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 компрессоры характеризуются 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 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 достоинствГПА является одним изсущественных, так как оно обеспечивает КС сэлектроприводнымиагрегатами 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 электроэн