часть компрессора образована ступенями рабочих и направляющих лопаток. Статор компрессора имеет 12 ступеней: первая — входной направляющий аппарат, десять ступеней про межуточного направляющего аппарата, последняя ступень — спрямляющий аппарат. Ротор компрессора имеет 10 ступеней ло паток, установленных на бочкообразной части ротора турбокомп рессора. Для выпуска части воздуха после четвертой ступени во время запуска агрегата на корпусе компрессора установлены ав томатические сбросные клапаны. Корпус турбины состоит из че тырех частей, соединенных вертикальными фланцами: передней части корпуса, диффузора и двух выхлопных патрубков (правого илевого). Передняя часть корпуса и диффузор снабжены горизон тальным фланцевым разъемом. Передняя часть корпуса выполне на двухстенной с наружным литым корпусом и внутренней встав кой из листовой жаропрочной стали. Эта вставка образует проточ ную часть турбины от входного патрубка до лопаток; зазор между внутренним и наружным корпусом заполнен тепловой изоляцией. Для обеспечения свободы теплового расширения вставка подве шена на лапках к передней части корпуса в плоскости горизон тального разъема. Нижняя половина передней части корпуса име ет входной патрубок, в котором для жесткости установлена охлаж даемая воздухом стяжка. Диффузор выполнен сварным из листа и имеет наружную тепловую изоляцию. Корпус турбины опирает ся на фундаментную раму при помощи шести лап на переднем корпусе, диффузоре и выхлопных патрубках. В корпусе турбины в специальных проточках установлены обойма направляющих ло паток, диафрагма с передним уплотнением, уплотнение крылатки
198
и заднее уплотнение турбины.
Обойма с направляющими лопатками установлена в кольце вую проточку корпуса, которая одновременно является каналом для подвода воздуха на охлаждение обоймы. Для предотвращения тепловых деформаций обойма выполнена без горизонтального разъема, но имеет небольшую съемную часть над ротором турбо компрессора для удобства разборки. В обойму установлены два ряда направляющих лопаток. Лопатки первого ряда имеют Т-об- разный хвост и набраны в 12 сегментах по четыре лопатки. Лопат ки второго ряда размещены между двух бандажей и вместе с бан дажом представляют собой единую сварную конструкцию, кото рая является одновременно промежуточной вставкой между ТВД и ТНД. В передней части корпуса турбины со стороны диска ТВД установлена диафрагма с уплотнением, состоящая из двух поло вин, соединенных по горизонтальному разъему шпильками. За ди афрагмой в корпусе турбины установлено уплотнение крылатки, выполненной на валу и являющейся дополнительным воздушным затвором. Между диафрагмой и уплотнением имеется канал, из которого по трубам воздух и его протечки через уплотнения удаля ются за пределы машинного зала.
В диффузоре установлено уплотнение силовой турбины, кото рое предотвращает протечки продуктов сгорания между корпуса ми турбины и подшипника силового ротора. В переднем блоке тур богруппы размещены опорно-упорный подшипник ротора турбо компрессора, главный масляный насос, валоповоротное устрой ство, турбодетандер и элементы маслосистемы и системы регули рования. Нижняя часть корпуса переднего блока отлита заодно со всасывающим патрубком корпуса компрессора. Главный масля ный насос центробежного типа установлен на роторе турбокомп рессора в блоке переднего подшипника и служит для обеспечения смазки агрегата и работы системы регулирования.
Валоповоротное устройство установлено на крышке подшип ника переднего блока и предназначено для медленного проворачи вания (с частотой вращения 12 об/мин) ротора турбокомпрессора. Валоповоротное устройство представляет собой двухступенчатый редуктор с приводом от электродвигателя переменного тока.
Турбодетандер предназначен для запуска агрегата, т. е. для раскручивания ротора турбокомпрессора до частоты вращения, соответствующей точке "самоходности" ГТУ. Турбодетандер пред
199
ставляет собой двухступенчатую парциальную расширительную турбину, рабочим телом которой является природный газ из пус кового коллектора с давлением 1,47 МПа.
Ротор турбокомпрессора выполнен составным из барабана, пробки и диска. Пробка запрессована в расточку барабана со сто роны входа воздуха в компрессор и зафиксирована четырьмя ра диальными штифтами. Диск турбины насажен на другой конец вала. Для обеспечения надежности соединения с валом применена втулка, устанавливаемая в отверстие бочки и имеющая выступ, на который насажен диск. На бочке ротора имеется 10 канавок зубча того профиля для установки рабочих лопаток компрессора. На ободе диска выполнены пазы елочной формы для установки рабо чих лопаток турбины высокого давления. Ротор размещен в двух подшипниках скольжения — опорном и опорно-упорном.
Ротор силовой турбины также выполнен составным из вала с насаженным на него диском. Утолщение в центральной части вала служит противовесом консольного диска. Ротор размещен в двух подшипниках скольжения — опорном и опорно-упорном. Заодно целое с валом изготовлено колесо центробежного насосаимпеллера, напор которого служит импульсом регулятору скоро сти в системе регулирования ГТУ. Для передачи крутящего момен та от ротора силовой турбины к ротору нагнетателя служит зубча тая муфта, состоящая из двух зубчатых втулок, промежуточного вала и двух обойм. Промежуточный вал между подшипниками си лового ротора и подшипника нагнетателя закрыт кожухом.
Фундаментная рама является основанием для турбоблока и од новременно резервуаром (маслобаком) для масляной системы ГПА. Турбину и компрессор устанавливают при помощи лап на стойках рамы-маслобака. Раму прикрепляют к фундаменту специ альными стяжками через сквозные отверстия в площадках рамы. Раму выставляют на фундаменте при помощи клиновых прокла док, устанавливаемых между опорными поверхностями низа рамы и металлическими площадками, выполненными на фунда менте.
Внутренняя полость рамы, служащая масляным баком, разде лена перегородками на отсеки грязного и чистого масла, между которыми установлены три сдвоенных сетчатых фильтра. Масло, сливаемое из подшипников и системы регулирования, попадает в грязный отсек, в котором на пути масла установлены две возду-
200