ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ Российский патент 1994 года по МПК F04D25/02 F02C1/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к газоперекачивающим агрегатам, и может быть использовано на компрессорной станции газопровода.

Известен газоперекачивающий агрегат (ГПА), содержащий центробежный нагнетатель (ЦН) с приводным двигателем, систему воздушного охлаждения смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) и сжатого охлаждающего воздуха (ОВ). Система воздушного охлаждения ГПА снабжена трубчатым теплообменником для охлаждения СОЖ и трубчатым теплообменником для охлаждения ОВ. Образованный под действием вентиляторов поток наружного воздуха омывает трубки теплообменников (ТВ), отбирая своим потоком тепло от горячих СОЖ и ОВ, которое передается через металл стенок и оребрения трубок теплообменника [1 и 2] .

Недостатки ГПА с воздушным охлаждением СОЖ и ОВ заключаются в невысокой надежности, низких степени автономности и экономичности работы ГПА, требуется дополнительная энергия на привод вентиляторов, которые должны перемещать недостаточно эффективный (в части теплосъема) охладитель, каким является атмосферный воздух (с высокой температурой летом), и большой материаллоемкости оборудования системы воздушного охлаждения СОЖ и ОВ из-за наличия вентиляторов с приводными двигателями и большой поверхности теплообмена у ТО.

Известен ГПА [3] , содержащий ЦН с приводным газотурбинным двигателем, систему газового охлаждения СОЖ (прототип).

Однако, в топливной системе в качестве дросселя для понижения давления газа служит роторная машина - турбина, повреждение которой требует немедленной остановки всего ГПА, поскольку в этом случае топливная система может оказаться под давлением газа выше расчетного. Это может повлечь за собой срыв пламени в камере сгорания (КС) и последующую аварию всего ГПА. Немедленной остановки ГПА требует и повреждение генератора, поскольку маслонасос остановится и вся маслосистема функционирует. Недостатком топливной системы данного ГПА является и то, что часть газа, отбираемая в топливную систему, уходит в атмосферу через уплотнение между вращающимся валом, турбиной и генератором, корпусом турбины. Потери газа здесь заметные, поскольку уплотнение находится под высоким давлением газа. Существенные недостатки данного ГПА заключаются в том, что он снабжен единственным ТО, в случае повреждения которого ГПА требуется вынужденно останавливать, потому что при повреждении ТО нет возможности снабжать топливным газом камеру сгорания, и в том, что для охлаждения СОЖ в теплообменнике используется только то количество газа, которое в качестве топлива сгорает в КС.

Целью изобретения является повышение надежности и экономичности.

Указанная цель достигается тем, что трубопровод топливной системы сообщен дополнительным трубопроводом с всасывающим трубопроводом компрессорной машины. Дополнительный трубопровод позволяет увеличить расход газа-охладителя через теплообменники и повысить таким образом эффективность функционирования теплообменников, например их производительность по охлаждению. Дополнительный трубопровод сообщен с трубопроводом топливной системы на участке между выходом из ТО и входом в приводной двигатель, а всасывающим трубопроводом компрессорной машины сообщен на участке между местом присоединения трубопровода топливной системы и компрессорной машиной. Такое присоединение дополнительного трубопровода позволяет подключить теплообменники по охлаждающему тракту параллельно всасывающему трубопроводу компрессорной машины, что дает возможность перемещать газ-охладитель ТО без применения специальных машин. После прохождения ТО газ-охладитель разделяется на два потока. Положительным фактором является то, что подогретый в ТО газ в качестве топлива направляется по трубопроводу топливной системы в приводной двигатель, способствуя повышению КПД последнего. Второй поток газа по дополнительному трубопроводу направляется во всасывающий трубопровод, а затем - в компрессорную машину.

Для подачи топливного газа в приводной двигатель с расчетными параметрами и в необходимом количестве на участке трубопровода топливной системы между местом присоединения дополнительного трубопровода, параллельного трубопровода топливной системы и приводным двигателем установлен регулятор давления топливного газа. Этот регулятор выполняет также функцию буферного сопротивления для части газа-охладителя, транспортируемого компрессорной машиной, который перемещается по дополнительному трубопроводу.

На всасывающем трубопроводе компрессорной машины между местом присоединения трубопровода топливной системы и местом присоединения дополнительного трубопровода установлен регулятор расхода газа, который, изменяя расход газа через всасывающий трубопровод, обратно пропорционально изменяет расход газа-охладителя через ТО.

Цель - повысить эффективность работы ТО путем уменьшения расхода газа-охладителя.

Система смазки снабжена отсечными клапанами, которые автоматически при повреждении теплообменной трубки в корпусе ТО отключают этот ТО от канала для подвода в них СОЖ и канала отвода СОЖ. Каждый отсечной клапан работает автоматически. Назначение отсечных клапанов: предотвратить прохождение газа-охладителя в приводной двигатель через охлаждаемый тракт системы смазки. Отсечные клапаны расположены в охлаждаемом тракте системы смазки на входе в ТО и на выходе из ТО. Такое расположение отсечных клапанов необходимо для того, чтобы как можно большее время удерживать в закрытом положении отсечные клапаны, для этого требуется наличие по возможности максимально большего объема СОЖ. Такое количество СОЖ имеется в ТО. Максимально больший объем СОЖ необходим на случай, если имеют место протечки этой жидкости через неплотности отсечных клапанов. Как можно большее время, когда отсечные клапаны находятся в закрытом положении, требуется для того, чтобы автоматическая защита успела переключить запорные органы в закрытое положение на трубопроводе топливной системы и охлаждаемых трактах системы смазки на входе в ТО и выходе из него. Поврежденный ТО таким образом выключается из работы на продолжительное время, которое требуется для его ремонта или замены. Указанное расположение отсечных клапанов преследует цель - предотвратить прохождение газа-охладителя из поврежденного ТО через охлаждаемый тракт системы смазки в приводной двигатель.

Параллельное подключение между собой ТО по охлаждающему и охлаждаемому трактам в системе смазки преследует две цели. 1. В случае повреждения одного из ТО, который при этом выключается из работы, прохождение топливного газа в приводной двигатель осуществляется по трубопроводу топливной системы через другой ТО, находящийся в рабочем положении; 2. В случае выключения из работы поврежденного ТО охлаждение СОЖ осуществляется в работающем ТО. Таким образом, параллельное подключение между собой ТО в системе смазки создает условия для безотказной работы ГПА в случае повреждения одного из ТО.

Чтобы предотвратить прохождение газа-охладителя в приводной двигатель через охлаждаемый тракт системы смазки в случае повреждения одного из ТО, охлаждаемый тракт системы смазки снабжен предохранительными клапанами, сообщенными с окружающей средой, например с атмосферой. При этом предохранительный клапан уменьшает давление сред газ - СОЖ в охлаждаемом тракте поврежденного ТО по сравнению с давлением газа-охладителя в трубопроводе топливной системы на участке до регулятора давления топливного газа. Это способствует увеличению времени нахождения СОЖ в ТО при закрытых отсечных клапанах, так как возможны протечки через неплотности в клапанах при уменьшенном давлении будут меньше. Большее время, при котором отсечные клапаны закрыты, необходимо для закрытия запорных органов, которые выключают поврежденный ТО на длительное время.

Для повышения надежности ГПА путем предотвращения прохождения газа в приводной двигатель через охлаждаемый тракт системы смазки, а также для уменьшения нежелательного расхода газа в окружающую среду (атмосферу) через предохранительный клапан трубопровод топливной системы и охлаждаемый тракт системы смазки снабжены системой смазки снабжены системой автоматической защиты от превышения давления в охлаждаемом тракте системы смазки, которая по сигналу от датчиков давления, расположенных в этом тракте, с помощью запорных органов отсоединяет от трубопровода топливной системы охлаждаемого тракта системы смазки поврежденный ТО. Запорные органы расположены на трубопроводе топливной системы и охлаждаемом тракте системы смазки, на входе в ТО и на выходе из ТО. В этом случае газ в поврежденный ТО не поступает, а значит, полностью предотвращается возможность прохождения его в охлаждаемый тракт системы смазки. Прекращается также расход газа в атмосферу через предохранительный клапан.

Чтобы могла сработать система автоматической защиты от превышения давления в охлаждаемом тракте системы смазки, необходима подача сигнала об изменении величины давления от датчика давления. Такими датчиками давления снабжены охлаждаемые тракты системы смазки. Они могут быть установлены, например, в корпусе ТО.

На чертеже схематично изображен предлагаемый ГПА.

На общей раме-маслобаке 1 установлены газотурбинная установка (ГТУ) 2, которая является приводным двигателем центробежного нагнетателя (ЦН) 3 для транспортирования газа с всасывающим 4 и нагнетательным 5 трубопроводами. ГТУ 2 в качестве топлива использует транспортируемый по газопроводу газ, который в смеси с воздухом сгорает в камере сгорания (КС) 6. В последнюю топливный газ поступает из всасывающего трубопровода 4 по трубопроводам 7 и 8 топливной системы. Трубопровод 7 присоединен к всасывающему трубопроводу 4, а трубопровод 8 подключен параллельно трубопроводу 7. К трубопроводу 7 подключен ТО 9 по охлаждающему тракту - газу, а к трубопроводу 8 - ТО 10. Трубопровод 7 топливной системы сообщен дополнительным трубопроводом 11 с всасывающим трубопроводом 4. К трубопроводу 7 дополнительный трубопровод 11 присоединен на участке его длины между ГТУ 2 и ТО 9, а к трубопроводу 4 - на участке его длины между местом отбора газа в трубопровод 7 топливной системы и ЦН 3. Трубопровод 7 топливной системы снабжен регулятором 12 давления топливного газа, расположенным между местом присоединения дополнительного трубопровода 11 к трубопроводу 7 топливной системы и последнего к ГТУ 2.

Всасывающий трубопровод 4 снабжен регулятором 13 расхода газа через ТО 9 и 10. Регулятор 13 подключен между местом отбора газа в трубопровод 7 топливной системы и местом присоединения дополнительного трубопровода 11.

К раме-маслобаку подключен трубопровод 14 СОЖ всего агрегата. Параллельно трубопроводу 14 СОЖ присоединен трубопровод 15 СОЖ. Трубопровод 14 вместе с подключенным к нему ТО 9 по охлаждаемому тракту (тракту СОЖ) и трубопровод 15 вместе с подключенным к нему ТО 10 по охлаждаемому тракту (тракту СОЖ) образуют систему смазки ГПА. В эту же систему входит и рама-маслобак 1. Система смазки агрегата снабжена датчиками давления (не показаны). Датчики давления, подающие сигнал о превышении давления среды выше расчетного, могут быть расположены в полостях трубопроводов 14 и 15 СОЖ или в тракте охлаждаемой среды в корпусе ТО 9 или10.

ГПА снабжен запорными органами (не показаны). Запорные органы размещены на трубопроводе 7 топливной системы и трубопроводе 14 СОЖ на входе в ТО 9 и на выходе из него, на трубопроводе 8 топливной системы и трубопроводе 15 СОЖ на входе в ТО 10 и на выходе из него.

Система смазки ГПА снабжена предохранительными клапанами 16 и 17 от превышения давления, каждый из которых сообщен с охлаждаемым трактом системы и в необходимых случаях сообщает тракт системы с окружающей средой - с атмосферой. Предохранительные клапаны 16 и 17 могут быть расположены как на ТО (как на прилагаемом чертеже), так и на трубопроводах 14 и 15 СОЖ соответственно и имеют одинаковую конструкцию.

ТО 9 снабжен системой 18 автоматической защиты от превышения давления в охлаждаемом тракте той части системы смазки, которая включает ТО 9 и трубопровод 14 СОЖ. Назначение системы 18 - с помощью запорных органов отсоединить по сигналу от датчиков давления поврежденный ТО 9 от трубопровода 7 топливной системы и трубопровода 14 СОЖ.

Система 19 автоматической защиты от превышения давления имеет такую же конструкцию и аналогичные функции, как система 18, и по сигналам от датчиков давления, расположенных в тракте охлаждаемой среды в ТО 10 или в трубопроводе 15 СОЖ, отсоединяет поврежденный ТО 10 от трубопровода 8 топливной системы и трубопровода 15 СОЖ.

ТО 9 снабжен отсечными клапанами 20 и 21, которые в необходимых случаях отсоединяют внутреннюю полость A ТО 9 от каналов В и С. ТО 10 снабжен отсечными клапанами 22 и 23, которые в необходимых случаях отсоединяют внутреннюю полость D ТО 10 от каналов Е и F.

При работе газоперекачивающего агрегата газ транспортируют по газопроводу путем его сжатия в компрессорных машинах. Газ поступает по всасывающему трубопроводу 4 в ЦН 3, где сжимается, и движется в нагнетательный трубопровод 5 (направление движения газа на чертеже показано стрелками). В КС 6 топливный газ поступает из всасывающего трубопровода 4 по трубопроводам 7 и 8 топливной системы. СОЖ по трубопроводу 14, присоединенному к раме-маслобаку 1, поступает в ТО 9 и заполняет входной канал В, далее через открытый отсечной клапан 20 СОЖ проходит во внутреннюю полость A, омывая при этом снаружи теплообменные трубки, в которых помещается газ (на чертеже теплообменные трубки условно изображены в виде змеевика, который является продолжением трубопровода 7 топливной системы).

Перемещающийся в теплообменных трубках (на чертеже в змеевике) холодный газ отбирает тепло от горячей СОЖ, заполнившей внутреннюю полость A ТО 9, при этом нагреваясь. Охлажденная СОЖ через открытый отсечной клапан 21 по выходному каналу С и по наружному каналу (не показан) выходит из ТО 9 и по трубопроводу 14 направляется на слив в раму-маслобак 1.

Аналогичным образом охлаждается СОЖ и нагревается газ в ТО 10.

Охлажденная в ТО 10 СОЖ через открытый отсечной клапан 23, выходной канал F и наружный канал (не показан) проходит в трубопровод 15 СОЖ и далее в трубопровод 14 СОЖ. Газ через ТО 10 проходит по трубопроводу 8. Соединившись в трубопроводе 7 топливной системы подогретый а ТО 9 и 10 газ снова разделяется на два неравных потока. Меньший поток подогретого газа по трубопроводу 7 топливной системы через регулятор 12 давления топливного газа проходит в КС 6 в качестве топлива. Больший (по величине расхода) поток подогретого в ТО 9 т 10 газа по дополнительному трубопроводу 11 направляется во всасывающий трубопровод 4.

Благодаря тому что часть подогретого а ТО 9 и 10 газа используется в качестве топлива в приводном двигателе, эта часть газа не участвует в подогреве основного потока газа на входе в ЦН 3 во всасывающем трубопроводе 4. Дополнительный трубопровод 11 дает возможность увеличить расход холодного газа через ТО 9 и 10 по трубопроводам 7 и 8 до величины, необходимой для полного съема тепла с СОЖ, перемещающейся по трубопроводам 14 и 15.

В процессе эксплуатации возможно повреждение одного из ТО, когда, например, через трещину в стенке поврежденной теплообменной трубке происходит сообщение охлаждающего тракта, по которому перемещается газ-охладитель, с охлаждаемым трактом, по которому перемещается СОЖ. При этом газ, имеющий относительно более высокое давление, проникает в СОЖ с меньшим давлением. Чтобы не допустить прохождения газа из поврежденного ТО в раму-маслобак 1 по трубопроводам 14 или 15 СОЖ, применяют предохранительные клапаны 16 и 17, отрегулированные на срабатывание при повышенном давлении в полостях A и D и обеспечивающие закрытие отсечных клапанов 20 и 21 или 22 и 23 (на чертеже закрытое положение клапанов показано штрих-пунктирными линиями). В это же время датчики давления (не показаны), расположенные в трактах охлаждаемой среды ТО 9 и 10, реагируя на повышение давления сред - газа и СОЖ - выше расчетного, подают сигнал в системы 18 и 19 автоматической защиты, которая подает сигнал на закрытие запорных органов (не показаны). Последние отключают ТО 9 и 10 от трубопроводов 7 и 8 соответственно и от трубопроводов 14 и 15. В этом случае СОЖ агрегата охлаждается только в одном работающем ТО 9 или 10.

Количество ТО выбирается с таким расчетом, чтобы повреждение одного ТО с последующим его автоматическим отключением существенно не влияло на работу ГПА.

Основное назначение регулятора 12 давления топливного газа - во время работы ГПА поддерживать постоянное расчетное давление топливного газа, поступающего в приводной двигатель.

Уменьшая сечение всасывающего трубопровода 4, регулятор 13 увеличивает расход газа через ТО 9 т 10, когда это требуется, и наоборот. (56) 1. Лебедев-Цветков Ю. Д. Оборудование и рабочие процессы газотурбинных компрессорных станций. Л. : Недра, 1966, с. 141-143, рис. 43.

2. Иванов В. А. и др. Эксплуатация энергетического оборудования газопроводов Западной Сибири. М. : Недра, 1987, с. 115-117, рис. 26.

3. Авторское свидетельство СССР 844797, кл. F 02 C 1/00, 1981.

Использование: газоперекачивающие агрегаты. Сущность изобретения: компрессорную машину для транспортировки газа с всасывающим и напорным трубопроводами вращает работающий на газе приводной двигатель. Топливный газ из всасывающего трубопровода подается по трубопроводу топливной системы. К последнему подключены параллельные между собой теплообменники по охлаждающему тракту. Для повышения производительности теплообменников трубопровод топливной системы на выходе из теплообменников сообщен с всасывающим трубопроводом компрессорной машины дополнительным трубопроводом, по которому часть газа возвращается во всасывающий трубопровод. В системе смазки на входе в теплообменник и на выходе установлены отсечные клапаны для отключения поврежденного теплообменника. 8 з. п. ф-лы, 1 ил.

ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ, содержащий компрессорную машину для транспортирования газа со всасывающим и нагнетательным трубопроводами, приводной двигатель, использующий в качестве топлива транспортируемый ГАЗ, охлаждаемую систему смазки с трубопроводом, подключенный к ней по охлаждаемому тракту теплообменник, топливную систему с трубопроводом, подключенным к всасывающему трубопроводу и к теплообменнику по охлаждающему тракту, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и экономичности, агрегат снабжен дополнительными теплообменником, трубопроводами топливной системы и системы смазки и дополнительным трубопроводом, дополнительно подключающим трубопровод топливной системы к всасывающему трубопроводу, причем теплообменники, трубопроводы топливной системы и системы смазки подключены параллельно между собой и дополнительный теплообменник подключен к дополнительному трубопроводу топливной системы по охлаждающему тракту.