Газоперекачивающий агрегат ГТН-6. Часть II (Общие сведения): Методические указания к выполнению лабораторных и практических работ с использованием ЭВМ по дисциплине ''Газотурбинные установки''

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Институт транспорта Кафедра ПЭНХ

Методические указания к выполнению лабораторных и практических работ с использованием ЭВМ по дисциплине: «Газотурбинные установки» для студентов специальности 0907 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» Газоперекачивающий агрегат ГТН-6 Часть II (Общие сведения)

Тюмень 2003

Утверждено редакционно-издательским советом Тюменского государственного нефтегазового университета

Составители: профессор д.т.н. Ю.Д. Земенков профессор д.т.н. А.Б. Шабаров ассистент С.М. Дудин ассистент Р.Е. Левитин ассистент Р.А. Трясцин

В настоящих методических указаниях приведены основные сведения о газоперекачивающем агрегате ГТН-6: конструктивная и технологическая схемы газоперекачивающего агрегата и их описание; системы маслоснабжения, уплотнения нагнетателя и регулирования работы газотурбинной установки, и их описание; технологическая схема обвязки компрессорного цеха с её описанием. Рассмотрены операции пуска и останова газоперекачивающего агрегата. При составлении данных методических указаний использовался материал учебной программы по газоперекачивающему агрегату ГТН-6

Илл. 10, табл. 2

© Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2003

Содержание Часть I (Общие сведения)

1.

2. 3. 4.

Общие сведения об автоматизированной обучающей системе…….. Введение………………………………………………………………….... Газоперекачивающий агрегат ГТН-6………...……………………….. 1.1. Газотурбинная установка…………..………………………………. 1.2. Нагнетатель Н-6-41……………………………………..…………... Система маслоснабжения ГПА……...………………………………….. 2.1. Параметры работы системы.………………………………………. Система уплотнения нагнетателя……...…………………………......... 3.1. Параметры работы системы…….…………………………………. Система регулирования ГТУ…...…………………………………......... 4.1. Работа системы на пуске…..……………………………………….. 4.2. Работа системы на останове…….…………………………………. 4.3. Работа системы защиты……….…………………………………… 4.4. Проверка защиты при работе ГПА…….…………………………..

4 5 5 5 11 11 16 17 20 20 22 27 27 28

Часть II(Пуск,Останов) 1. Пуск газоперекачивающего агрегата……...………………………….. 1.1. Подготовка к работе……..…………………………………………… 1.2. Предпусковые условия……..………………………………………… 1.3. Автоматическая проверка защит…..………………………………… 1.4. Операции пуска под нагрузкой………………………………………. 1.5. Загрузка в “магистраль”………………………………………………. 1.6. Операции прокрутки на турбодетандере…………………………….. 1.7. Операции пуска без нагрузки..………………………………………. 2. Останов газоперекачивающего агрегата…………...……………....... 2.1. Операции нормального останова…………….………………………. 2.2. Операции аварийного останова………………………………………. 3. Система технологического газа ДКС………………………………….. 4. Приложение 1……………………………………………………………...

3 3 5 5 7 9 9 9 10 10 13 14 15

Общие сведения об автоматизированной обучающей системе. Автоматизированная обучающая система является электронной версией Методических указаний к выполнению лабораторных и практических работ по дисциплине: «Газотурбинные установки» для студентов специальности 0907 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ». Компьютерная программа знакомит студентов с конструктивной и технологической схемами газоперекачивающих агрегатов на примере установки ГТН-6, системой маслоснабжения ГПА, системой уплотнения нагнетателя, основными способами регулирования работы газотурбинной установки. В программе приводится принципиальная технологическая схема и описание обвязки компрессорного цеха. Рассмотрены операции пуска и останова газоперекачивающего агрегата. Автоматизированная система включает в себя тестовую программу, позволяющую на ЭВМ осуществлять контроль усвоенного студентами теоретического материала.

4

Введение Целью данного учебного пособия является более близкое ознакомление студентов с газотурбинными установками, в частности, с газоперекачивающим агрегатом ГТН-6. Рассматриваемые в пособии основные и вспомогательные системы газоперекачивающего агрегата, обеспечивающие его нормальную работу, дают более полное представление об основных принципах организации работы газотурбинной установки и нагнетателя природного газа.

1. Газоперекачивающий агрегат ГТН-6 Газотурбинная установка ГТН-6 с нагнетателем природного газа Н-6-41 представляет собой газоперекачивающий агрегат для дожимных компрессорных станций (рис.1,2). Газотурбинная установка и нагнетатель смонтированы на общей раме, одновременно являющейся маслобаком. Агрегаты установлены в общем здании компрессорного цеха, разделенном герметичной перегородкой на машинный зал и галерею нагнетателей. В машинном зале КЦ находятся три газотурбинные установки с всасывающими воздухопроводами, выхлопными газоходами, блоками регулирования, местными щитами управления и контроля, а также другого вспомогательного оборудования. В галерее нагнетателей установлены три нагнетателя, которые соединяются с технологическими газопроводами с помощью всасывающего и нагнетательного патрубков. Запорная арматура обвязки нагнетателей установлена на улице со стороны галереи нагнетателей. На открытой площадке КЦ со стороны ГТУ установлено комплексное воздухозаборное устройство (КВОУ) с аппаратами воздушного охлаждения масла (МО) и воздуха (ВО). 1.1. Газотурбинная установка Газотурбинная установка выполнена по простому открытому циклу без регенерации тепла со свободной силовой турбиной. Осевой компрессор (ОК) засасывает очищенный от пыли в КВОУ атмосферный воздух и сжимает его до давления 6 кгс/см2. Сжатый воздух поступает в камеру сгорания (КС), куда подводится также и топливный газ. Из КС продукты сгорания при температуре 760 0С поступают в турбину высокого давления (ТВД) и далее при давлении около 2 кгс/см2 и температуре 540 0С в турбину низкого давления (ТНД). Из ТНД выхлопные газы при температуре около 420 0С через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу.

5

6 1 – турбодетандер; 2 – зубчатый привод от ТД к компрессору; 3 – блок переднего подшипника; 4 – передний подшипник; 5 – осевой компрессор; 6 – ротор компрессора; 7 – камера сгорания; 8 – воздух на охлаждение; 9 – турбина высокого давления;

10 – аварийный маслонасос; 11 – промпатрубок; 12 – средний подшипник; 13 – турбина низкого давления; 14 – выхлопной газоход; 15 – изоляция; 16 – задний подшипник; 17 – промвал; 18 – стена между машзалом и нагнетателем;

19 – опорно-упорный подшипник; 20 – опорный подшипник; 21 – ротор нагнетателя; 22 – аккумулятор масла; 23 – корпус нагнетателя; 24 – крышка нагнетателя; 25 – рама-маслобак.

Рис.1. Газотурбинная установка ГТН-6 с нагнетателем природного газа

квоу – комплексное воздухоочистительное устройство; тд – турбодетандер; ок – осевой компрессор; кс – камера сгорания; твд – турбина высокого давления; тнд – турбина низкого давления; н – нагнетатель; впу – валоповоротное устройство; бпк – байпасные приёмные клапаны; опк – основные приёмные клапаны; жж, жи, же – жалюзи КВОУ; мо – маслоохладитель; во – воздухоохладитель; мб – маслобак; амн – аварийный маслонасос; пмн – пусковой маслонасос; згв – задвижка горячей воды; зв – задвижка воздуха; зтд – задвижка ТД;

пг – пусковой газ; тг – топливный газ; ппк – противопомпажный клапан; сбк – сбросной клапан; рк – регулирующий клапан; дк – дежурный клапан; ск – стопорный клапан; м – мотор; рс – регулятор скорости; ф – фильтр; рд – регулятор давления; ко1, ко2 – клапан обратный; фто – фильтр тонкой очистки масла; пк – поплавковая камера; гмн – главный маслонасос; нмо – насос маслоохладителя; рр – регулятор разгрузки; рпд – регулятор перепада; ам – аккумулятор масла

Рис.2. Технологическая схема ГТН-6 7

Рис.3. Внешний вид ГТУ

Рис.4. Внешний вид нагнетателя

8

Газотурбинная установка включает в себя: • воздушно-осевой компрессор; • турбину высокого давления, приводящую компрессор; • турбину низкого давления, приводящую нагнетатель; • камеру сгорания; • пусковую турбину – турбодетандер (ТД). Воздушно-осевой компрессор 12-ти ступенчатый. Ротор осевого компрессора жестко связан с ротором ТВД, образуя общий ротор турбокомпрессора. Компрессорная часть ротора барабанного типа. Статорная часть ОК имеет две обоймы. В первой размещены входной направляющий аппарат и направляющие лопатки 1÷6 ступеней. Во второй – направляющие лопатки 6÷12 ступеней и выходной спрямляющий аппарат. Обе обоймы сварные с оребрением, каждая из которых состоит из двух половин с горизонтальным разъемом. Вход воздуха в ОК диагональный. Турбина высокого давления имеет три ступени. Ротор ТВД цельнокованый трехдисковый. Ротор и рабочие лопатки охлаждаются продувкой воздуха. Охлаждающий воздух после направляющих лопаток последней ступени компрессора по радиальным сверлениям поступает во внутреннюю полость ротора. Откуда через наклонные отверстия направляется в камеру между дисками 1 и 2 ступени ТВД. Статорная часть ТВД выполнена в виде литой обоймы, состоящей из двух половин с горизонтальным разъемом. Обойма имеет три ножки, соответственно числу ступеней турбины. Охлаждается воздухом после ОК, который проходит через сверления, выполненные в ножках, и сбрасывается в проточную часть турбины за рабочими лопатками 3 ступени. Ротор ТВД вращается по часовой стрелке, если смотреть по ходу газа. Ротор турбокомпрессора вращается в двух подшипниках. Передний – опорно-упорный, расположен в блоке переднего подшипника. Задний – опорный, расположен в блоке среднего подшипника. Турбина низкого давления двухступенчатая. Ротор ТНД стальной цельнокованый двухдисковый. Состоит из двух частей. Обе части имеют большие внутренние полости для уменьшения нагрузки на подшипники. На роторе расположены два ряда рабочих лопаток. Специального охлаждения не имеет. Вращается по часовой стрелке, если смотреть по ходу газа. Заканчивается ротор зубчатым колесом, через которое передается вращение к главному маслонасосу (ГМН) и насосу маслоохладителей (НМО). К заднему концу ротора крепится промвал для соединения с ротором нагнетателя. Статорная часть ТНД выполнена в виде литой обоймы, состоящей из двух половин с горизонтальным разъемом. Специального охлаждения не имеет. Ротор ТНД вращается в двух подшипниках. Передний – опорный, расположен в блоке среднего подшипника. Задний – опорно-упорный, расположен в блоке заднего подшипника. 9

Корпус ГТУ состоит из трех частей. Патрубок входной ОК литой чугунный. Нижняя половина патрубка является корпусом для блока переднего подшипника. Крышка блока состоит из двух частей. Одна часть – крышка зубчатого привода может быть снята независимо от верхней половины входного патрубка. Корпус ОК и ТВД общий сварной. В средней части имеет увеличение в диаметре для размещения камеры сгорания. В нижней половине встроены два противопомпажных (ППК) и два сбросных клапана (СБК). Сброс воздуха производится после 6 рабочей лопатки и за 11 ступенью ОК. Выхлопная часть изготовлена из листовой стали. Выхлоп организован вбок влево. В выхлопную часть подвешен диффузор – сварной, состоящий из двух обечаек, соединенных между собой ребрами. Для сохранения равномерности температуры стенок корпус ГТУ имеет внутреннюю и наружную изоляцию. Корпус ГТУ опирается на раму-маслобак четырьмя парами опор. Первая опора, скользящая, выполнена на входном патрубке ОК. Вторая и третья выполнены в виде гибкого элемента, позволяя корпусу расширяться в осевом и поперечно осевому горизонтальных направлениях. Вторая опора расположена в районе КС, третья – в районе среднего подшипника. Четвертая опора осуществляется лапами выхлопного патрубка на корпус заднего подшипника. Тепловое расширение корпуса происходит в сторону переднего подшипника. Камера сгорания кольцевого типа с дисковым расположением стенок, размещается между радиальным диффузором ОК и обоймой ТВД. Состоит из двух полукольцевых частей с горизонтальным разъемом. Горелочное устройство состоит из двадцати регистров, расположенных равномерно по окружности. В каждом регистре установлена горелка для подачи природного газа. Зажигание газовоздушной смеси осуществляется двумя свечами поверхностного разряда, установленными в двух пусковых горелках в нижней части КС. Турбодетандер служит для раскручивания ротора турбокомпрессора при запуске ГТУ и в качестве валоповоротного устройства для прокручивания ротора при остановке в целях избежания теплового прогиба. ТД представляет собой расширительную турбину, выполненную в виде двухвенечного колеса скорости. Использует потенциальную энергию давления перекачиваемого природного газа. Отработанный газ выбрасывается в атмосферу. Корпус ТД отлит из легированной стали. Имеет горизонтальный разъем и вертикальный фланец, крепится к корпусу переднего подшипника. В нижней половине расположены патрубки подвода и выхлопа газа. Вращение от ротора ТД к ротору турбокомпрессора передается через зубчатую передачу и обгонную муфту. В зубчатом приводе смонтировано приспособление для ручного переворачивания ротора (ВПУ). Оно служит для прокручивания турбокомпрессора с целью проверки отсутствия задеваний в проточной части.

10

Таблица 1 Техническая характеристика ГТУ Параметры Номинальная мощность Максимальная мощность Температура перед ТВД Степень сжатия в ОК Скорость вращения роторов - ТВД - ТНД Эффективный кпд

Численные значения 6300 кВт 7200 кВт 760 0С 6 6200 об/мин 6150 об/мин 24%

1.2. Нагнетатель Н-6-41 Представляет собой одноступенчатый центробежный компрессор, предназначенный для сжатия природного газа. Имеет общую маслосистему с приводящей его ГТУ. Состоит из корпуса, ротора, опорно-упорного подшипника, обоймы уплотнения с опорным вкладышем и аккумулятора масла. Корпус нагнетателя литой без горизонтального разъема с соосным расположением входного и выходного патрубков. Для выемки ротора и съемных деталей статора имеет вертикальный разъем, закрываемый торцевой крышкой. К переднему торцу корпуса приварен картер подшипников, имеющий съемную верхнюю крышку. Корпус нагнетателя опирается на раму-маслобак четырьмя лапами. Ротор нагнетателя состоит из кованого вала и консольно-насаженного рабочего колеса. Рабочее колесо состоит из основного диска с лопатками и покрывающего диска, соединенного между собой заклепками, пропущенными через лопатки. Ротор опирается на два подшипника. Передний опорноупорный, задний - опорный. Опорный вкладыш одновременно выполняет роль гидравлического уплотнения. Запирание газа в уплотнении производится маслом с давлением большим давления газа в камере отбора. Аккумулятор масла выполнен в виде цилиндрического бака объемом 500 л. К корпусу нагнетателя АМ крепится патрубком с фланцем. Таблица 2 Техническая характеристика нагнетателя Н-6-41 Параметры Коммерческая производительность Объемная производительность Скорость вращения Давление газа на выходе Степень сжатия Политропический кпд

Численные значения 19 млн.м3/сут. 300 м3/мин 4600÷6400 об/мин 41 кгс/см2 1,23 84% 11

2. Система маслоснабжения ГПА Система маслоснабжения общая для газотурбинного двигателя и нагнетателя (рис.5, 6). Служит для подачи масла на смазку подшипников, на уплотнение вала нагнетателя, обеспечения маслом гидравлической системы регулирования ГТУ. В систему маслоснабжения входят: • маслобак (МБ); • главный маслонасос (ГМН); • насос маслоохладителя (НМО); • насос пусковой (ПМН); • насос аварийный (АМН); • маслоохладитель (МО); • инжекторы ГМН и НМО; • регулятор разгрузки осевых усилий (РР); • золотник перепуска масла (ЗПМ); • обратные клапаны (КО1, КО2); • блок фильтров тонкой очистки масла (ФТО); • маслопроводы; • аккумулятор масла (АМ); • регулятор перепада давлений (РПД); • поплавковая камера (ПК). Рама-маслобак разделена на три основных отсека, предназначенных, соответственно, для грязного горячего (ГГО), чистого горячего (ЧГО) и чистого холодного (ЧХО) масла. Часть отсека грязного горячего масла (ГО) отделена перегородкой, образующей гидрозатвор, и служит для слива масла из уплотнительного (опорного) подшипника нагнетателя. Из ГО имеется отвод газа, выделяющегося из масла, в свечу. ГМН и НМО установлены на маслораспределительной коробке. Размещаются в корпусе заднего подшипника ГТУ и имеют общий вал, приводимый во вращение через зубчатую передачу от ротора ТНД. Оба насоса центробежного типа. Во время пуска и останова агрегата маслоснабжение осуществляется ПМН, расположенным на раме-маслобаке. Приводом его служит электромотор переменного тока. Сам насос – центробежного типа – находится под уровнем масла, благодаря чему создается подпор на всасе, обеспечивающий постоянную готовность к пуску. Напорная труба ПМН подведена к обратному клапану КО1, расположенному в маслораспределительной коробке под напорным патрубком ГМН. ПМН создает давление 8,4 кгс/см 2 . При работе ПМН КО1 давлением масла поднимается вверх, закрывая напорный патрубок ГМН и открывая окна в своей буксе, через которые масло поступает в маслораспределительную коробку и далее по трубопроводам к ФТО и инжекторам ГМН и НМО. 12

Инжектор ГМН предназначен для подачи очищенного и охлажденного масла на всас насоса с небольшим подпором, исключающим попадание воздуха во всасывающий тракт и повышающим надежность работы ГМН. Инжектор НМО подает горячее очищенное в сетчатых фильтрах масло на всас насоса для повышения надежности его работы. На стоящей турбине инжектор НМО обеспечивает циркуляцию масла через МО. Масло при этом проходит через колесо насоса и по напорной трубе поступает через ЗПМ к МО, либо по линии рециркуляции сливается в ЧХО МБ. Блок фильтров тонкой очистки состоит из двух секций. Обвязка каждой секции позволяет производить переключения с рабочего фильтра на резервный без остановки агрегата. Возможно отключение обеих секций ФТО с пропуском масла по байпасной линии. После ФТО масло поступает в систему регулирования, к РПД и далее через АМ к уплотнительному подшипнику нагнетателя. А также к обратному клапану КО2. При этом клапан перемещается на верхний упор, разобщая линию от АМН, и открывает подвод масла из своего нижнего этажа к РР, через который масло поступает к опорно-упорному подшипнику нагнетателя. В верхний этаж корпуса КО2, соединенный с системой смазки подшипников ГТУ, масло поступает через дроссельные отверстия, выполненные в самом клапане. Благодаря этому давление масла в системе смазки снижается в 2-3 раза. По мере пуска агрегата с увеличением частоты вращения ротора ТНД давление, развиваемое ГМН, становится равным давлению за ПМН. Клапан КО1 смещается вниз, прикрывая окна в своей буксе со стороны подвода от ПМН и открывая их сверху. Поскольку высота окон больше высоты клапана, оба насоса будут какое-то время подавать масло в систему одновременно. Однако расход масла со стороны ГМН будет увеличиваться. А со стороны ПМН уменьшается до полного перекрытия подвода от ПМН. При давлении масла за ГМН больше 12,5 кгс/см 2 ПМН отключается. При остановке агрегата и снижении давления масла после КО1 до 11 кгс/см 2 ПМН включается. Слив масла из подшипников ГТУ и опорно-упорного подшипника нагнетателя осуществляется в ГГО МБ. Из этого отсека через сетчатые фильтры масло поступает в ЧГО, откуда оно с помощью инжектора и НМО подается к воздушному МО. Охлажденное масло сливается в чистый холодный отсек. Туда же сливается масло из линии рециркуляции ЗПМ и из блока регулирования. Слив масла из системы уплотнения нагнетателя осуществляется через ПК в ГО и далее в ГГО. Золотник перепуска масла служит для поддержания постоянной температуры масла в ЧХО МБ за счет перепуска части или всего горячего масла мимо МО. При повышении температуры масла в ЧХО МБ до 50 0 С ЗПМ необходимо переставить вниз. При этом открывается подвод масла к МО, и закрывается рециркуляционный проход мимо МО.

13

ЧХО – чистый холодный отсек маслобака; ЧТО – чистый горячий отсек; ГГО – грязный горячий отсек; ГО – газоотделитель; мб – маслобак; гмн – главный маслонасос; нмо – насос маслоохладителя; пмн – насос пусковой; амн – насос аварийный;

мо – маслоохладитель; рр – регулятор разгрузки осевых усилий; зпм – золотник перепуска масла; ко1, ко2 – обратные клапаны; фто – блок фильтров тонкой очистки масла; ам – аккумулятор масла; рпд – регулятор перепада давлений; пк – поплавковая камера

Рис.5. Система маслоснабжения ГПА. Работа системы на пуске. 14

ЧХО – чистый холодный отсек маслобака; ЧТО – чистый горячий отсек; ГГО – грязный горячий отсек; ГО – газоотделитель; мб – маслобак; гмн – главный маслонасос; нмо – насос маслоохладителя; пмн – насос пусковой; ;амн – насос аварийный;

мо – маслоохладитель; рр – регулятор разгрузки осевых усилий; зпм – золотник перепуска масла; ко1, ко2 – обратные клапаны; фто – блок фильтров тонкой очистки масла; ам – аккумулятор масла; рпд – регулятор перепада давлений; пк – поплавковая камера

Рис.6. Система маслоснабжения ГПА. Работа системы при работе и останове ГПА. 15

Маслоохладитель представляет собой два аппарата воздушного охлаждения масла с четырьмя вентиляторами, приводимыми во вращение электродвигателями переменного тока. Регулирование температуры осуществляется включением необходимого количества вентиляторов. В случае останова агрегата при неработающем ПМН включается аварийный маслонасос. АМН центробежного типа, установлен на рамемаслобаке, приводится во вращение от электродвигателя постоянного тока. АМН забирает масло из ЧХО и подает его с давлением 1,5 кгс/см 2 к КО2. Обратный клапан КО2 перемещается вниз и сообщает напорную линию АМН с системой смазки ГТУ и опорно-упорным подшипником нагнетателя. Масло к уплотнительному (опорному) подшипнику нагнетателя подводится в этом случае от АМ. 2.1. Параметры работы системы Давление масла на смазку ГТУ во время работы агрегата должно быть 3÷6 кгс/см 2 . При снижении до величины 1 кгс/см 2 срабатывает аварийная сигнализация, включается АМН, ГПА аварийно останавливается. Давление масла после КО1 при работающем ПМН должно быть не менее 8 кгс/см 2 . При работе ГПА (работает ГМН) давление должно быть 12÷19 кгс/см 2 . Давление масла после ГМН должно быть 12÷22 кгс/см 2 . Давление масла за инжектором ГМН 0,6÷1,0 кгс/см 2 . Давление масла за инжектором НМО 0,3÷0,7 кгс/см 2 . Давление на смазку опорно-упорного подшипника нагнетателя должно быть 6÷7 кгс/см 2 . Давление масла за НМО и перед МО при работе ГПА 3÷4 кгс/см 2 . Перепад давлений должен быть не более 0,5 кгс/см 2 . При перепаде давлений больше 0,5 кгс/см 2 срабатывает предупредительная сигнализация. Температура масла в ЧХО МБ перед пуском агрегата должна быть не менее 25 0 С. При работе ГПА температура должна поддерживаться около 30÷50 0 С. При повышении температуры до 55 0 С срабатывает предупредительная сигнализация. Температура масла на сливе подшипников турбины и нагнетателя при работе ГПА должна быть 50÷65 0 С. При повышении температуры до 70 0 С срабатывает предупредительная сигнализация. А при повышении до 80 0 С – аварийная сигнализация, ГПА аварийно останавливается. Нормальный уровень в отсеках МБ должен быть в пределах 150÷300 мм от верхней крыши. При снижении уровня в ЧХО до 450 мм, в ЧГО до 550 мм и повышении уровня в ГГО до 130 мм срабатывает предупредительная сигнализация. При снижении уровня в ЧХО до 550 мм срабатывает аварийная сигнализация, ГПА аварийно останавливается.

16

3. Система уплотнения нагнетателя Система уплотнения нагнетателя (рис.7, 8) предназначена для предотвращения проникновения газа по валу из полости нагнетателя в помещение КЦ. Это обеспечивается комбинированной системой, состоящей из двух частей. Первая часть представляет собой обойму уплотнения, установленную в корпусе нагнетателя. Она представляет собой опорный вкладыш, масляное уплотнение, уплотнительную втулку и гребешковое уплотнение рабочего колеса. В канал между опорным вкладышем и масляным уплотнением осуществляется подвод масла с давлением около 12 кгс/см 2 на смазку вкладыша и запирание газа. Уплотнение является разделителем между маслом и газом. Выполнено комбинированным: со стороны масла – винтоканавочным с нарезкой канавок в баббитовой заливке; со стороны газа – лабиринтным с зачеканенными латунными усиками. Уплотнительная втулка является частью концевого осерадиального уплотнения вала по газу. Для получения минимальных радиальных зазоров горизонтальная часть втулки выполнена с наклонными усиками, вертикальная часть представляет собой точеные концентрические усики. Проходящий через уплотнения газ дросселируется до давления примерно 11 кгс/см 2 и по каналу отводится в систему топливного газа. Вторая часть представляет из себя гидравлическую систему, обеспечивающую подачу масла из системы маслоснабжения агрегата с давлением, превышающим давление газа из уплотнений на 0,3 ÷ 0,5 кгс/см 2 . Состоит из регулятора перепада давлений (РПД), аккумулятора масла (АМ), поплавковой камеры (ПК) и газоотделителя (ГО). Поплавковая камера и регулятор перепада объединены в одном корпусе, установленном на крышке ГО. РПД служит для поддержания перепада между давлением масла, идущего на запирание уплотнения нагнетателя, и давлением газа, отводимого из проточного уплотнения в топливную линию. ПК предназначена для слива масла после уплотнения, не допуская прорыва газа в МБ агрегата. Отделение растворенного газа из масла производится в газоотделителе. Выделившийся газ через свечу сбрасывается в атмосферу. На случай аварийного состояния системы, когда возможно прекращение подачи масла из системы маслоснабжения на уплотнительный подшипник, предусматривается подача масла к нему из гидроаккумулятора, установленного на корпусе нагнетателя. Емкости АМ достаточно для обеспечения маслом уплотнения и смазки опорного вкладыша при аварийной остановке ГПА.

17

ГО – газоотделитель; МБ – маслобак; ГМН – главный маслонасос; ПМН – насос пусковой; АМН – насос аварийный; МО – маслоохладитель; РР – регулятор разгрузки осевых усилий;

КО1, КО2 – обратные клапаны; ФТО – блок фильтров тонкой очистки масла; АМ – аккумулятор масла; РПД – регулятор перепада давлений; ПК – поплавковая камера

Рис.7. Система уплотнения нагнетателя. Работа системы на пуске.

18

ГО – газоотделитель; МБ – маслобак; ГМН – главный маслонасос; ПМН – насос пусковой; АМН – насос аварийный; МО – маслоохладитель; РР – регулятор разгрузки осевых усилий;

КО1, КО2 – обратные клапаны; ФТО – блок фильтров тонкой очистки масла; АМ – аккумулятор масла; РПД – регулятор перепада давлений; ПК – поплавковая камера

Рис.8. Система уплотнения нагнетателя. Работа системы на останове. 19

3.1. Параметры работы системы Давление масла за РПД при наличии давления газа в полости нагнетателя должно быть в пределах 10÷13 кгс/см2. При отсутствии газа в нагнетателе – 1,0÷1,5 кгс/см2. Давление газа из уплотнений нагнетателя должно быть около 11 кгс/см2. Перепад давлений "масло-газ" при наличии газа в полости нагнетателя должен быть в пределах 0,3÷0,5 кгс/см2. При снижении до величины 0,2 кгс/см2 срабатывает предупредительная сигнализация, а при 0,1 кгс/см2 агрегат аварийно останавливается.

4. Система регулирования ГТУ Система регулирования ГТУ (рис. 9, 10) гидродинамическая с гидравлическими связями. Выполняет следующие функции: • поддержание с неравномерностью 5% заданной частоты вращения ротора ТНД; • изменение заданной частоты вращения ротора ТНД с помощью задатчика – электромоторного привода сопла регулятора скорости; • предохранения ротора ТНД от превышения максимальной частоты вращения; • предохранения ТВД от превышения допустимой температуры продуктов сгорания перед ней; • прекращения подачи топлива в КС при срабатывании любой аварийной защиты ГПА; • предотвращение работы осевого компрессора на режимах, близких к помпажной зоне. В состав системы входят следующие устройства: • регулятор давления масла в системе (РД); • регулятор скорости (РС); • двигатель регулятора скорости (ДРС); • переключатель (ПР); • ограничитель приемистости (ОП); • золотник защиты дополнительный (ЗЗД); • золотник ограничителя приемистости (ЗОП); • регулятор пуска (РП); • регулятор соотношения (РСО) с датчиком (ДРСО); • регулирующий клапан (РК); • сервомотор регулирующего клапана (СРК); • дежурный клапан (ДК); • сервомотор дежурного клапана (СДК); 20

• стопорный клапан (СК); • сервомотор стопорного клапана (ССК); • противопомпажные клапаны (ППК); • автомат противопомпажных клапанов (АППК); • сбросные клапаны (СБК); • автомат сбросных клапанов (АСБК); • автомат безопасности ТНД (АБ); • золотник автомата безопасности (ЗАБ); • электромагнитный выключатель (ЭМВ); • золотник поворотный (ЗП); • золотник взведения защиты (ЗВЗ). Импульсом для поддержания частоты вращения ТНД служит напорное давление ГМН, воспринимаемое чувствительным элементом РС мембранно-ленточного типа. При изменении частоты вращения ТНД и, следовательно, давления на мембрану РС меняется ее прогиб и прогиб ленты. А также площадь слива масла через зазор между соплом и лентой. Равновесие поршня золотника СРК нарушится, и он выйдет из положения отсечки. СРК придет в движение, перемещая РК, и изменяя слив через окно обратной связи до восстановления отсечного положения золотника. В конечном итоге новому значению частоты вращения будет соответствовать новое положение РК, связанное с изменившейся нагрузкой ГТУ. Задание частоты вращения ротора ТНД и нагнетателя производится изменением слива проточного масла путем перемещения сопла РС с помощью ДРС. Для проведения наладочных и проверочных работ предусмотрен ручной привод РС с помощью маховика. Для ограничения допустимой частоты вращения ротора ТНД служит ограничитель приемистости с золотником, который последовательно закрывает РК и открывает СБК. Закрытие РК производится постепенно открытием слива проточного масла при ходе ЗОП, когда частота вращения ТНД начинает превышать 105%. Благодаря этому агрегат предохраняется от перегрузки. Если же происходит дальнейший рост оборотов, то после закрытия РК ограничитель приемистости резко открывает слив масла из линии сервомоторов СБК. Для ограничения температуры продуктов сгорания перед ТВД служит регулятор соотношения. Его действие заключается в том, что при открытии РК на величину большую, чем это можно допустить при данном расходе воздуха, открывается слив проточного масла через окна в штоке сервомотора, ограничивая тем самым открытие РК. Повышение частоты вращения и увеличение давления воздуха вызывает увеличение прогиба мембраны и ленты ДРСО. И тем самым смещение вниз золотника РСО, который своим штоком закрывает сливные окна проточного масла и позволяет сервомотору дальнейшее открытие РК. Кроме предохранения ТВД от перегрева РСО при наборе нагрузки уменьшает скорость возрастания температуры, предотвращая попадание ОК в помпаж. 21

Для предохранения осевого компрессора от помпажа во время пуска на нем установлены два ППК, которые выпускают воздух после шестой ступени в атмосферу. ППК имеют гидравлический привод и управляются автоматом сильфонного типа, к которому подведен воздух после ОК. На стоящей турбине и малой частоте вращения вала ОК золотник АППК под действием пружины поднят вверх и сообщает полости над поршнем клапанов с линией масла постоянного давления. Клапаны при этом открыты. При повышении давления воздуха за ОК золотник АППК перемещается вниз, закрывая подвод масла и поршням клапанов и открывая слив. ППК под действием своих пружин закрываются. При снижении частоты вращения ОК и давления воздуха происходит открытие ППК. Однако с помощью открытия только ППК, запас устойчивости ОК может оказаться недостаточным. При повышенном забросе температуры во время зажигания в КС в компрессоре может возникнуть вращающийся срыв – помпаж, который препятствует нормальному пуску ГТУ и представляет большую опасность для агрегата. Так как при этом сильно возрастают напряжения в лопатках ОК. В связи с этим предусмотрено частичное открытие СБК за счет слива масла из линии управления их сервомоторами через отверстия в буксе АСБК, открываемых золотником при снижении давления воздуха на сильфон АСБК. После прохождения зажигания под действием возрастающего давления воздуха, создаваемого ОК, сильфон вместе с подвешенным к нему золотником перемещается вниз, преодолевая усилие пружины. Сливные отверстия перекрываются, СБК закрываются. Топливный газ на зажигание при пуске и для поддержания непрерывного горения в КС во время переходных процессов подводится через ДК, открытие которого производится с помощью сервомотора. Управление СДК осуществляется переключателем РС, сообщающего полость над поршнем СДК с линией масла постоянного давления при открытии ДК и со сливом при закрытии. В штоке поршня СДК находится золотник РЕГУЛЯТОРА ПУСКА, ограничивающий открытие ДК при недостаточном давлении воздуха за ОК. Это осуществляется открытием слива масла из полости над поршнем СДК. Предотвращая тем самым, недопустимое повышение температуры перед ТВД. 4.1. Работа системы на пуске При работающем ПМН подается напряжение на электромагнитную катушку ЗВЗ. Золотник перемещается на верхний упор, перекрывает подвод масла в верхний этаж корпуса ЗАБ, разобщая полость над поршнем ЗАБ и линию предельного регулирования с маслом постоянного давления. ЗАБ под действием давления масла снизу перемещается вверх и разобщает полость над поршнем с линией масла постоянного давления. 22

зтд – задвижка ТД; ппк – противопомпажный клапан; сбк – сбросной клапан; гмн – главный маслонасос; амн – аварийный маслонасос; пмн – пусковой маслонасос; пг – пусковой газ; тг – топливный газ; ко1, ко2 – клапан обратный; фто – фильтр тонкой очистки масла; рд – регулятор давления; м – мотор; мб – маслобак; Аппк – автоматы ППК; Асбк – автоматы СБК; эмв – электромагнитный выключатель; аб – автомат безопасности; заб – золотник АБ; зп – золотник поворотный;

звз – золотник взведения защиты; пр – переключатель; рс – регулятор скорости; оп – ограничитель приёмистости; Ззд – золотник защиты дополнительный; Зоп – золотник ограничителя приёмистости; рсо – регулятор соотношений; рп – регулятор пуска; рк – регулирующий клапан; дк – дежурный клапан; ск – стопорный клапан; Срк – сервомотор РК; Сдк – сервомотор ДК; Сск – сервомотор СК; МПД – масло постоянного давления; МПР – масло предельного регулирования; МП – масло проточное

Рис.9. Система регулирования ГТУ. Работа системы на пуске. 23

зтд – задвижка ТД; ппк – противопомпажный клапан; сбк – сбросной клапан; гмн – главный маслонасос; амн – аварийный маслонасос; пмн – пусковой маслонасос; пг – пусковой газ; тг – топливный газ; ко1, ко2 – клапан обратный; фто – фильтр тонкой очистки масла; рд – регулятор давления; м – мотор; мб – маслобак; Аппк – автоматы ППК; Асбк – автоматы СБК; эмв – электромагнитный выключатель; аб – автомат безопасности; заб – золотник АБ; зп – золотник поворотный;

звз – золотник взведения защиты; пр – переключатель; рс – регулятор скорости; оп – ограничитель приёмистости; Ззд – золотник защиты дополнительный; Зоп – золотник ограничителя приёмистости; рсо – регулятор соотношений; рп – регулятор пуска; рк – регулирующий клапан; дк – дежурный клапан; ск – стопорный клапан; Срк – сервомотор РК; Сдк – сервомотор ДК; Сск – сервомотор СК; МПД – масло постоянного давления; МПР – масло предельного регулирования; МП – масло проточное

Рис.10. Система регулирования ГТУ. Работа системы на переменном режиме и останове ГПА. 24

Снятие напряжения с катушки ЗВЗ производится через 10 сек. после включения. Под действием пружины золотник опускается вниз и сообщает верхний этаж корпуса с маслом постоянного давления. ЗАБ остается на верхнем упоре, так как масло не поступает в полость над поршнем. Но благодаря наличию масла в верхнем этаже его, он готов к срабатыванию при механическом смещении вниз на величину перекрытия. Из верхнего этажа масло по продольному пазу на наружной поверхности буксы ЗП поступает в его нижний этаж, соединенный с линией предельного регулирования. Поскольку ЗОП перекрывает сливные окна из этой линии, давление в ней возрастает, СК открывается. ЗЗД давлением масла в линии предельного регулирования перемещается на верхний упор, закрывает слив проточного масла из ЗОП и сообщает линию, идущую от ПР с СДК. ЗОП перемещается на нижний упор, перекрывает сливные окна проточного масла и окна в линии ССБК, сообщая эту линию с маслом постоянного давления через свое центральное и два радиальных сверления. СБК прикрываются, но не полностью. Так как из линии подвода масла к их сервомоторам остается открытым слив через отверстия в буксе АСБК. ДК остается закрытым, потому что подвод масла постоянного давления через ПР к СДК закрыт, и открыт слив из этой линии. ППК полностью открыты, так как подвод масла постоянного давления через АППК открыт, а слив закрыт. Отсечной золотник РСО, переместившись вверх, открывает слив проточного масла так, что даже полное закрытие слива через сопло РС оказывается недостаточным для открытия РК. После подачи пускового газа к ТД ротор ТВД страгивается, и при частоте вращения 400÷500 об/мин включается запал, и открывается подача топливного газа к ДК и РК. Включается ДРС. Золотник ПР закрывает слив и открывает подвод масла постоянного давления к СДК. Сервомотор перемещается вниз и открывает ДК на величину, необходимую для подачи топлива в КС и зажигания факела. Дальнейшее перемещение СДК ограничивается за счет открытия слива масла из полости над его поршнем через отверстие в штоке СДК и золотнике РП. При малом давлении воздуха за ОК до зажигания факела золотник РП прижат вместе с сильфоном пружиной к своему верхнему упору. С увеличением давления воздуха сильфон и подвешенный к нему золотник начинает перемещаться вниз, преодолевая усилие пружины. Вслед за золотником РП перемещается СДК, открывая клапан и увеличивая расход топлива в КС. Ротор ТВД разгоняется. Происходит непрерывное увеличение давления воздуха и перемещение ДК на открытие. Сильфон РП также опускается, и его золотник перекрывает отверстие в штоке СДК. Увеличение давления воздуха создает усилие на сильфоне АСБК, преодолевающее сопротивление его пружины. Золотник перемещается вниз и перекрывает слив масла. СБК полностью закрываются. 25

При давлении воздуха 0,5÷0,7 кгс/см2 прогиб ленты ДРСО достигает такого значения, когда слив масла через его сопло становится равным подводу через отверстие в поршне золотника РСО. Золотник перемещается вниз и перекрывает своим штоком сливные окна проточного масла в штоке СРК. Дальнейшее перемещение золотника РСО вниз происходит по мере роста давления воздуха за ОК. В начале движения СДК по сигналу его конечного выключателя ДРС переключается с непрерывного вращения на вращение в импульсном режиме. Приближение сопла РС к ленте происходит медленно, за это время ДК должен полностью открыться, и турбина прогреться. Уменьшение зазора между соплом и лентой РС приводит к уменьшению слива проточного масла и заставляет отсечной золотник РСО перемещаться вверх, прикрывая подвод масла в проточную систему через тангенциальные окна в его поршне, и открывая подвод масла постоянного давления к СРК. Уменьшение слива проточного масла будет компенсироваться при этом увеличением открытия окна обратной связи, выполненного в крышке СРК и закрытого пояском штока сервомотора до начала движения поршня. Во всех случаях неподвижному СРК соответствует полная отсечка его золотника. За одно включение ДРС добавка расхода топлива через РК должна обеспечивать плавный разгон ротора турбокомпрессора, заканчивающаяся во время паузы в работе ДРС. При такой скорости открытия РК золотник РСО опережает перемещение клапана вниз и не препятствует его открытию, так как сливные окна в штоке сервомотора остаются закрытыми. Вступление в работу РСО должно происходить только в случае чрезмерного открытия ОК по сравнению с необходимым на данном режиме. Что связано с опасностью превышения допустимой температуры перед ТВД. По мере открытия РК происходит увеличение частоты вращения ТВД и давления воздуха за ОК. При достижении ТВД частоты вращения 4500 об/мин и давления воздуха за ОК 2÷2,2 кгс/см2 происходит отключение ТД. В это же время происходит перемещение сильфона и подвешенного к нему золотника АППК. Подвод масла к сервомоторам ППК перекрывается, открывается слив. ППК закрываются. Когда давление, развиваемое ГМН, достигает 12,5 кгс/см2, ПМН отключается. Отключение ПМН и ТД заканчивает пуск агрегата, ДРС останавливается. Дальнейшее нагружение агрегата и повышение частоты вращения ТНД производится также перемещением сопла РС в сторону ленты с помощью дистанционного включения ДРС. В случае превышения ротором ТНД частоты вращения 105% вступает в работу ОП. Прогиб его мембраны и ленты от давления масла за ГМН становится таким, что ЗОП для компенсации слива масла через сопло поднимается до начала открытия сливных окон проточного масла. С этого момента даже полное закрытие слива проточного масла через сопло РС не дает возможности увеличить обороты ТНД более чем на 1÷1,5%. 26

4.2. Работа системы на останове При остановке агрегата ДРС, работая в импульсном режиме, постепенно закрывает РК. Частота вращения роторов ТВД и ТНД снижается. Падение давления масла за ГМН (после КО1) до 11 кгс/см2 служит сигналом для включения ПМН. Снижение давления воздуха за ОК приводит к смещению золотника АППК вверх и открытию подвода масла постоянного давления к сервомоторам ППК. ППК открываются. Подается напряжение на катушку ЭМВ. Срабатывание ЭМВ приводит к смещению ЗАБ вниз и открытию слива масла из линии предельного регулирования. Падение давления масла в ней приводит к закрытию СК, ДК и РК и открытию СБК. ДРС переключается на непрерывное вращение "назад", возвращая сопло РС и ПР в исходное положение. Турбина останавливается. 4.3. Работа системы защиты Для предохранения агрегата при возникновении опасного состояния служит система защиты, которая останавливается ГТУ прекращением подачи топлива к КС. Для защиты ротора ТНД от недопустимого повышения частоты вращения при неисправности РС и ОП служит автомат безопасности бойкового типа, расположенный в валу ГМН. При достижении ротором ТНД 6700 об/мин боек АБ под действием центробежной силы перемещается и ударяет по рычагу. Рычаг поворачивается и перемещает ЗАБ вниз. Для дублирования АБ служит электронное реле скорости, воздействующее через ЭМВ на рычаг ЗАБ, заставляя золотник перемещаться вниз. Защиту ротора ТВД от недопустимого повышения частоты вращения осуществляет только реле скорости. Во всех остальных случаях аварийный сигнал ГПА поступает в систему регулирования в виде электрического импульса, воздействующего на ЭМВ. При опускании ЗАБ выбирает перекрытия верхних окон в его буксе и открывает доступ масла из линии постоянного давления в камеру над поршнем. Давление масла в этой камере возрастает, и возникающее усилие на поршень перемещает ЗАБ на нижний упор. Смещаясь вниз, ЗАБ открывает окна буксы, через которые линия масла предельного регулирования сообщается со сливом. Давление в ней падает. СК под воздействием своей пружины закрывается. Одновременно, под действием давления масла в полости сопла ОП, перемещается на нижний упор ЗЗД. Он открывает слив масла параллельно с соплом ОП, а также слив из полости над поршнем СДК, перекрывает подвод масла от ПР. ДК закрывается. СБК открываются. Золотник СРК перемещается вниз, открывая слив из полости над поршнем СРК. РК закрывается. Перемещение клапанов происходит только при нахождении золотника поворотного в положении "работа". 27

4.4. Проверка защиты при работе ГПА В течение длительной работы агрегата боек АБ, а также ЗАБ, находятся в неподвижном положении, относительно направляющих поверхностей. Это приводит к снижению готовности защиты к срабатыванию, вследствие постепенного засорения зазоров. Для повышения надежности защиты предусмотрена возможность ее "расхаживания" с выбиванием бойка АБ давлением масла без остановки агрегата. Расхаживание бойка производится установкой поворотного золотника из рабочего положения в положение "выбивание бойка" с помощью рукоятки, вынесенной на боковую стенку корпуса заднего подшипника турбины. При повороте ЗП отсекает линию предельного регулирования от ЗАБ и открывает подвод масла постоянного давления в линию, идущую под боек АБ. Под действием давления масла боек срабатывает и ударяет по рычагу. ЗАБ перемещается вниз, открывая сливные окна. Однако, давление в линии предельного регулирования не падает, и СК остается открытым. Возврат бойка и взведение ЗАБ производится перемещением ЗП в положение "возврат бойка". При этом линия, идущая под боек, разобщается, а линия, идущая в полость над бойком, сообщается с маслом постоянного давления. Боек перемещается в рабочее положение, вытесняя масло из нижней полости через дренажное отверстие. Одновременно перекрывается линия, идущая к верхнему этажу ЗАБ. ЗАБ перемещается вверх. Подъем золотника происходит быстрее перемещения бойка в рабочее положение. Поэтому следует несколько задержать подъем ЗАБ нажатием на кнопку ручного выбивания (АО – аварийный останов), чтобы боек не ударял по рычагу и не изнашивался. Только после того, как ЗАБ займет положение на верхнем упоре, можно ЗП вернуть в положение "работа". Перед поворотом рукоятки кнопку АО необходимо отпустить. Положение ЗП "взведение защиты" используется для взведения защиты во время проведения ручных проверочных операций на стоящем агрегате.

28

Для заметок

Для заметок

Методические указания к выполнению лабораторных и практических работ с использованием ЭВМ по дисциплине: «Газотурбинные установки» для студентов специальности 0907 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ»

Составители: Юрий Дмитриевич Земенков Александр Борисович Шабаров Сергей Михайлович Дудин Роман Александрович Трясцин Роман Евгеньевич Левитин

ГАЗОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ. ГАЗОПЕРКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ ГТН-6 Часть I Методические указания

Подписано в печать Заказ № Формат 60/90 1/16 Отпечатано на RISO GR 3750

Бум. тип. №2 Усл. изд.л 2 п.л. Усл. печ.л 2 п.л. Тираж 100 экз.

Издательство «Нефтегазовый университет» Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет» 625036, Тюмень, Володарского, 38. Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет» 625036, Тюмень, Володарского, 38.