Газоперекачивающий агрегат (ГПА), газоход тракта выхлопа ГПА и входной узел газохода тракта выхлопа ГПА Российский патент 2018 года по МПК F01D25/30 E04H12/28 

Группа изобретений относится к области двигателестроения, а именно, к конструкциям составляющих тракта выхлопа газоперекачивающих агрегатов (ГПА), содержащих газотурбинный двигатель (ГТД) в составе газотурбинных установок (ГТУ), и может быть использовано на компрессорных станциях нефтегазовой и энергетической промышленности.

Из существующего уровня техники известен газоперекачивающий агрегат, содержащий газотурбинный двигатель, включающий газогенератор и турбину, расположенные на общей подмоторной раме. ГПА содержит тракт всасывания воздуха с воздуховодами и камерой всасывания, входное устройство для подачи воздушного потока из камеры всасывания на вход двигателя, выхлопную систему с трактом выхлопа для удаления продуктов сгорания. Выхлопная система выполнена с возможностью установки утилизационного теплообменника. Система охлаждения газотурбинной установки выполнена с возможностью принудительной подачи атмосферного воздуха под защитный кожух (RU 2403416 С1, опубл. 10.11.2010).

Известен газоперекачивающий агрегат, содержащий ГТД с входным устройством и центробежный компрессор для сжатия газа, КВОУ, выхлопную систему с выхлопной шахтой для удаления продуктов сгорания. ГТД вместе с входным устройством расположен на общей фундаментной раме. Система охлаждения ГТД выполнена с возможностью обеспечения регулирования количества охлаждающего воздуха. Выхлопная шахта выполнена с возможностью установки утилизационного теплообменника и оснащена погодным колпаком (зонтом) (RU 115843 U1, опубл. 10.05.2012).

Известен выхлопной тракт газоперекачивающего агрегата, содержащий выхлопную трубу, газоход, утилизационный теплообменник и поворотные заслонки (RU 2243385 C1, опубл. 27.12.2004).

Недостатком известных решений является относительно невысокая эффективность, надежность и долговечность работы газоперекачивающего агрегата, неадаптированность конкретно к техническим решениям двухвального, двухконтурного ГТД, сложность получения компромиссного сочетания повышенных значений КПД и ресурса ГПА с одновременным повышением компактности входящих в ГПА сборочных единиц и деталей, входящих в состав ГПА, в том числе недостаточной проработанности тракта выхлопа воздуха, что в конечном итоге, снижает эксплуатационную надежность и ресурс работы как ГТУ, так и ГПА в целом.

Задача, решаемая группой изобретений, заключается в повышении КПД, эксплуатационной надежности и ресурса работы ГПА для транспортировки газа и газотурбинной станции.

Поставленная задача решается тем, что газоперекачивающий агрегат (ГПА) компрессорной станции (КС), согласно изобретению, включает последовательно сообщенные по рабочему телу: тракт всасывания воздуха, включающий комплексное воздухоочистительное устройство (КВОУ), воздуховод и камеру всасывания; газотурбинную установку (ГТУ) с входным устройством (ВУ) для подачи воздуха из камеры всасывания на вход газотурбинного двигателя (ГТД), имеющего модули газогенератора (ГГ) и силовой турбины (СТ), а также соединенный с модулем СТ газоотвод, выполненный в виде улитки; тракт выхлопа отработанных газов, сообщенный газоходом на входе по потоку рабочего тела из СТ с газоотводом и на выходе с завершающей тракт выхлопа выхлопной трубой ГПА; газовый компрессор, сообщенный по крутящему моменту с валом СТ ГТД посредством трансмиссии, включающей промежуточный вал, а также по рабочему телу -перекачиваемому газу с подводящим газопроводом на входе и с отводящим на выходе; при этом газоход ГПА выполнен в виде трубы, большая часть которой, образующая основной участок газохода, выполнена горизонтальной, кроме того газоход содержит переходные участки, первый из которых выполнен наклонным с прямоугольным сечением на входе в плоскости стыка с фланцем газоотвода с соотношением сторон, соответствующим длинам ширины В_ф и высоты Н_ф, определенным в диапазоне значений 1:(1,36÷1,92), и имеет форму корпуса, трансформирующуюся по длине до окружности радиусом R_max,т на выходе в плоскости сопряжения со вторым переходным участком, представляющим криволинейный отвод, идентично с первым переходным участком наклонный вниз на угол α_н.у.т, определенный в диапазоне значений α_н.у.т = (18÷25)°, причем основной участок трубы газохода выполнен с составным поперечным сечением проточной части и обрамлен по торцам зеркально идентичными третьим и четвертым переходными участками переменной формы, при этом четвертый переходный участок сообщен на входе с основным участком газохода, имеющем составное поперечное сечение, образованное двух боковых оболочек - оппозитных дуг окружности, очерченных в поперечном сечении радиусом радиусом R_д и длиной L_д≤πR_д, соединенных поверху и понизу плоскими прямолинейными вставками, имеющими ширину В_вст.≤R_д с образованием формы поперечного сечения, идентичной форме входного поперечного сечения четвертого переходного участка, который в свою очередь выполнен из двух фрагментов конических оболочек, сопряженных с чередованием с плоскими треугольными вставками, вытянутая по ходу рабочего тела вершина каждой из которых расположена в плоскости неподвижного соединения торца переходного участка с дополнительным кольцевым круглоцилиндрическим элементом, обеспечивающим возможность свободного подвижного заведения оконечности горизонтальной трубы газохода в приемную камеру выхлопной трубы ГПА и последующей компенсации температурных деформаций, в том числе температурных изменений длины трубы газохода, которая для этого дополнительно подвижно оперта на шарнир скольжения с внешней стороны корпуса приемной камеры.

При этом входящие в ГПА сборочные единицы тракта выхлопа могут быть выполнены командно и сервисно подчиненными системе автоматического управления и регулирования (САУиР) и смонтированы, по меньшей мере, в двух уровнях в здании цеха КС, причем газоход смонтирован на опорах, установленных на стойках на первом этаже КС, при этом опоры выполнены подвижными с возможностью перемещения по поверхности опорных плит посредством подшипников качения, а сборочные единицы газохода соединены между собой накладными бандажами, кроме того для обеспечения тепло- и шумоизоляции всасывающий газоход обмотан шумоизолирующим материалом типа войлока и алюминиевой фольгой.

Выхлопная труба тракта выхлопа ГПА может быть выполнена сборной и включает опорный блок, на котором последовательно по высоте смонтированы приемная камера, блок шумоглушения, конфузор, газоход шахты выхлопной трубы, который защищен от атмосферных гидрометеоров зонтом-колпаком и снабжен молниеприемником.

Выхлопная труба тракта выхлопа ГПА может быть выполнена сборной и может включать опорный блок, на котором последовательно по высоте смонтированы приемная камера, блок шумоглушения, конфузор, газоход шахты выхлопной трубы, который защищен от атмосферных гидрометеоров зонтом-колпаком и снабжен молниеприемником, кроме того приемная камера выхлопной трубы сообщена с теплообменником утилизатора теплоты, который в свою очередь сообщен с автономной выхлопной трубой, включающей последовательно установленные на основании опорный участок, приемную камеру, конфузор, газоход шахты выхлопной трубы, который защищен от атмосферных гидрометеоров зонтом-колпаком, при этом выхлопная труба утилизатора теплоты выполнена с диаметром, составляющим не менее 0,2 от диаметра основной трубы тракта выхлопа.

Поставленная задача в части газохода газоперекачивающего агрегата компрессорной станции решается тем, что газоход ГПА, согласно изобретению, выполнен в виде трубы, большая часть которой, образующая основной участок газохода, выполнена горизонтальной с двумя наклонными переходными участками, первый из которых выполнен с линейной осью и сопряжен со вторым переходным участком, выполненным в виде последовательно сообщенного с ним по рабочему телу криволинейного отвода трубы газохода, при этом оси указанных участков расположены в условной плоскости, проходящей через ось ГТД, с наклоном вниз под углом α_н.у.т, определенный в диапазоне значений α_н.у.т. = (18÷25)°, а горизонтальная часть трубы газохода выполнена встречно-направленной относительно вектора потока в ГПА параллельно оси двигателя и смонтирована на стойках, установленных на первом этаже КС, с переводом на указанный уровень, расположенный ниже оси двигателя с перепадом высот между осями двигателя и трубы газохода, не менее чем на 0,8 высотного габарита последней с образованием под трубой газохода технологического полнопроходного пространства габаритной высотой, не менее требуемой для прохода обслуживающего персонала, и включает чередование с основным участком трубы газохода, не менее двух зеркально обрамляющих ее по торцам переходных участков с переменной по длине конфигурацией и величиной периметра поперечного сечения, причем основной участок трубы газохода выполнен цилиндрическим с составным поперечным сечением проточной части, образованным из двух боковых оболочек - оппозитных дуг окружности, очерченных в поперечном сечении радиусом R_д с длиной дуги L_д каждой, удовлетворяющей условию L_д≤πR_д, и дополненных поверху и понизу оппозитными прямолинейными плоскими вставками шириной В_вст., обеспечивающими в совокупности уменьшение высотного габарита основного участка трубы газохода не менее чем на 17% относительно круглоцилиндрического профиля трубы с радиусом R_max,т, с соблюдением условия равенства площадей - составной площади ∑F_осн.уч. поперечного сечения проточной части основного участка трубы газохода и площади F_к.с., круглоцилиндрического поперечного сечения торцов с R_max,т переходных участков, противоположных торцам последних, непосредственно примыкающим к основному участку трубы

∑F_осн.уч. = F_к.c,

где ∑F_осн.уч. = [(2×0,5⋅πR²_д)+ΔF] - суммарная площадь составного поперечного сечения основного участка трубы газохода и ΔF=В_вст.×(Н_вст. = 2R_д) - площадь поперечного сечения прямоугольной вставки;

при этом площадь ∑F_осн.уч. равна сумме составляющих площадей сечений боковых оболочек радиусом R_д и прямоугольной вставки площадью ΔF, относительно эквивалентной площади F_пл.ц., = πR²_max,т. сечения круглоцилидрической трубы газохода на торцах переходных участков, причем завершающий основной четвертый переходной участок трубы газохода снабжен дополнительным кольцевым круглоцилиндрическим элементом, обеспечивающим возможность свободного подвижного заведения оконечности горизонтальной трубы газохода в приемную камеру выхлопной трубы тракта выхлопа ГПА.

Поставленная задача в части входного узла газохода газоперекачивающего агрегата компрессорной станции решается тем, что входной узел газохода ГПА, выполненного в виде трубы и включающего основной горизонтальный и переходные участки, согласно изобретению, включает два наклонных переходных участка, первый из которых выполнен с линейной осью и сопряжен со вторым переходным участком, выполненным в виде последовательно сообщенного с ним по рабочему телу криволинейного отвода трубы газохода, при этом оси указанных участков расположены в условной плоскости, проходящей через ось ГТД ГПА, с наклоном вниз под углом α_н.у.т., определенный в диапазоне значений α_н.у.т. = (18÷25)°, причем корпус первого переходного участка газохода на входе выполнен в виде фланца с прямоугольным сечением, изменяющимся до окружности максимального радиуса R_max,_т. на выходе, и соединяющий газоотвод со вторым переходным участком, выполненным в виде криволинейного отвода трубы газохода с радиусом R_oтв. поворота оси отвода, превышающем круглоцилиндрический радиус R_max,т проточной части отвода в проекции на горизонтальную плоскость в N раз, где N = R_oтв./R_max,т. = (1,6÷2,2), кроме того корпус первого переходного участка образован из сопряженных с чередованием с плоскими треугольными вставками двух пар фрагментов конических оболочек, причем изменение периметра P_1п.y. корпуса по длине L_1п.y. первого переходного участка газохода выполнено со средним градиентом

G_1п.y. = (P_1п.y.вх. - P_{1п.y.вых.})/L_1п.y = (0,35÷0,49),

где P_1п.y.вх. = 2⋅(В_с.ф + Н_с.ф) и Р_{1п.у.вых.} = 2π R_max.т.;

а третий переходный участок узла газохода сообщен на входе с круглым криволинейным отводом радиусом R_max,т., а на выходе - с основным участком газохода, имеющим составное поперечное сечение, образованное из двух оппозитных дуг окружности с угловым параметром дуги α_{д.(дуги)}≤π, соединенных поверху и понизу прямолинейными вставками, имеющими ширину В_всх.≤R_д. с образованием формы корпуса третьего переходного участка, состоящего из сочленения двух оппозитных боковых участков оболочки в виде фрагментов усеченного конуса с торцами, описанными радиусами R_maх,т. и R_д, сопряженных по образующим через плоские клиновидные вставки.

При этом корпус первого переходного участка может быть образован из сопряженных с чередованием двух пар гипаровидных оболочек, имеющих на входе разноразмерные прямолинейные смежные участки торца, соответствующие длинам высоты и ширины прямоугольного входного фланца, а выходной торец выполнен в виде окружности, состоящей из сопряжения смежных дуг радиусом R_maх,т. с отношением N_д.т.г. длин смежных дуг, идентичным отношению длин смежных сторон входного фланца в стыке газохода с газоотоводом, определенным в диапазоне значений

N_д.т.г. = L_max/L_min = Н_ф./В_ф. = (1,36÷1,92),

где L_max и L_min - длины смежных дуг торцов сопряженных гипаровидных оболочек, Н_ф. и В_ф. - длины высоты и ширины фланца первого переходного участка газохода.

Технический результат, достигаемый группой изобретений, объединенных единым творческим замыслом, состоит в повышении КПД, эксплуатационной надежности и ресурса работы ГПА за счет улучшения конструктивных, аэродинамических и энергетических параметров газохода тракта выхлопа, включающего основной горизонтальный участок и переходные участки, в том числе выполненных переменной формы и с соблюдением условия равенства площадей поперечного сечения проточной части. Кроме того горизонтальная часть газохода смонтирована на стойках, установленных на первом этаже КС, с переводом на указанный уровень, расположенный ниже оси двигателя с перепадом высот между осями двигателя и трубы газохода и с образованием технологического полнопроходного пространства высотой, не менее требуемой для прохода обслуживающего персонала во время монтажно-ремонтных работ или проведения технического осмотра (ТО), чем также достигают повышении надежности, долговечности и ресурса работы функциональных узлов тракта, обеспечивающих отвод продуктов сгорания из газоотвода ГПА в выхлопную трубу и рассеивание в окружающей атмосфере вредных выбросов до требуемого уровня ПДК.

Сущность группы изобретений поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен газоперекачивающий агрегат с трактом выхлопа, вид в плане;

на фиг. 2 - тракт выхлопа ГПА с утилизатором теплоты, вид сбоку;

на фиг. 3 - основной горизонтальный участок газохода тракта выхлопа ГПА, в разрезе по А-А на фиг. 2, вид по оси по потоку рабочего тела;

на фиг. 4 - четвертый переходной участок газохода тракта выхлопа ГПА, в разрезе по Б-Б на фиг. 2, вид по оси по потоку рабочего тела;

на фиг. 5 - узел газохода тракта выхлопа ГПА, в разрезе по В-В на фиг. 2, вид по оси против потока рабочего тела.

Газоперекачивающий агрегат компрессорной станции (фиг. 1) содержит последовательно сообщенные по рабочему телу: тракт всасывания воздуха, газотурбинную установку ГПА, тракт выхлопа отработанных газов и систему охлаждения ГТД. Тракт всасывания воздуха включает комплексное воздухоочистительное устройство КВОУ-1, всасывающий воздуховод 2 и двухсекционную камеру 3 всасывания воздуха. Газотурбинная установка ГТУ включает входное устройство 4 для подачи воздуха из камеры 3 всасывания на вход газотурбинного двигателя 5, имеющего модуль газогенератора ГГ-6 и газодинамически связанный с последним модуль силовой турбины СТ-7, а также соединенный с СТ газоотвод 8, выполненный в виде улитки. Модуль ГГ-6 включающий в качестве функциональных узлов компрессоры КНД и КВД, камеру сгорания, двухступенчатую турбину, имеющую ступень ТНД, связанную валом ротора низкого давления с КНД и ТВД, объединенную соосным валом ротора высокого давления с КВД. СТ-7 выполнена осевой, имеет корпус с многоступенчатым сопловым аппаратом и вал ротора с рабочими колесами ступеней СТ, имеющими лопаточные венцы, газодинамически сообщенные с потоком рабочего тела. Тракт выхлопа отработанных газов сообщен газоходом 9 на входе по потоку рабочего тела из СТ-7 с газоотводом 8 и на выходе с завершающей тракт выхлопа выхлопной трубой 10 ГПА. Газовый компрессор 11 - нагнетатель центробежного типа сообщен по крутящему моменту с валом СТ-7 посредством трансмиссии, включающей промежуточный вал 12, а также по рабочему телу -перекачиваемому газу с подводящим газопроводом на входе и с отводящим на выходе.

Входящий тракта выхлопа ГПА в газоход 9 выполнен в виде трубы, включающей основной участок 13 и переходные участки 14, 15, 16, 17. Большая часть трубы газохода 9 выполнена горизонтальной и образует основной участок 13 газохода.

Выхлопная труба 10 ГПА выполнена сборной и включает опорный блок 18. На опорном блоке 18 последовательно по высоте смонтированы приемная камера 19, блок шумоглушения 20, конфузор 21, газоход 22 шахты выхлопной трубы. Газоход 22 шахты защищен от атмосферных гидрометеоров зонтом-колпаком 23 и снабжен молниеприемником 24.

Вариантно приемная камера 19 выхлопной трубы 10 сообщена с теплообменником 25 утилизатора теплоты, который в свою очередь сообщен с автономной выхлопной трубой 26. Выхлопная труба 26 утилизатора теплоты включает последовательно установленные на основании опорный участок 27, приемную камеру 28, конфузор 29, газоход 30 шахты выхлопной трубы, который защищен от атмосферных гидрометеоров зонтом-колпаком 31. При этом выхлопная труба 26 утилизатора теплоты выполнена с диаметром, составляющим не менее 0,2 от диаметра основной трубы 10 тракта выхлопа.

Большая часть трубы газохода 9 выполнена горизонтальной и образует основной участок 13 газохода.

Основная часть трубы газохода 9 выполнена горизонтальной. Первый переходный участок 14 выполнен наклонным с прямоугольным сечением на входе в плоскости стыка с фланцем газоотвода 8 с соотношением сторон, соответствующим длинам ширины В_ф и высоты Н_ф, определенным в диапазоне значений 1:(1,36÷1,92). Первый переходный участок 14 имеет форму корпуса, трансформирующуюся по длине до окружности радиусом R_max,т на выходе в плоскости сопряжения со вторым переходным участком 15. Второй переходный участок 15 выполнен в виде криволинейного отвода. Идентично с первым участком 14 второй участок 15 выполнен наклонным вниз на угол α_н.у.т., определенный в диапазоне значений α_н.у.т. = (18÷25)°.

Основной участок 13 трубы газохода 9 обрамлен по торцам зеркально идентичными третьим и четвертым переходными участками 18 и 19 с переменной по длине конфигурацией и величиной периметра поперечного сечения.

Основной участок 13 газохода (фиг. 3) выполнен цилиндрическим с составным поперечным сечением проточной части. Периметр корпуса образован из двух боковых оболочек 32 - образован из двух оппозитных дуг окружности с угловым параметром дуги α_д.≤π, радиусом R_д и длиной L_д≤πR_д, соединенных поверху и понизу прямолинейными вставками 33, имеющими ширину В_вст.≤R_д с образованием формы поперечного сечения, идентичной форме входного поперечного сечения корпуса четвертого переходного участка 19.

Четвертый переходный участок 19 (фиг. 4) выполнен из двух фрагментов конических оболочек 34, сопряженных с чередованием с плоскими треугольными вставками 35 с вершинами, вытянутыми по ходу рабочего тела. Вершина каждой вставки 35 расположена в плоскости неподвижного соединения торца 36 переходного участка 19 с дополнительным кольцевым круглоцилиндрическим элементом 37, обеспечивающим возможность свободного подвижного заведения оконечности горизонтальной трубы газохода в приемную камеру 19 выхлопной трубы 10 ГПА и последующей компенсации температурных деформаций, в том числе температурных изменений длины трубы газохода. Для этого кольцевой элемент 37 дополнительно подвижно оперта на шарнир скольжения (на чертежах не показано) с внешней стороны корпуса приемной камеры 19.

Входящие в ГПА составные части выполнены командно и сервисно подчиненными системе автоматического управления и регулирования (САУиР) и смонтированы, по меньшей мере, в двух уровнях в здании цеха КС. Горизонтальная часть трубы газохода 9 смонтирована на опорах 38, установленных на стойках 39 на первом этаже КС. Опоры 38 выполнены подвижными с возможностью перемещения по поверхности опорных плит за счет сферических подшипников качения, что обеспечивает компенсацию теплового перемещения сборочных единиц тракта выхлопа при работе ГПА. Сборочные единицы газохода 9 соединены между собой накладными бандажами. Для обеспечения тепло- и шумоизоляции всасывающий газоход 9 обмотан шумоизолирующим материалом типа войлока и алюминиевой фольгой, которые закреплены на газоходе посредством крепежных элементов.

Горизонтальная часть трубы газохода выполнена встречно-направленной относительно вектора потока в ГПА параллельно оси двигателя. Основной участок 13 трубы газохода смонтирован на стойках 39 с перепадом высот между осями двигателя и трубы газохода, не менее чем на 0,8 высотного габарита последней с образованием под трубой газохода 9 технологического полнопроходного пространства габаритной высотой, не менее требуемой для прохода обслуживающего персонала.

Основной горизонтальный участок 13 трубы газохода дополнен поверху и понизу прямолинейными плоскими вставками 33, обеспечивающими в совокупности уменьшение высотного габарита основного участка 13 трубы газохода не менее чем на 17% относительно круглоцилиндрического профиля трубы с радиусом R_max,т., с соблюдением условия равенства площадей

∑F_осн.уч. = F_к.с, где

F_к.с., - площадь круглоцилиндрического поперечного сечения торцов с R_max,т переходных участков 16 и 17, противоположных торцам последних, непосредственно примыкающим к основному участку 13 трубы;

∑ F_осн.уч. = [(2×0,5⋅πR²_д)+ΔF] - суммарная площадь составного поперечного сечения основного участка 13 трубы газохода и

ΔF=В_вст. × (Н_вст. = 2R_д) - площадь поперечного сечения прямоугольной вставки 33.

Площадь ∑F_осн.уч. равна сумме составляющих площадей сечений боковых оболочек 32 радиусом R_д и прямоугольной вставки 33 площадью ΔF, относительно эквивалентной площади F_пл.ц., = πR²_max,т. сечения круглоцилидрической трубы газохода на торцах переходных участков.

Входной узел газохода ГПА включает переходные участки 14, 15 и 16 трубы газохода. Корпус первого переходного участка 14 газохода на входе выполнен в виде фланца 40 с прямоугольным сечением, изменяющимся до окружности максимального радиуса R_max,т. на выходе. Первый переходный участок 14 соединяет газоотвод 8 со вторым переходным участком 15. Второй переходной участок 15 выполнен в виде криволинейного отвода трубы газохода с радиусом R_отв. поворота оси отвода, превышающем круглоцилиндрический радиус R_max,т проточной части отвода в проекции на горизонтальную плоскость в N раз, где N = R_отв./R_max,т. = (1,6÷2,2).

Корпус первого переходного участка 14 образован из сопряженных с чередованием с плоскими треугольными вставками двух пар фрагментов конических оболочек. Изменение периметра P_1п.y. корпуса по длине L_1n.y первого переходного участка 14 газохода выполнено со средним градиентом

G_1п.y. = (P_1п.y.вх. - P_{1п.y.вых.})/L1_п.y = (0,35÷0,49),

Где P_1п.y.вх. = 2⋅(В_с.ф.+Н_с.ф.) и P_{1п.y.вых.} = 2πR_mах,т.;

Третий переходный участок 16 газохода (фиг. 5) сообщен на входе с круглым криволинейным отводом второго переходного участка 15 радиусом R_max.т., а на выходе - с основным участком 13 газохода. При этом корпус третьего переходного участка 16 состоит из сочленения двух оппозитных боковых участков 41 оболочки в виде фрагментов усеченного конуса с торцами, описанными радиусами R_mах,т. и R_д, сопряженных по образующим через плоские клиновидные вставки 42.

Корпус первого переходного участка 14 образован из сопряженных с чередованием двух пар гипаровидных оболочек, имеющих на входе разноразмерные прямолинейные смежные участки торца, соответствующие длинам высоты и ширины прямоугольного входного фланца 40.

Выходной торец 43 первого переходного участка 14 выполнен в виде окружности, состоящей из сопряжения смежных дуг радиусом R_max,т. с отношением N_д.т.г. длин смежных дуг, идентичным отношению длин смежных сторон входного прямоугольного фланца 40 в стыке газохода с газоотоводом, определенным в диапазоне значений

N_д.т.г. = L_max/L_min = Н_ф./_Вф. = (1,36÷1,92), где

L_max и L_min - длины смежных дуг торцов сопряженных гипаровидных оболочек, Н_ф. и В_ф. - длины высоты и ширины входного фланца первого переходного участка газохода.

Работа ГПА осуществляется следующим образом.

Перед запуском ГПА выполняют предпусковые работы. Перед запуском выполняют заполнение контура газовых систем ГПА топливным и пусковым газом. Выполняют запуск ГПА. По команде «Запуск» с пульта управления из магистрального трубопровода пусковой газ поступает в газовый стартер двигателя, который начинает раскручивать РВД. Одновременно атмосферный воздух через КВОУ-1, где он подогревается с помощью противообледенительной системы (ПОС) (при необходимости) и проходит очистку до требуемых параметров. Через тракт всасывания, камеру 3 всасывания воздуха и ВУ-4 поступает на вход в КНД и затем в КВД двигателя 5. В компрессоре ГТД воздух сжимается, в результате чего повышается его температура и давление. После этого подготовленное рабочее тело поступает в камеру сгорания. Через контрольный промежуток времени по сигналу САУиР ГПА в камеру сгорания начинается подача топливного газа. Происходит перемешивание сжатого воздуха с топливным газом и воспламенением топливовоздушной смеси из камеры сгорания. Топливовоздушная смесь сгорает в камере сгорании, продукты сгорания поступают в модуль ГГ-6. Кинетическая энергия продуктов сгорания при расширении на рабочих лопатках модуля ГГ-6 преобразуется в механическую работу компрессора без помощи газового стартера. Через контрольный промежуток времени по циклограмме САУиР подача пускового газа прекращается. После модуля ГГ-6 продукты сгорания поступают в СТ-7, где кинетическая энергия продуктов сгорания при расширении на рабочих лопатках турбины СТ также преобразуется в механическую работу вращения ротора СТ. Ротор СТ-7 через промежуточный вал 12 вращает ротор центробежного нагнетателя 11. В нагнетателе компрессор сжимает природный газ, отбираемый из магистрального трубопроводов, до требуемых параметров. Из нагнетателя сжатый технологический газ поступает в станционную систему охлаждения, откуда, после охлаждения, направляется обратно в магистральный трубопровод для дальнейшей транспортировки. После СТ-7 двигателя 5 продукты сгорания через газоотвод 8 поступают в газоход 9 тракт выхлопа, откуда через выхлопную трубу 10 ГПА выходят в атмосферу. Конструкция тракта выхлопа обеспечивает рассеивание в окружающей атмосфере вредных выбросов до требуемого уровня ПДК. При наличии теплообменника 25 утилизатора теплоты в системе тракта выхлопа до выхода в атмосферу часть горячих продуктов сгорания осуществляет подогрев теплоносителя для нужд КС и затем через выхлопную трубу 26 системы выхлопа теплоутилизатора теплоты выбрасываются в атмосферу.

Таким образом, за счет улучшения конструктивных, аэродинамических и энергетических параметров составляющих тракта выхлопа воздуха обеспечивают отвод продуктов сгорания из газоотвода ГПА в атмосферу и рассеивание в окружающей атмосфере вредных выбросов до требуемого уровня ПДК, чем достигают повышение надежности и ресурса ГПА в процессе эксплуатации ГПА для транспортировки газа или газотурбинной электростанции.

Газоперекачивающий агрегат (ГПА), газоход тракта выхлопа ГПА и входной узел газохода тракта выхлопа ГПА. Группа изобретений относится к нефтегазовой области. ГПА содержит последовательно сообщенные по рабочему телу: тракт всасывания воздуха, включающий КВОУ, всасывающий воздуховод и камеру всасывания воздуха; газотурбинную установку с входным устройством для подачи воздуха из камеры всасывания воздуха на вход в ГТД, тракт выхлопа отработанных газов, газовый компрессор. Газоход выполнен в виде трубы, включающей основной горизонтальный и переходные участки. Во входном узле тракта выхлопа первый участок выполнен наклонным с прямоугольным сечением на входе и имеет форму корпуса, трансформирующуюся по длине до окружности на выходе в плоскости сопряжения со вторым участком, представляющим криволинейный отвод, создающим угол поворота трубы газохода. Основной участок выполнен с составным поперечным сечением проточной части и обрамлен по торцам зеркально идентичными третьим и четвертым участками переменной формы. Основной участок газохода образован из двух боковых дуг окружности, соединенных поверху и понизу плоскими прямолинейными вставками. При этом основной и переходные участки выполнены с соблюдением условия равенства площадей поперечного сечения проточной части. Технический результат группы изобретений состоит в повышении надежности, эффективности и ресурса работы ГПА за счет улучшения конструктивных, аэродинамических и энергетических параметров газохода тракта выхлопа ГПА. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Газоперекачивающий агрегат (ГПА) компрессорной станции (КС), характеризующийся тем, что включает последовательно сообщенные по рабочему телу: тракт всасывания воздуха, включающий комплексное воздухоочистительное устройство (КВОУ), воздуховод и камеру всасывания; газотурбинную установку (ГТУ) с входным устройством (ВУ) для подачи воздуха из камеры всасывания на вход газотурбинного двигателя (ГТД), имеющего модули газогенератора (ГГ) и силовой турбины (СТ), а также соединенный с модулем СТ газоотвод, выполненный в виде улитки; тракт выхлопа отработанных газов, сообщенный газоходом на входе по потоку рабочего тела из СТ с газоотводом и на выходе с завершающей тракт выхлопа выхлопной трубой ГПА; газовый компрессор, сообщенный по крутящему моменту с валом СТ ГТД посредством трансмиссии, включающей промежуточный вал, а также по рабочему телу - перекачиваемому газу - с подводящим газопроводом на входе и с отводящим на выходе; при этом газоход ГПА выполнен в виде трубы, большая часть которой, образующая основной участок газохода, выполнена горизонтальной, кроме того, газоход содержит переходные участки, первый из которых выполнен наклонным с прямоугольным сечением на входе в плоскости стыка с фланцем газоотвода с соотношением сторон, соответствующим длинам ширины В_ф и высоты Н_ф, определенным в диапазоне значений 1:(1,36÷1,92), и имеет форму корпуса, трансформирующуюся по длине до окружности радиусом R_max,т на выходе в плоскости сопряжения со вторым переходным участком, представляющим криволинейный отвод, идентично с первым переходным участком наклонный вниз на угол α_н.у.т., определенный в диапазоне значений α_н.у.т.=(18÷25)°, причем основной участок трубы газохода выполнен с составным поперечным сечением проточной части и обрамлен по торцам зеркально идентичными третьим и четвертым переходными участками переменной формы, при этом четвертый переходный участок сообщен на входе с основным участком газохода, имеющим составное поперечное сечение, образованное из двух боковых оболочек - оппозитных дуг окружности, очерченных в поперечном сечении радиусом радиусом R_д и длиной L_д≤πR_д, соединенных поверху и понизу плоскими прямолинейными вставками, имеющими ширину В_вст.≤R_д с образованием формы поперечного сечения, идентичной форме входного поперечного сечения четвертого переходного участка, который в свою очередь выполнен из двух фрагментов конических оболочек, сопряженных с чередованием с плоскими треугольными вставками, вытянутая по ходу рабочего тела вершина каждой из которых расположена в плоскости неподвижного соединения торца переходного участка с дополнительным кольцевым круглоцилиндрическим элементом, обеспечивающим возможность свободного подвижного заведения оконечности горизонтальной трубы газохода в приемную камеру выхлопной трубы ГПА и последующей компенсации температурных деформаций, в том числе температурных изменений длины трубы газохода, которая для этого дополнительно подвижно оперта на шарнир скольжения с внешней стороны корпуса приемной камеры.

2. Газоперекачивающий агрегат по п. 1, отличающийся тем, что входящие в ГПА сборочные единицы выполнены командно- и сервисно-подчиненными системе автоматического управления и регулирования (САУиР) и смонтированы по меньшей мер, в двух уровнях в здании цеха КС, причем газоход смонтирован на опорах, установленных на стойках на первом этаже КС, при этом опоры выполнены подвижными с возможностью перемещения по поверхности опорных плит посредством подшипников качения, а сборочные единицы газохода соединены между собой накладными бандажами, кроме того, для обеспечения тепло- и шумоизоляции газоход обмотан шумоизолирующим материалом типа войлока и алюминиевой фольгой.

3. Газоперекачивающий агрегат по п. 1, отличающийся тем, что выхлопная труба тракта выхлопа ГПА выполнена сборной и включает опорный блок, на котором последовательно по высоте смонтированы приемная камера, блок шумоглушения, конфузор, газоход шахты выхлопной трубы, который защищен от атмосферных гидрометеоров зонтом-колпаком и снабжен молниеприемником.

4. Газоперекачивающий агрегат по п. 1, отличающийся тем, что выхлопная труба тракта выхлопа ГПА выполнена сборной и включает опорный блок, на котором последовательно по высоте смонтированы приемная камера, блок шумоглушения, конфузор, газоход шахты выхлопной трубы, который защищен от атмосферных гидрометеоров зонтом-колпаком и снабжен молниеприемником, кроме того, приемная камера выхлопной трубы сообщена с теплообменником утилизатора теплоты, который, в свою очередь, сообщен с автономной выхлопной трубой, включающей последовательно установленные на основании опорный участок, приемную камеру, конфузор, газоход шахты выхлопной трубы, который защищен от атмосферных гидрометеоров зонтом-колпаком, при этом выхлопная труба утилизатора теплоты выполнена с диаметром, составляющим не менее 0,2 от диаметра основной трубы тракта выхлопа.

5. Газоход ГПА компрессорной станции, характеризующийся тем, что выполнен в виде трубы, большая часть которой, образующая основной участок газохода, выполнена горизонтальной с двумя наклонными переходными участками, первый из которых выполнен с линейной осью и сопряжен со вторым переходным участком, выполненным в виде последовательно сообщенного с ним по рабочему телу криволинейного отвода трубы газохода, при этом оси указанных участков расположены в условной плоскости, проходящей через ось ГТД, с наклоном вниз под углом α_н.у.т., определенным в диапазоне значений α_н.у.т.=(18÷25)°, а горизонтальная часть трубы газохода выполнена встречно-направленной относительно вектора потока в ГПА параллельно оси двигателя и смонтирована на стойках, установленных на первом этаже КС, с переводом на указанный уровень, расположенный ниже оси двигателя с перепадом высот между осями двигателя и трубы газохода не менее чем на 0,8 высотного габарита последней с образованием под трубой газохода технологического полнопроходного пространства габаритной высотой, не менее требуемой для прохода обслуживающего персонала, и включает чередование с основным участком трубы газохода не менее двух зеркально обрамляющих ее по торцам переходных участков с переменной по длине конфигурацией и величиной периметра поперечного сечения, причем основной участок трубы газохода выполнен цилиндрическим с составным поперечным сечением проточной части, образованным из двух боковых оболочек - оппозитных дуг окружности, очерченных в поперечном сечении радиусом R_д с длиной дуги L_д каждой, удовлетворяющей условию L_д≤πR_д, и дополненных поверху и понизу оппозитными прямолинейными плоскими вставками шириной В_вст., обеспечивающими в совокупности уменьшение высотного габарита основного участка трубы газохода не менее чем на 17% относительно круглоцилиндрического профиля трубы с радиусом R_max,т., с соблюдением условия равенства площадей - составной площади ΣF_осн.уч. поперечного сечения проточной части основного участка трубы газохода и площади F_к.с., круглоцилиндрического поперечного сечения торцов с R_max.т переходных участков, противоположных торцам последних, непосредственно примыкающим к основному участку трубы

ΣF_осн.уч.=F_к.с,

где ΣF_осн.уч.=[(2×0,5⋅πR²_д)+ΔF] - суммарная площадь составного поперечного сечения основного участка трубы газохода и ΔF=В_вст.×(Н_вст.=2R_д) - площадь поперечного сечения прямоугольной вставки;

при этом площадь ΣF_осн.уч. равна сумме составляющих площадей сечений боковых оболочек радиусом R_д и прямоугольной вставки площадью ΔF, относительно эквивалентной площади F_пл.ц.,=πR²_max,т. сечения круглоцилидрической трубы газохода на торцах переходных участков, причем завершающий основной четвертый переходной участок трубы газохода снабжен дополнительным кольцевым круглоцилиндрическим элементом, обеспечивающим возможность свободного подвижного заведения оконечности горизонтальной трубы газохода в приемную камеру выхлопной трубы тракта выхлопа ГПА.

6. Входной узел газохода ГПА, выполненного в виде трубы и включающего основной горизонтальный и переходные участки, характеризующийся тем, что включает два наклонных переходных участка, первый из которых выполнен с линейной осью и сопряжен со вторым переходным участком, выполненным в виде последовательно сообщенного с ним по рабочему телу криволинейного отвода трубы газохода, при этом оси указанных участков расположены в условной плоскости, проходящей через ось ГТД ГПА, с наклоном вниз под углом α_н.у.т., определенным в диапазоне значений α_н.у.т.=(18÷25)°, причем корпус первого переходного участка газохода на входе выполнен в виде фланца с прямоугольным сечением, изменяющимся до окружности максимального радиуса R_max,т. на выходе, и соединяющего газоотвод со вторым переходным участком, выполненным в виде криволинейного отвода трубы газохода с радиусом R_отв. поворота оси отвода, превышающим круглоцилиндрический радиус R_max,т проточной части отвода в проекции на горизонтальную плоскость в N раз, где N=R_отв./R_max,т.=(1,6÷2,2), кроме того, корпус первого переходного участка образован из сопряженных с чередованием с плоскими треугольными вставками двух пар фрагментов конических оболочек, причем изменение периметра P_1п.у. корпуса по длине L_1п.у первого переходного участка газохода выполнено со средним градиентом

G_1п.у.=(P_1п.у.вх.-P_{1п.у.вых.})/L_1п.у.=(0,35÷0,49),)

где P_1п.у.вх.=2⋅(В_с.ф.+Н_с.ф.) и Р_{1п.у.вых.}=2πR_max,т.;

а третий переходный участок узла газохода сообщен на входе с круглым криволинейным отводом радиусом R_max.т., а на выходе - с основным участком газохода, имеющим составное поперечное сечение, образованное из двух оппозитных дуг окружности с угловым параметром дуги α_д(дуги)≤π, соединенных поверху и понизу прямолинейными вставками, имеющими ширину В_вст.≤R_д. с образованием формы корпуса третьего переходного участка, состоящего из сочленения двух оппозитных боковых участков оболочки в виде фрагментов усеченного конуса с торцами, описанными радиусами R_max,т. и R_д, сопряженных по образующим через плоские клиновидные вставки.

7. Входной узел газохода ГПА по п. 6, отличающийся тем, что корпус первого переходного участка образован из сопряженных с чередованием двух пар гипаровидных оболочек, имеющих на входе разноразмерные прямолинейные смежные участки торца, соответствующие длинам высоты и ширины прямоугольного входного фланца, а выходной торец выполнен в виде окружности, состоящей из сопряжения смежных дуг радиусом R_max,т с отношением N_д.т.г. длин смежных дуг, идентичным отношению длин смежных сторон входного фланца в стыке газохода с газоотоводом, определенным в диапазоне значений

N_д.т.г.=L_max/L_min=Н_ф./В_ф.=(1,36÷1,92),

где L_max и L_min - длины смежных дуг торцов сопряженных гипаровидных оболочек, Н_ф. и В_ф. - длины высоты и ширины фланца первого переходного участка газохода.