ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ Российский патент 1997 года по МПК F04D25/02 

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, использующим в качестве топлива транспортируемый по газопроводу газ, систему охлаждения смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) с теплообменником (ТО), в котором в качестве охладителя для СОЖ используется топливный газ (см.авторское свидетельство СССР на изобретение "Газоперекачивающий агрегат" N 844797, кл. F 02 C 1/00, 1981).

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 на приводной электродвигатель маслонасоса не будет подаваться электроэнергия и вся маслосистема прекратит функционирование. Недостатком топливной системы данного ГПА является и то, что часть газа, отбираемого в топливную систему, уходит в атмосферу через уплотнение между вращающимся валом турбины и ее корпусом. 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 КС, и в том, что для охлаждения СОЖ в ТО используется только то количество газа, которое в качестве топлива сгорает в КС.

Известен ГПА, содержащий компрессор со всасывающим и нагнетательным трубопроводами, приводной двигатель, систему смазки с ТО для охлаждения СОЖ и систему воздушного охлаждения с ТО для охлаждения сжатого охлаждающего воздуха прототип (см. авторское свидетельство СССР на изобретение "Газоперекачивающий агрегат" N 1719720, кл. А 04 D 25/00, 1992, автор Титов В.С.)
Недостатки ГПА прототипа в части охлаждения СОЖ следующие. Параллельно всасывающему трубопроводу компрессора подключен по охлаждающему тракту только один ТО для охлаждения СОЖ, в случае повреждения которого ГПА требует вынужденной остановки. В случае повреждения ТО для охлаждения СОЖ разрушается теплообменная трубка, что дает возможность газу-охладителю пройти в охлаждаемый тракт системы смазки, на этот случай ГПА прототип снабжен недостаточной защитой с целью предотвратить прохождение газа-охладителя из ТО в приводной двигатель через посредство трубопроводов системы смазки. Этой цели служит только предохранительный клапан, который снижает до определенной величины давление сред газ-СОЖ внутри ТО. Такой защиты недостаточно для надежной работы ГПА прототипа.

Задачей изобретения является повышение надежности, долговечности и экономичности ГПА.

Указанная задача решается путем применения следующих конструкторских мероприятий.

1. ГПА снабжен параллельно подключенным к основному дополнительным ТО, что повышает безотказность работы ГПА, т.к. в случае повреждения одного из двух ТО, ГПА может продолжать безостановочно работать на одном, исправном ТО. К тому же охлаждающий тракт исправного ТО служит каналом для прохождения топливного газа в КС приводного двигателя.

2. Дополнительный ТО снабжен сообщающимся с окружающей средой предохранительным клапаном. В случае появления под высоким давлением газа-охладителя в охлаждаемом тракте ТО при разрушении теплообменной трубки предохранительный клапан выпускает часть этого газа в окружающую среду. Этим самым предохранительный клапан предохраняет от разрушения корпус ТО и уменьшает вероятность прохождения газа-охладителя в приводной двигатель через посредство трубопроводов системы смазки.

3. ТО снабжены датчиками давления и системами автоматической защиты от превышения давления внутри корпуса ТО. Датчики давления подают сигнал превышении выше допустимого давления сред внутри корпуса ТО, а система автоматической защиты, получив сигнал от датчиков давления, передает команду исполнительным механизмам на закрытие (постоянных) запорных органов на трубопроводах на входе в ТО и на выходе из ТО.

4. Наиболее важные защитные элементы в деле предотвращения прохождения газа-охладителя из поврежденного ТО в корпус ГПА через посредство трубопроводов системы смазки, которыми снабжен предложенный ГПА это отсечные клапаны (ОК) и стопорные клапаны (СК), которые установлены последовательно на входе в ТО и на выходе из ТО и которые работают автоматически. Для автоматической работы ОК и СК никаких датчиков, преобразователей и т. п. не требуется. Оба клапана срабатывают, используя повышенный по величине перепад давлений СОЖ внутри корпуса ТО, когда там появляется под высоким давлением газ-охладитель. Причем, отсоединить ТО от внешних трубопроводов для СОЖ должны в первую очередь ОК. Если в этом случае при повреждении ТО ОК не срабатывают по каким-либо причинам, то в этом случае срабатывает следующая ступень защиты CК. Эти две ступени защиты повышают надежность ГПА в эксплуатации.

5. Главным конструкторским элементом, которым снабжен предложенный ГПА, является гидравлический затвор гидрозатвор. Гидрозатворы U-образной конструкции подключены к сливному и напорному трубопроводам для СОЖ между корпусом ГПА и ТО. Гидрозатворы используют для своей работы СОЖ агрегата и позволяют конструктивно исключить вероятность прохождения газа-охладителя из поврежденного ТО в корпус агрегата. Гидрозатворы вступают в работу по защите агрегата только тогда, когда по каким-либо причинам не сработают ОК и СК у поврежденного ТО.

6. В конструкции предложенного ГПА к сливному трубопроводу для СОЖ подключен газоотделитель. Его предназначение не допустить совместно с гидрозатвором на этом трубопроводе прохождение газа-охладителя в очень малых дозах в корпус ГПА. Благодаря работе газоотделителя, газ уходит в атмосферу и потому не может скапливаться в корпусе ГПА.

7. ГПА снабжен топливной системой, которая включает КС, дополнительный трубопровод, который сообщает КС с ТО по охлаждающему тракту, регулятор давления топливного газа, подключенный к дополнительному трубопроводу. Кроме основного назначения подавать топливный газ в КС приводного двигателя - топливная система в конструкции предложенного ГПА создает два положительных эффекта. В КС после ТО газ проходит с повышенной температурой, повышая этим самым КПД приводного двигателя. Отбор и использование в КС части газа-охладителя, прошедшего ТО, уменьшает количество подогретого газа, которое проходит на вход компрессорной машины, повышая этим самым ее весовой расход, то есть КПД.

8. Конструкция ГПА допускает его безостановочную работу, даже если все ТО по каким-либо причинам отключены. Топливный газ в этом случае проходит в КС следующим путем: всасывающий трубопровод компрессорной машины, выходные трубопроводы ТО по охлаждающему тракту в части (только) их сообщения со всасывающим трубопроводом и далее, в дополнительный трубопровод топливной системы, регулятор давления топливного газа, КС. В этом случае в КС топливный газ поступает "неподогретым".

9. Если охлаждающий тракт какого-либо ТО исправен, а сам ТО отключен по какой-либо другой (другой) причине, то при необходимости охлаждающий тракт этого ТО может быть использован в качестве топливопровода для подачи топливного газа в КС.

На чертеже схематично изображен ГПА.

Конструкция ГПА выполнена следующим образом. На общей раме-маслобаке 1 размещены газотурбинная установка 2, которая является приводным двигателем ЦН 3 для транспортирования газа с всасывающим трубопроводом 4 и нагнетательным трубопроводом 5. В камеру сгорания 6 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 последовательно ТО 9 по охлаждающему тракту в виде теплообменных трубок 10, а к трубопроводу 8 подключен последовательно ТО 11 по охлаждающему тракту в виде теплообменных трубок 12. Через посредство трубопровода 13 трубопровод 7 топливной системы сообщен с всасывающим трубопроводом 4. Трубопровод 7 топливной системы снабжен регулятором 14 давления топливного газа. Всасывающий трубопровод 4 снабжен регулятором 15 расхода газа через ТО 9 и 11.

Рама-маслобак 1 с помощью перегородки 16 разделена на два отсека - отсек 17 холодной СОЖ и отсек 18 горячей СОЖ. В отсек 17 СОЖ сливается после охлаждения в ТО 9 и 11, а в отсек 18 горячая СОЖ сливается из подшипников газотурбинной установки 2 и ЦНЗ. На смазку и охлаждение подшипников газотурбинной установки 2 и ЦНЗ холодная СОЖ специальным насосом (на чертеже не показан) подается из отсека 17.

К маслобаку 1 через посредством канала А присоединен гидрозатвор 19, который совместно с отсеком 17 образует U-образный гидрозатвор. В гидрозатворе 19 в качестве рабочей жидкости используется СОЖ ГПА. Органом для перекрытия трубопровода для СОЖ затвором в гидрозатворе 19 служит столб СОЖ, высота которого измеряется между верхней стенкой канала А и верхним уровнем СОЖ в гидрозатворе 19. Высотой этого столба жидкости этим затвором определяется величина давления газа, которую гидрозатвор 19 может удержать.

Сверху к гидрозатвору 19 присоединен газоотделитель 20, внутренняя полость которого сообщена с окружающей средой с атмосферой через посредством атмосферной трубы 21, а с гидрозатвором 19 каналом в днище газоотделителя 20.

К маслобаку 1 через посредство канала В присоединен гидрозатвор 22, который совместно с отсеком 18 образует U-образный гидрозатвор. В гидрозатворе 22 в качестве рабочей жидкости используется СОЖ ГПА. Ниже верхнего уровня СОЖ в гидрозатворе 22 помещен насос 23 для перекачивания СОЖ по трубам системы смазки. Затвором в гидрозатворе 22 служит столб СОЖ, высота которого измеряется между верхней стенкой канала В и нижней точкой всасывающего патрубка насоса 23. Высотой этого столба жидкости этим затвором - определяется величина давления газа, которую гидрозатвор 22 может удержать.

Для сообщения внутренней полости гидрозатвора 22 с окружающей средой с атмосферой сверху к гидрозатвору 22 присоединена атмосферная труба 24.

В необходимых случаях внутренняя полость ТО 9 отсоединяется от полости С с помощью ОК 25, а от полости D с помощью ОК 26. ТО 9 снабжен также СК 27 и СК 28.

В необходимых случаях внутренняя полость ТО 11 отсоединяется от полости Е с помощью ОК 29, а от полости F с помощью ОК 30. ТО 11 снабжен также СК 31 и СК 32.

Все защитные клапаны ОК 25, 26, 29, 30 и СК 27, 28, 31, 32 включаются и выключаются автоматически, без применения датчиков, командных устройств, дополнительных исполнительных механизмов и т. п. Газоотделитель 20 и гидрозатвор 22 через полость насоса 23 сообщены через посредство трубопровода 33 СОЖ всего агрегата. Параллельно трубопроводу 33 СОЖ присоединен трубопровод 34 СОЖ. К трубопроводу 33 по охлаждаемому тракту тракту СОЖ - последовательно подключен ТО 9, а к трубопроводу 34 по охлаждаемому тракту - тракту СОЖ последовательно подключен ТО 11.

Трубопровод 33 вместе с подключенным к нему ТО 9, трубопровод 34 вместе с подключенным к нему ТО 11, а также рама-маслобак 1, гидрозатворы 19, 22, насос 23, газоотделитель 20 образуют систему смазки ГПА. Система смазки агрегата снабжена датчиками давления (на чертеже не показаны), подающими сигнал о превышении давления сред выше расчетной величины, которые могут быть расположены внутри трубопроводов СОЖ 33, 34 или в тракте охлаждаемой среды внутри корпуса ТО 9 или 11. Система смазки ГПА снабжена предохранительными клапанами 35 и 36 от превышения давления, каждый из которых в необходимых случаях сообщает охлаждаемый тракт системы с окружающей средой с атмосферой. Предохранительные клапаны 35 и 36 могут быть расположены и на ТО (как это показано на прилагаемом чертеже), и на трубопроводе СОЖ соответственно, имеют одинаковую конструкцию.

ТО 9 снабжен системой 37 автоматической защиты от превышения давления в охлаждаемом тракте той части системы смазки, которая включает ТО 9, трубопровод 33 СОЖ, насос 23. Система 37 по сигналам от датчиков давления отсоединяет поврежденный ТО 9 от трубопровода 7 топливной системы и от трубопровода 33 СОЖ.

Система 38 автоматической защиты от превышения давления в охлаждаемом тракте системы смазки, которой снабжен ТО 11, имеет такую же конструкцию и такие же функции, как и система 37. Только система 38 по сигналам от датчиков давления отсоединяет поврежденный ТО 11 от трубопровода 8 топливной системы и от трубопровода 34 СОЖ.

ГПА снабжен постоянными запорными органами (на чертеже не показаны). Эти запорные органы размещены на трубопроводе 7 топливной системы и на трубопроводе 33 СОЖ на входе (соответствующей среды) в ТО 9 и на выходе из него, на трубопроводе 8 топливной системы и на трубопровод 34 СОЖ на входе в ТО 11 и на выходе из него. Все запорные органы управляются автоматически с помощью приводных исполнительных механизмов. В качестве рабочего тела в приводных механизмах может применяться под высоким давлением транспортируемый по газопроводу газ. Стопорные клапаны СК 27, 28, 31, 32 имеют одинаковую конструкцию. Как устроен СК, показано на примере конструкции СК 31. Зафиксированная на корпусе ТО 11 серьга 39 удерживает коромысло 40, которое может поворачиваться на некоторый угол на шарнире, установленном в серьге 39. В цилиндре 41 с окнами 42 для прохождения СОЖ может перемещаться вниз (и вверх) поршень 43, который с помощью тяги 44 шарнирно соединен с концом коромысла 40. С другим концом коромысла 40 шарнирно соединен противовес 45, который в исходном положении опирается на днище корпуса СК 31. Вместо противовеса 45 в конструкции СК 31, 32, 27, 28 может быть применена пружина. Но противовес все же предпочтительнее. В конструкции цилиндра 41 уплотнительный поясок 46 необходим для ограничения перемещения поршня 43 вниз и для герметичного отсоединения внутренней полости СК 31 от внутренней полости патрубка 47, когда поршень 43 находится в нижнем (рабочем) положении.

При работе ГПА газ транспортируют по газопроводу путем его сжатия в компрессорных машинах. Газ с низкой температурой проходит во всасывающий трубопровод 4, сжимается в центробежном нагнетателе 3 и с повышенным давлением подается в нагнетательный трубопровод 5. Направление движения газа на чертеже показано стрелками. Небольшая часть газа из всасывающего трубопровода 4 проходит в трубопровод 7 топливной системы и в параллельно подключенный к нему трубопровод 8 этой же системы. Как уже упоминалось выше, гидрозатвор 19 совместно с отсеком 17, сообщенными посредством канала А, образуют U-образный гидрозатвор, уровень жидкости в котором устанавливается по принципу сообщающихся сосудов. То есть уровень жидкости в гидрозатворе 19 и в отсеке 17 всегда одинаков.

Гидрозатвор 22 совместно с отсеком 18, сообщенными посредством канала В, образуют U-образный гидрозатвор, уровень жидкости в котором устанавливается по принципу сообщающихся сосудов. То есть уровень жидкости в гидрозатворе 22 и в отсеке 18 маслобака 1 всегда одинаков. Насос 23 откачивает горячую СОЖ из гидрозатвора 22 и направляет по трубопроводу 33 в ТО 9 для охлаждения. Направление перемещения СОЖ показано на чертеже стрелками. Количество СОЖ, откачиваемой насосом 23 из гидрозатвора 22, тут же восполняется СОЖ, которая перетекает по каналу В из отсека 18. К трубопроводу 33 ТО 9 подключен (последовательно) по охлаждаемому тракту. После прохождения ТО 9 по трубопроводу 33 СОЖ направляется в газоотделитель 20, где сливается сверху вниз по наклонным пластинам. Из газоотделителя 20 СОЖ через проем в днище сливается в полость гидрозатвора 19. По мере откачивания насосом смазки (на чертеже не показан) холодной СОЖ из отсека 17 на смазку и охлаждение подшипников газотурбинной установки 2 и центробежного нагнетателя 3, уровень СОЖ в отсеке 17 сохраняется благодаря перетеканию СОЖ из гидрозатвора 19 через канал А.

К трубопроводу 33 параллельно присоединен трубопровод 34 для СОЖ, к которому подключен (последовательно) по охлаждаемому тракту ТО 11, предназначенный для охлаждения СОЖ.

Процесс охлаждения СОЖ в конструкции предложенного ГПА показан на примере функционирования ТО 11. Горячая СОЖ из трубопровода 34 через патрубок 47 поступает в стопорный клапан СК 31. Поскольку в исходном положении СК 31 окна 42 в цилиндре 41 для прохождения СОЖ открыты поршень 43 находится в верхнем положении, СОЖ через окна 42 проходит во внутреннюю полость СК 31 и заполняет ее, включая полость Е. Из полости Е через открытый входной отсечной клапан ОК 29 СОЖ проходит во внутреннюю полость ТО 11 и омывает теплообменные трубки 12, внутри которых перемещается холодный газ, охладитель. Теплообменные трубки на чертеже условно показаны в виде змеевика 12, последовательно включенного в трубопровод 8 топливной системы. В процессе обмена тепла между средами через стенки теплообменных трубок 12 температура этих сред, находящихся по разные стороны от стенки теплообменной трубки, стремится к выравниванию: горячая СОЖ в ТО 11 охлаждается, а холодный газ-охладитель нагревается.

После прохождения ТО 11 нагретый газ-охладитель по трубопроводу 8 проходит в трубопровод 7 топливной системы.

Охлажденная СОЖ из внутренней полости ТО 11 через открытый ОК 30 проходит в полость F и далее заполняет внутреннюю полость СК 32. Из СК 32 через окна в цилиндре (такие же, как окна 42 в СК 31) СОЖ проходит в патрубок (такой же, как патрубок 47 в СК 31) и далее в трубопровод 34, после которого СОЖ проходит в трубопровод 33. Точно таким же образом СОЖ охлаждается и в ТО 9, проходя из трубопровода 33 через СК 27, полость С, ОК 25 и омывая теплообменные трубки 10. На выходе из ТО 9 СОЖ проходит через ОК 26, полость D, СК 28 в трубопровод 33.

Таким образом, пройдя ТО 9 и 11, охлажденная до необходимой температуры СОЖ проходит по трубопроводу 33 в газоотделитель 20, гидрозатвор 19, а затем через посредство канала А в маслобак 1.

После прохождения ТО 9 и 11 два потока горячего газа-охладителя объединяются в трубопроводе 7 топливной системы в месте присоединения к нему трубопровода 8 по направлению перемещения газа. Затем этот горячий газ снова разделяется на два потока. Часть горячего газа по трубопроводу 7 под расчетным постоянным давлением направляется в качестве топлива в камеру сгорания 6 газотурбинной установки 2, где, смешиваясь с воздухом, сгорает, образуя рабочее тело для работы газотурбинной установки 2. Расчетное постоянное давление топливного газа в КС обеспечивает регулятор давления 14 топливного газа. Другая часть нагретого газа из трубопровода 7 по трубопроводу 13 проходит во всасывающий трубопровод 4, где смешивается с основным потоком транспортируемого холодного газа и проходит на вход ЦН 3.

В зависимости от режима работы ГПА снижение температуры СОЖ в ТО 9 и 11 до расчетной величины автоматически обеспечивает регулятор 15 расхода газа через ТО. Уменьшая расход газа через всасывающий трубопровод 4, регулятор 15 увеличивает расход газа-охладителя в ТО 9 и 11, и наоборот.

ТО 9 и 11 в процессе эксплуатации могут повреждаться до такой степени, что требуют скорейшего выключения. Одним из самых серьезных является повреждение в ТО теплообменной трубки, когда внутри корпуса ТО через трещину в стенке поврежденной теплообменной трубки газ-охладитель (имеющий более высокое давление) проникает в межтрубное пространство и смешивается с СОЖ. Газ-охладитель, проникший в СОЖ т.е. в охлаждаемый тракт ТО представляет опасность, поскольку может по трубопроводам для СОЖ из охлаждаемого тракта ТО (по трубам сливным и напорным для СОЖ) переместиться в конечном итоге в корпус ГПА, где, соединившись с воздухом в определенной концентрации, может образовать пожароопасную и даже взрывоопасную смесь, если имеется при этом наличие открытого огня. Чтобы предотвратить прохождение газа-охладителя в корпус ГПА, система смазки агрегата снабжена защитными клапанами: отсечными клапанами ОК 25,26,29,30 и стопорными клапанами СК 27,28,31,32. Эти защитные клапаны работают автоматически без применения датчиков, исполнительных и командных механизмов и срабатывают мгновенно в случае повреждения теплообменной трубки в ТО.

Работа защитных клапанов показана на примере ТО 11. В процессе работы ГПА при аварийном разрушении стенки теплообменной трубки 12 газ-охладитель из теплообменной трубки 12 проходит под относительно высоким давлением в охлаждаемый тракт (в межтрубное пространство) ТО 11, смешиваясь с СОЖ и занимая при этом по причине относительно небольшого удельного веса верхнюю часть охлаждаемого тракта (объема). Давление сред во внутренней полости ТО 11 повышается. Разность давлений между полостями Е, F и внутренней полостью ТО 11 увеличивается. Сила от разности давлений СОЖ между полостями Е и F и занимающей нижнюю часть внутреннего объема ТО 11 СОЖ оказывает давление на ОК 29 и 30 в сторону их закрытия. Когда ОК 29 и 30 исправны, они под действием этой силы быстро закрываются. На чертеже закрытое положение ОК 29 и 30 показано штрих-пунктирными линиями. Внутренняя полость ТО 11 таким образом автоматически и мгновенно отсоединяется от внешних присоединений трубопроводов "по СОЖ" от трубопровода 34 по напорной и по сливной стороне.

В то же время открывается предохранительный клапан 36 и выпускает часть газа в атмосферу, ограничивая таким образом величину давления сред во внутренней полости.

В этот же момент по сигналу от датчиков давления, расположенных, например, во внутренней полости ТО 11 (на чертеже датчики давления не показаны), система 38 автоматической защиты от превышения давления в охлаждаемом тракте системы смазки подает команду на закрытие (постоянных) запорных органов на трубопроводах 8 и 34 на входе в ТО 11 и на выходе из ТО 11 (на чертеже эти запорные органы не показаны).

После закрытия запорных органов на трубопроводах 8 (и 34) газ-охладитель прекращает выходить из поврежденной теплообменной трубки 12 во внутреннюю полость. Давление сред во внутренней полости ТО 11 уменьшается до такой величины, когда исчезает перепад давлений между полостями E и F и внутренней полостью ТО 11. При этом ОК 29 и 30 занимают исходное положение (открываются). Предохранительный клапан 36 закрывается.

Если при повреждении теплообменной трубки 12 и последующем повышении давления сред внутри ТО 11 один из ОК повредился не закрылся по причинам, которые были указаны выше, то происходит следующее. Например, не закрылся ОК 29, а ОК 30 исправен и закрылся. Из поврежденной теплообменной трубки 12 газ-охладитель под относительно большим давлением проходит во внутреннюю полость ТО 11 и занимает верхнюю часть внутреннего объема. Давление сред газ
СОЖ увеличивается. Занимающая нижнюю часть внутреннего объема СОЖ проходит через открытый ОК 29 в полость Е, внутреннюю полость СК 31 к открытым окнам 42. Создается при этом разность давлений между внутренней полостью ТО 11 и полостью F, внутренней полостью патрубка 47. Большее давление при этом во внутренней полости ТО 11. Сила от этой разности давлений СОЖ закрывает ОК 30 и в то же время оказывает давление на поршень 43 в конструкции СК 31 в направлении сверху вниз (по чертежу). Свободно перемещаясь в цилиндре 41, поршень 43 опускается вниз до упора в уплотнительный поясок 46 и закрывает при этом окна 42. Увлекаемое тягой 44 шарнирно зафиксированное на серьге 39 коромысло 40 поворачивается на некоторый угол. На другом конце коромысла 40 закрепленный шарнирно противовес 45 поднимается вверх (по чертежу) (до этого момента противовес 45 опирался на днище корпуса СК 31). Внутренняя полость ТО 11 таким образом отсоединена от внутренней полости входного патрубка 47. В итоге внутренняя полость поврежденного ТО 11 отсоединена от трубопровода 34 СОЖ с помощью ОК 30 и СК 31. В этот момент по сигналу от датчиков давления, расположенных, например, во внутренней полости ТО 11, система 38 автоматической защиты от превышения давления в охлаждаемом тракте системы смазки подает команду на закрытие (постоянных) запорных органов на трубопроводах 8 и 34 на входе в ТО 11 и на выходе из ТО 11. Предохранительный клапан 36 выпускает часть газа в атмосферу, снижая давление сред во внутренней полости ТО 11. После закрытия постоянных запорных органов на трубопроводах 8 и 34 на входе в ТО 11 и на выходе из него газ-охладитель не выходит из поврежденной теплообменной трубки 12 во внутреннюю полость. Давление сред во внутренней полости ТО 11 уменьшается до такой величины, когда исчезает перепад давлений между полостью F, внутренней полостью входного патрубка 47 и внутренней полостью ТО 11. В этих условиях приходят в исходное положение оба защитных клапана ОК 30 и СК 31. В конструкции СК 31 под действием силы земного притяжения противовес 45 опускается вниз (по чертежу) и поднимает вверх (по чертежу) поршень 43 через коромысло 40 и тягу 44. При этом окна 42 открываются, восстанавливая канал для прохода СОЖ. Предохранительный клапан 36 закрывается.

Если при повреждении ТО 11 оказывается поврежденным ОК 30, то СК 32 срабатывает точно при таких же условиях и таким же образом, как срабатывает СК 31.

Поскольку по причине повреждения ТО 11 выключается из работы, то вся СОЖ ГПА в этом случае охлаждается в ТО 9.

В случае повреждения ТО 9, последний с помощью ОК 25 и 26, а если потребуется, с помощью СК 27 и 28 автоматически и мгновенно выключается из работы с последующим закрытием постоянных запорных органов на трубопроводах 7 и 33 на входе в ТО 9 и на выходе из него, а вся СОЖ ГПА в этом случае охлаждается в исправном ТО 11.

Если в ТО 9 при аварийном повреждении теплообменной трубки 10 по каким-нибудь причинам не сработает ОК 25, в этом случае от трубопровода 33 отсоединит ТО 9 на входе СК 27. Если не сработает по каким-нибудь причинам ОК 26, в этом случае от трубопровода 33 отсоединит ТО 9 на выходе СК 28.

Стопорные клапаны СК 32, 27, 28 работают точно также и в таких же условиях, как и СК 31.

При повреждении ТО 9 срабатывает предохранительный клапан 35 и выдает команду на закрытие постоянных запорных органов система 37 автоматической защиты от превышения давления в охлаждаемом тракте системы смазки.

В предложенной конструкции ГПА СК 27, 28, 31, 32 для обеспечения гарантированной надежности агрегата дублируют (подстраховывают) работу ОК 25, 26, 29, 30 соответственно. Но есть в работе СК еще одна дополнительная положительная роль, направленная на повышение надежности ГПА и не связанная с подстраховкой соответствующего ОК, если последний по какой-либо причине не закрылся при повреждении ТО. Суть этой дополнительной роли сводится к следующему.

При повреждении, например ТО 11 из-за теплообменных трубок 12, ОК 29 и 30, как было описано выше, закрываются. ОК 30 закрыт плотно и протечек СОЖ не допускает. ОК 29 закрыт неплотно. Из-за небольших протечек СОЖ через неплотности ОК 29 уровень СОЖ в ТО 11 постепенно понижается и до момента закрытия постоянных запорных органов на трубопроводах 8 и 34 на входе в ТО 11 и на выходе доходит до критического уровня до верхнего края проема ОК 29 (по чертежу) на чертеже критический уровень СОЖ расположен примерно на уровне расположения шарнира ОК 29. Вязкость газа значительно меньше вязкости СОЖ, поэтому способность газа проходить через неплотности значительно выше по сравнению с этим свойством у СОЖ. Как только уровень СОЖ в ТО 11 опустится ниже критического (ниже шарнира ОК 29), газ даже через небольшие неплотности в закрытом ОК 29 под давлением быстро проходит в полость Е, создавая в последней газовую "подушку", полость Е заполняется газом а значит создается и повышенное давление во внутренней полости СК 31. И хотя ОК 29 в этот момент открывается (открывается потому, что исчезает перепад давлений между полостью Е и внутренней полостью ТО 11), это уже не имеет никакого значения. Газ, находящийся в полости Е "в верхней части внутреннего объема СК 31" - оказывает давление на СОЖ в нижней части указанного объема. В результате в этот момент создается разность давлений СОЖ над поршнем 43 и под поршнем 43. Сила от разности давлений, направленная сверху вниз (по чертежу), пеpемещает поршень 43 вниз до упора в уплотнительный поясок 46 и закрывает окна 42 в цилиндре 41. Противовес 45 при этом посредством тяги 44 и коромысла 40 занимает верхнее рабочее положение. По причине высокой степени плотности (высокой степени герметичности уплотнения) между днищем поршня 43 и уплотнительным пояском 46 СОЖ из внутренней полости СК 31 практически не протекает во входной патрубок 47. То есть уровень СОЖ в СК 31, когда окна 42 перекрыты поршнем 43, остается без снижения сколько угодно большой период времени, которого вполне достаточно на закрытие наружных постоянных запорных органов с фиксированным положением на трубопроводах 8 и 34. Если появятся протечки в закрытом ОК 30, то точно таким же образом СК 32 будет создавать герметичность между внутренней полостью ТО 11 и присоединенным к нему трубопроводом 34 СОЖ на выходе из ТО 11. Описанное свойство СК 31 направлено на значительное увеличение "времени безопасности" в работе ГПА с газовым охлаждением СОЖ. Этим свойством обладают и остальные СК 32,27,28. Под "временем безопасности" здесь имеется ввиду время от момента повреждения теплообменной трубки в ТО до момента открытия внутри этого ТО защитных клапанов, то есть время, в течение которого поврежденный ТО отсоединен от внешних трубопроводов для СОЖ автоматически срабатывающими ОК 25, 26, 29, 30 или дублирующими их соответственно СК 27, 28, 31, 32.

После закрытия наружных постоянных запорных органов на трубопроводах 8 и 34 ОК 30 и СК 31 (или в другом случае ОК 29 и СК 32) автоматически возвращаются из рабочего в исходное положение так, как об этом изложено выше по тексту.

СК 27,28,31,32 надежно дублируют, в случае необходимости, работу ОК 25, 26, 29, 30 соответственно в части защиты корпуса ГПА от прохождения в него через трубы для СОЖ газа-охладителя и потому существенно повышают гарантии безотказной и безаварийной работы ГПА в эксплуатации. Но в конструкции самих СК имеются подвижные элементы и потому СК имеют практически те же недостатки в части их надежности, какие имеют ОК. СК могут в нужный момент отказать в работе по причине "заедания" в шарнирах. Может сдеформироваться или разрушиться вовсе любой из элементов кинематической связи любого СК (например 44, 39, 40) и даже цилиндр, например 41. Отказ в нужный момент в работе СК может послужить причиной для прохождения газа-охладителя из поврежденного ТО по трубам для СОЖ в корпус ГПА, что недопустимо.

С целью исключить конструктивно возможность прохождения газа-охладителя по трубам для СОЖ в корпус ГПА конструкция предложенного ГПА снабжена гидрозатворами: гидрозатвор 19 на сливной стороне трубопроводов для СОЖ, гидрозатвор 22 на напорной стороне трубопроводов для СОЖ. Функционируют гидрозатворы 19 и 22 следующим образом.

Например, в процессе эксплуатации по причине повреждения теплообменной трубки 10 должен выключиться из работы ТО 9. В этом ТО ОК 25 закрылся нормально, а ОК 26 остался открытым по тем или иным причинам, о которых изложено выше. Если не закрылся, то должен закрыться в этом случае дублирующий его СК 28. Однако поршень в конструкции СК 28 (такой же, как поршень 43 в конструкции СК 31) не опускается вниз (по чертежу) и не закрывает окна (такие же, как окна 42) в цилиндре (в таком же, как цилиндр 41) в конструкции СК 28. О причинах возможного "несрабатывания" СК, в том числе и СК 28, говорилось выше по тексту. В этом случае уровень СОЖ в ТО 9 быстро понижается, т.к. СОЖ имеет свободный выход из внутренней полости ТО 9 через открытые ОК 26 и СК 28. При этом необходимо иметь ввиду, что если не закрылись ОК 26 и СК 28, то вполне вероятно, что при этих условиях (когда внутри ТО 9 не создалось высокого давления сред газ СОЖ) ОК 25 и СК 27 тоже не закроются. Но СОЖ из внутренней полости ТО 9 не будет перемещаться в сторону полости С, поскольку этому препятствует поток СОЖ, перемещаемый насосом 23. Поэтому вся СОЖ перемещается в сливную часть трубопровода 33 и направляется "по пути наименьшего сопротивления" на слив в газоотделитель 20. Вслед за СОЖ (или вместе с СОЖ) по трубопроводу 33 устремляется газ-охладитель. В газоотделителе 20 СОЖ под действием силы тяжести стекает по наклонным пластинам газоотделителя в нижнюю часть корпуса газоотделителя, а затем через канал в днище газоотделителя в гидрозатвор 19, откуда через посредство канала А проходит в отсек 17 холодной СОЖ маслобака 1. Газ-охладитель, прорвавшийся из ТО 9, пройдя по трубопроводу 33 в газоотделитель 20, направляется по атмосферной трубе 321 в окружающую среду в атмосферу. Газ-охладитель не может пройти в маслобак 1, т.к. образующие U-образный гидрозатвор с помощью канала А отсек 17 и собственно гидрозатвор 19 препятствуют этому. При этом та часть СОЖ, которая смешалась с газом-охладителем, освобождается от последнего в газоотделителе 20. Процесс отделения газа от СОЖ в газоотделителе 20 простой и заключается в следующем. СОЖ очень тонким слоем стекает сверху вниз поочередно по всем наклонным пластинам. Пузырьки газа из тонкого слоя СОЖ, стекающего по наклонной пластине (наклонных пластин может быть любое количество, см. чертеж), легко вырывается, и освободившийся от СОЖ газ с удельным весом меньше атмосферного воздуха поднимается вверх и по атмосферной трубе 21 уходит в окружающую среду в атмосферу.

Несколько иначе работает ГПА в случае отказа в работе защитных клапанов
ОК и СК, расположенных на входе в ТО. Например, при повреждении теплообменной трубки 10 в ТО 9 не закрылись ОК 25 и СК 27. В этом случае газ-охладитель перемещается вслед за вытесняемой СОЖ также "по пути наименьшего сопротивления". А направление пути наименьшего сопротивления может быть различным: и в зависимости от величины давления СОЖ на выходе из насоса 23, и в зависимости от величины сопротивления трубопроводов на напорной стороне от ТО, на сливной стороне от ТО, и в зависимости от величины сопротивления по СОЖ самих ТО. При этом возможны по меньшей мере три варианта положений защитных клапанов и перемещений СОЖ в системе смазки.

Первый вариант, наиболее вероятный. Если в поврежденном ТО 9 не закроются защитные клапаны 25 и 27, то не закроются и клапаны 26, 28. При таком положении указанных защитных клапанов газ-охладитель вместе с потоком СОЖ будет проходить в напорную часть и в сливную часть трубопровода 33. По сливной части трубопровода 33 газ переместится в газоотделитель 20, а затем по трубе 21 в атмосферу. По напорной части трубопровода 33 газ пройдет по трубопроводу 34 в ТО 11 и образует внутри последнего "газовую подушку", которая уменьшит съем тепла в СОЖ в ТО 11. Кроме этого газ по трубопроводу 34 и 33 переместится в газоотделитель 20 и далее в атмосферу по трубе 21.

Второй вариант, один из наиболее вероятных, особенно если количество ТО больше двух. В поврежденном ТО 9 защитные клапаны 25 и 27 не закрылись, а клапан 26 закрылся. В этом случае газ из ТО 9 по трубопроводам 33 и 34 проходит в ТО 11 и далее по трубопроводам 34 и 33 в газоотделитель 20 и в атмосферу по трубе 21. Тут же следует заметить, что в этом случае образованная газом "газовая подушка" в ТО 11 заметно снизит величину съема тепла с СОЖ в этом ТО.

И, наконец, третий вариант. В системе смазки имеются только два ТО 9 и 11.

Если газ-охладитель прорвется через ОК 25 и СК 27 в трубопровод 33, то газ, переместившись затем в трубопровод 34, уменьшит расход СОЖ через исправный ТО 11, т. е. уменьшит степень охлаждения СОЖ в ТО 11, поскольку во внутренней его полости, где расположены теплообменные трубки, образуется "газовая полость" ("газовая подушка"), "выключающая" часть верхних теплообменных трубок из работы (из "теплопередачи"). А через небольшой промежуток времени закроется ОК 30 (или закроется дублирующий его СК 32) и полностью выключит из работы ТО 11 (защитные клапаны 29 и 31 останутся открытыми).

После выключения из работы ТО 11 сработают (выпустят часть газа в атмосферу) предохранительные клапаны 35 и 36, системы 37 и 38 защиты от превышения давления в охлаждаемом тракте системы смазки, получив сигнал от датчиков давления, подают команду на закрытие наружных постоянных запорных органов на трубопроводах "по СОЖ" и "по газу" на входе и на выходе у обоих ТО 9 и 11. А до момента закрытия наружных запорных органов у ТО 9 и 11 газ-охладитель направляется по напорному трубопроводу 33, преодолевая давление (сопротивление СОЖ), создаваемые насосом 23, в сторону гидрозатвора 22 в направлении, противоположном расчетному перемещению СОЖ в напорной части трубопровода 33 (между насосом 23 и местом присоединения к трубопроводу 33 трубопровода 34). Насос 23, в этом случае, переходит на нерасчетный режим работы, а газ-охладитель проходит в корпус насоса 23 и через всасывающий патрубок насоса 23 в гидрозатвор 22. Преодолев небольшой слой СОЖ в гидрозатворе 22 от верхней точки всасывающего патрубка насоса 23 до верхнего уровня СОЖ в гидрозатворе 22, газ-охладитель уходит из СОЖ по атмосферной трубе 24 в окружающую среду в атмосферу. Газ-охладитель в этом случае не может переместиться в раму-маслобак 1 точнее, в отсек 18 горячей СОЖ т.к. для этого ему потребовалось бы преодолеть столб жидкости, высота которого измеряется от верхней стенки канала В до нижней точки всасывающего патрубка насоса 23, и который многократно больше столба жидкости от верхней точки всасывающего патрубка насоса 23 до верхнего уровня СОЖ в гидрозатворе 22. Таким образом, благодаря наличию гидрозатвора 22 на напорной стороне трубопровода 33 для СОЖ в маслобак 1 газ-охладитель переместиться не может. Газ-охладитель уходит "по пути наименьшего сопротивления" по атмосферной трубе 24 в атмосферу. Поскольку в последнем случае оба ТО 9 и 11 - выключаются из работы, то результатом этого должен быть аварийный останов ГПА по причине увеличения температуры СОЖ выше расчетной или по причине снижения уровня СОЖ ниже допустимой величины в отсеке 17 холодной СОЖ маслобака 1.

Как видно из изложенного выше, перемещение газа-охладителя по трубам для СОЖ в корпус ГПА конструктивно исключено, благодаря наличию в конструкции ГПА гидрозатворов. Что касается применения в конструкции ГПА двухступенчатой автоматической защиты от прорыва газа-охладителя в корпус ГРА с помощью отсечных клапанов и дублирующих их стопорных клапанов, то это выполнено в большей степени с целью прежде всего исключить в эксплуатации аварийные остановы ГПА по причине повреждения ТО из-за разрушения теплообменных трубок, когда ГПА продолжает безостановочно работать, а аварийно поврежденный в его системе смазки ТО с помощью постоянных запорных органов отключается для ремонта или замены на исправный.

При эксплуатации ГПА с газовым охлаждением СОЖ могут быть случаи появления микротрещин у теплообменных трубок ТО. Например, микротрещина появилась в ТО 11 у теплообменной трубки 12. Расход газа-охладителя через микротрещину очень небольшой. Маленькие пузырьки газа из внутренней полости ТО 11 уносятся потоком СОЖ, через открытый ОК 30, открытый СК 32, трубопроводы 34 и 33 в газоотделитель 20. В газоотделителе 20 это очень небольшое количество газа отделяется от СОЖ и уходит в атмосферу через атмосферную трубу 21, а СОЖ, освободившись от газа, сливается на днище газоотделителя 20, а затем через канал в днище в гидрозатвор 19. Поэтому в ТО 11 "газовая подушка" образоваться не может по причине появления микротрещины в стенке теплообменной трубки 12.

Таким же образом уходит в атмосферу газ, попавший в СОЖ из микротрещины в стенке теплообменной трубки 10 в ТО 9 c потоком СОЖ через клапаны 26, 28, трубопровод 33, газоотделитель 20, атмосферную трубу 21.

Точно таким же путем по атмосферной трубе 21 уходит в атмосферу газоохладитель, который попадает в поток СОЖ в ТО 9 или 11 через трещину в соответствующей теплообменной трубке, если расход газа-охладителя через эту трещину больше, чем через микротрещину, но этого расхода недостаточно для создания величины давления сред СОЖ газ внутри корпуса 10, необходимой для срабатывания защитных клапанов ОК 25,26,29,30 или СК 27,28,31,32.

Cущность изобретения: компрессорную машину для транспортировки газа с всасывающим и нагнетательным трубопроводами вращает приводной двигатель. К трубопроводу системы смазки подключен по охлаждаемому тракту теплообменник с предохранительным клапаном. По охлаждающему тракту теплообменник подключен через посредство входного и выходного трубопроводов газоохладителя параллельно всасывающему трубопроводу. Агрегат снабжен параллельно подключенным к основному дополнительным теплообменником с предохранительным клапаном. Охлаждаемые тракты теплообменников снабжены датчиками давления, системами автоматической защиты от превышения давления. К охлаждаемому тракту теплообменников последовательно подключены работающие автоматически отсчетные и стопорные клапаны. Между корпусом агрегата и теплообменниками на напорном и сливном трубопроводах системы смазки включены гидравлические затворы, работающие на смазочно-охлаждающей жидкости, а к сливному трубопроводу подключен газоотделитель. Агрегат снабжен топливной системой. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газоперекачивающий агрегат, содержащий компрессорную машину для транспортирования газа со всасывающим и нагнетательным трубопроводами, приводной двигатель, систему смазки с теплообменником, снабженным сообщающимся с окружающей средой предохранительным клапаном и подключенным по охлаждаемому тракту к напорному и сливному трубопроводам смазочно-охлаждающей жидкости, а по охлаждающему тракту входным и выходным трубопроводами к всасывающему трубопроводу, регулятор расхода газа через теплообменник, расположенный на участке присоединения последнего, к всасывающему трубопроводу, отличающийся тем, что агрегат снабжен параллельно подключенным к основному дополнительным теплообменником с предохранительным клапаном, охлаждаемые тракты теплообменников снабжены датчиками давления, системами защиты от превышения давления и последовательно установленными на входе и выходе автоматически работающими отсечными и стопорными клапанами, а система смазки снабжена гидравлическими затворами на напорном и сливном трубопроводах смазочно-охлаждающей жидкости, подключенными между корпусом агрегата и теплообменниками. 2. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен газоотделителем, установленным на сливном трубопроводе. 3. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что приводной двигатель имеет топливную систему, включающую дополнительный трубопровод между приводным двигателем и теплообменником по охлаждающему тракту и регулятор давления топливного газа, установленный на дополнительном трубопроводе. 4. Агрегат по пп.1 и 3, отличающийся тем, что топливная система имеет обводной трубопровод для сообщения ее непосредственно с всасывающим трубопроводом при отключении всех теплообменников.