Устройство и эксплуатация газотурбинного привода

Устройство и эксплуатация газотурбинного привода

Особенности газотурбинных двигателей

Наибольшее распространение на КС получили газотурбинные ГПА с приводом ЦН от стационарных ГТУ или конвертированных транспортных газотурбинных двигателей. Применительно к газовой промышленности важны следующие достоинства ГТУ (ГТД):

– низкая стоимость установленного киловатта при компактности агрегата;

– высокая быстроходность и любая необходимая для КС единичная мощность;

– простота регулирования нагрузки за счет переменной частоты вращения;

– способность заметно увеличивать располагаемую мощность в холодное время года, когда потребление газа возрастает;

– достаточно простая автоматизация обслуживания.

Газовая турбина - тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого энергия газа, находящегося под давлением и имеющую высокую температуру, преобразуется в механическую работу на валу турбины. Повышение энергии газ достигается за счет его компримирования в осевом воздушном компрессоре и сгорания в смеси с воздухом в специальных камерах сгорания. Температура смеси продуктов сгорания газа и воздуха перед входом в турбину - до 900°С и более. Газовая турбина совместно с обслуживающими её механизмами и устройствами составляют газотурбинную установку, которая вместе с нагнетателем образуют газоперекачивающий агрегат (ГПА) (рис.3.2.1)

 

Рис. 3.2.1. Принципиальная схема ГПА с приводом от газотурбинной установки

 

В состав ГПА входят турбина высокого давления (ТВД) 3, турбина низкого давления (ТНД) 2, осевой воздушный компрессор 4, камера сгорания 6, пусковая турбина (турбодетандер) 5, регенератор (теплообменник) 7, центробежный нагнетатель 1, системы масло снабжения и регулирования на рисунке не показаны.

В последнее время заводами выпускаются двух вальные ГТУ (с разрезным валом). Двух вальная ГТУ более приемлема для привода нагнетателя, потому что подача газа по МГ не является равномерной в течение суток или сезона, а это требует изменение частоты вращения ротора нагнетателя (до 15-20 % номинальной).

На КС МГ нашли применение стационарные ГТУ с регенерацией тепла; стационарные ГТУ без регенерации тепла; конвертированные авиационные и судовые ГТД; комбинированные ГТУ, состоящие из авиационного газогенератора и стационарной силовой турбины.

Принцип работы ГТУ

Воздух из атмосферы забирается ОК 4 и сжимается, затем он поступает в регенератор 7, где его температура повышается за счет тепла отработанных в турбине продуктов сгорания. Подогретый воздух направляется в КС 6, куда подается и топливо. Продукты сгорания сначала поступают на ТВД 3, затем на ТНД 2. Отработавшие в турбинах продукты сгорания подаются в воздухоподогреватель, где часть своего тепла отдают воздуху поступающему после ОК в КС. Затем отработанные газы выпускаются в атмосферу через дымовую трубу.

Кроме стационарных газовых турбин для привода центробежных нагнетателей используют авиационные и судовые газовые турбины. Авиационные газовые турбины - газотурбинные двигатели НК-12 СТ мощностью 6.3 тыс.кВт и НК-16 СТ мощностью 16000 кВт отработавшие свой нормативный срок на самолетах. Газоперекачивающие агрегаты с приводом от авиационных двигателей отличаются компактностью, меньшими габаритами и массой по сравнению с приводом от стационарных ГТУ. Кроме того, для ГПА на базе авиационных ГТД характерен быстрый запуск в работу (10-15 мин).

Стационарные ГТУ

Конструкция основных частей ГТУ - компрессора, турбины, камеры сгорания, нагнетателя, теплообменных аппаратов, воздухозаборных устройств, масляной системы и регулирующих устройств - образуют единый комплекс. ГТУ обычно устанавливают или непосредственно на полу машинного зала, или на отметках +4,5 - +4,8 м. В машинном зале на отметке «0» размещают: камеру сгорания, два насоса уплотнения нагнетателя, один резервный насос смазки подшипников и масляные фильтры. На площадке обслуживания на отметке +4,8 м расположены на фундаментной раме - маслобаке турбогруппа (воздушный компрессор и газовая турбина), вспомогательный пусковой насос, щиты управления и контрольно-измерительные приборы. Центробежный нагнетатель находится в отдельной галерее отделенной от машинного зала стенкой и специальной диафрагмой в районе прохода промежуточного вала от турбины к нагнетателю. Вне машинного зала расположены: камера воздухозаборного устройства, дымовая труба и воздухоподогреватели (регенераторы).

Современные газотурбинные ГПА выполняются в виде блочных конструкций, т.е. состоящих из отдельных поставочных блоков с полностью законченным изготовлением. Наиболее распространено деление на блоки: блок ГТУ на раме-маслобаке; блок нагнетателя на раме; блок воздухоподготовительного устройства; блок камеры сгорания; блок АВО масла; блок системы автоматического регулирования и управления.

Для установки газотурбинных ГПА необходимы воздухоподводящие и газоотводные устройства (элементы тракта). Регенеративные ГТУ должны содержать блоки воздухоподогревателей и горячие воздуховоды. Блоки должны поступать на монтаж полностью испытанными на стендах завода-изготовителя.

· Основные узлы

Газотурбинный привод состоит из следующих основных узлов:

– воздушного осевого компрессора;

– турбин высокого и низкого давления;

– подшипников;

– воздухоподогревателя;

– камеры сгорания;

– системы масло снабжения;

– системы регулирования, управления и защиты.

· Технические характеристики

Авиационные ГПА

Применение авиационных газотурбинных двигателей в составе ГПА привело к появлению нового типа компоновки на КС. Это вызвано в первую очередь конструктивными особенностями самого газотурбинного агрегата, как достаточно компактного с высокой степенью автоматизации.

Двигатель НК-12СТ приспособлен для установки в блок-контейнере и предназначен для привода нагнетателей. В составе агрегата двигатель совместно с нагнетателем составляет блок турбоагрегата. Кроме того в состав агрегата входят:

– всасывающая камера с контейнером автоматики;

– воздухоочистительное устройство шумоглушителем;

– выхлопное устройство с шумоглушителем;

– блок маслоохладителей;

– всасывающий и нагнетательный патрубки.

К числу особенностей всех авиационных двигателей, используемых в ГПА можно отнести особенности схемы управления. По своему функциональному назначению ее можно разделить а следующие отдельные системы: подачи топливного газа, пускового топливного газа, регулирования, подачи масла к агрегатам регулирования.

Двигатель выполнен по двухвальной схеме со свободной силовой турбиной. Он состоит из следующих основных узлов:

– передней опоры с воздухозаборником;

– осевого 14-ступенчатого компрессора;

– кольцевой камеру сгорания;

– турбины компрессора - турбины высокого давления;

– свободной силовой турбины - турбины низкого давления.

· Основные технические характеристики двигателя: НК-12СТ

– максимальная температура перед свободной турбиной - 620 °С;

– мощность на валу свободной турбины - 6300 КВт;

– частота вращения ротора СГ - 8200 об/мин;

– степень повышения давления за компрессором - 7,8;

– эффективный КПД двигателя - 23%;

– расход воздуха через компрессор - 55 кг/сек;

– расход топливного газа при номинальном режиме - 0,614 кг/сек;

– давление топливного газа 20…25 кгс/см²;

– давление пускового газа 4…5 кгс/см².

Устройство и эксплуатация газотурбинного привода