Агрегат гтк-10

Основные конструктивные особенности газотурбинных ГПА могут быть рассмотрены на примере наиболее распространенного на компрессорных станциях агрегата ГТК-10. Конструкция газо­турбинной установки включает в себя турбоблок, камеру сгорания и регенератор, объединенные между собой трубопроводами газо­воздушного тракта.

Блок турбогруппы включает в себя осевой компрессор, газо­вые турбины высокого и низкого давления, выполненные в одном корпусе, пусковой турбодетандер, валоповоротное устройство, элементы маслосистемы и системы регулирования, внешние трубопроводы системы охлаждения и др. Эти элементы ГТУ монтиру­ют на общей фундаментной раме, одновременно являющейся мас­лобаком, и поставляют единым монтажным блоком. Вся турбо-группа закрыта декоративным кожухом, из-под которого нагре­тый воздух с помощью специального вентилятора выбрасывается в атмосферу.

Чугунный корпус компрессора выполнен из трех частей, со­единенных вертикальными фланцами: всасывающего и нагнета­тельного патрубков и средней части (обоймы). Корпус имеет об­щий горизонтальный разъем и лапы, с помощью которых его уста­навливают на фундаментную раму-маслобак; с корпусом турбины соединяется через корпус среднего подшипника и два сегмента. Проточная часть компрессора образована ступенями рабочих и направляющих лопаток. Статор компрессора имеет 12 ступеней: первая — входной направляющий аппарат, десять ступеней про­межуточного направляющего аппарата, последняя ступень — спрямляющий аппарат. Ротор компрессора имеет 10 ступеней ло­паток, установленных на бочкообразной части ротора турбокомп­рессора. Для выпуска части воздуха после четвертой ступени во время запуска агрегата на корпусе компрессора установлены ав­томатические сбросные клапаны. Корпус турбины состоит из че­тырех частей, соединенных вертикальными фланцами: передней части корпуса, диффузора и двух выхлопных патрубков (правого и левого). Передняя часть корпуса и диффузор снабжены горизон­тальным фланцевым разъемом. Передняя часть корпуса выполне­на двухстенной с наружным литым корпусом и внутренней встав­кой из листовой жаропрочной стали. Эта вставка образует проточ­ную часть турбины от входного патрубка до лопаток; зазор между внутренним и наружным корпусом заполнен тепловой изоляцией. Для обеспечения свободы теплового расширения вставка подве­шена на лапках к передней части корпуса в плоскости горизон­тального разъема. Нижняя половина передней части корпуса име­ет входной патрубок, в котором для жесткости установлена охлаж­даемая воздухом стяжка. Диффузор выполнен сварным из листа и имеет наружную тепловую изоляцию. Корпус турбины опирает­ся на фундаментную раму при помощи шести лап на переднем корпусе, диффузоре и выхлопных патрубках. В корпусе турбины в специальных проточках установлены обойма направляющих ло­паток, диафрагма с передним уплотнением, уплотнение крылатки и заднее уплотнение турбины.

Обойма с направляющими лопатками установлена в кольце­вую проточку корпуса, которая одновременно является каналом для подвода воздуха на охлаждение обоймы. Для предотвращения тепловых деформаций обойма выполнена без горизонтального разъема, но имеет небольшую съемную часть над ротором турбо­компрессора для удобства разборки. В обойму установлены два ряда направляющих лопаток. Лопатки первого ряда имеют Т-об­разный хвост и набраны в 12 сегментах по четыре лопатки. Лопат­ки второго ряда размещены между двух бандажей и вместе с бан­дажом представляют собой единую сварную конструкцию, кото­рая является одновременно промежуточной вставкой между ТВД и ТНД. В передней части корпуса турбины со стороны диска ТВД установлена диафрагма с уплотнением, состоящая из двух поло­вин, соединенных по горизонтальному разъему шпильками. За ди­афрагмой в корпусе турбины установлено уплотнение крылатки, выполненной на валу и являющейся дополнительным воздушным затвором. Между диафрагмой и уплотнением имеется канал, из которого по трубам воздух и его протечки через уплотнения удаля­ются за пределы машинного зала.

В диффузоре установлено уплотнение силовой турбины, кото­рое предотвращает протечки продуктов сгорания между корпуса­ми турбины и подшипника силового ротора. В переднем блоке тур-богруппы размещены опорно-упорный подшипник ротора турбо­компрессора, главный масляный насос, валоповоротное устрой­ство, турбодетандер и элементы маслосистемы и системы регули­рования. Нижняя часть корпуса переднего блока отлита заодно со всасывающим патрубком корпуса компрессора. Главный масля­ный насос центробежного типа установлен на роторе турбокомп­рессора в блоке переднего подшипника и служит для обеспечения смазки агрегата и работы системы регулирования.

Валоповоротное устройство установлено на крышке подшип­ника переднего блока и предназначено для медленного проворачи­вания (с частотой вращения 12 об/мин) ротора турбокомпрессора. Валоповоротное устройство представляет собой двухступенчатый редуктор с приводом от электродвигателя переменного тока.

Турбодетандер предназначен для запуска агрегата, т. е. для раскручивания ротора турбокомпрессора до частоты вращения, соответствующей точке "самоходности" ГТУ. Турбодетандер представляет собой двухступенчатую парциальную расширительную турбину, рабочим телом которой является природный газ из пус­кового коллектора с давлением 1,47 МПа.

Ротор турбокомпрессора выполнен составным из барабана, пробки и диска. Пробка запрессована в расточку барабана со сто­роны входа воздуха в компрессор и зафиксирована четырьмя ра­диальными штифтами. Диск турбины насажен на другой конец вала. Для обеспечения надежности соединения с валом применена втулка, устанавливаемая в отверстие бочки и имеющая выступ, на который насажен диск. На бочке ротора имеется 10 канавок зубча­того профиля для установки рабочих лопаток компрессора. На ободе диска выполнены пазы елочной формы для установки рабо­чих лопаток турбины высокого давления. Ротор размещен в двух подшипниках скольжения — опорном и опорно-упорном. Ротор силовой турбины также выполнен составным из вала с насаженным на него диском. Утолщение в центральной части вала служит противовесом консольного диска. Ротор размещен в двух подшипниках скольжения — опорном и опорно-упорном. Заодно целое с валом изготовлено колесо центробежного насоса-импеллера, напор которого служит импульсом регулятору скоро­сти в системе регулирования ГТУ. Для передачи крутящего момен­та от ротора силовой турбины к ротору нагнетателя служит зубча­тая муфта, состоящая из двух зубчатых втулок, промежуточного вала и двух обойм. Промежуточный вал между подшипниками си­лового ротора и подшипника нагнетателя закрыт кожухом.

Фундаментная рама является основанием для турбоблока и од­новременно резервуаром (маслобаком) для масляной системы ГПА. Турбину и компрессор устанавливают при помощи лап на стойках рамы-маслобака. Раму прикрепляют к фундаменту специ­альными стяжками через сквозные отверстия в площадках рамы. Раму выставляют на фундаменте при помощи клиновых прокла­док, устанавливаемых между опорными поверхностями низа рамы и металлическими площадками, выполненными на фунда­менте.

Внутренняя полость рамы, служащая масляным баком, разде­лена перегородками на отсеки грязного и чистого масла, между которыми установлены три сдвоенных сетчатых фильтра. Масло, сливаемое из подшипников и системы регулирования, попадает в грязный отсек, в котором на пути масла установлены две воздухоотделительные камеры. Из чистого отсека масло, прошедшее через фильтры, забирается насосами. Чтобы предотвратить попа­дание масляных паров в машинный зал, их отсасывает воздушный эжектор из рамы-маслобака и всех картеров подшипников в об­щий коллектор и гидрозатвор, где масло конденсируется и возвра­щается в раму-маслобак.

Выносная камера сгорания ГТК-10 (рис. 3.6) состоит из следу­ющих основных элементов: корпуса камеры с крышкой, горелочного устройства, фронтового устройства, вихревого смесителя.

Корпус камеры и крышка воспринимают внутреннее давле­ние и имеют два патрубка с фланцами для подвода воздуха от тру­бопроводов после регенератора. На торцах корпуса выполнены фланцы для крепления крышки и соединения камеры с переход­ным патрубком для подачи продуктов сгорания к турбине. На крышке закреплены горелки и кольцевой коллектор топливно­го газа с двумя патрубками. Горелочное устройство состоит из шести основных горелок, одной дежурной и двух воспламени­телей. Дежурная горелка размещена в центре крышки, объедине­на с воспламенителями и через дроссельные шайбы обеспечивает постоянный расход части топливного газа мимо регулирующего клапана.

Основная горелка состоит из головной части, топливоподающей трубы и фланца для крепления горелки. Воспламенитель вы­полнен в виде трубы, разделенной диаметральной перегородкой на две полости, в одной из которых размещена газоподводящая трубка, а в другой — электроды свечи зажигания. Фронтовое уст­ройство предназначено для подачи первичного воздуха в зону горения, смешения его с топливным газом и стабилизации факела на всех режимах работы. Фронтовое устройство состоит из семи малых лопаточных венцов (шести по окружности и одного в цент­ре) и одного большого лопаточного венца, расположенного вокруг малых. Вихревой смеситель предназначен для смешения продук­тов сгорания с вторичным воздухом и получения равномерного поля температур на выходе камеры сгорания. Он состоит из шести изогнутых лопастей, направляющих наружные слои воздуха к центру камеры и, следовательно, перемешивающих вторичный воздух с продуктами сгорания.

Регенератор (воздухоподогреватель) ГТУ предназначен для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания, продуктами

Рис. 3.6. Камера сгорания газотурбинной установки типа ГТК-10: 1- воспламенитель дежурной горелки; 2 – основная горелка; 3 – крышка; 4 – фронтовое устройство; 5 – огневая часть; 6 – корпус; 7 – вихревой смеситель

сгорания после турбины. Для агрегата ГТК-10 он выполнен в виде двух параллельно включенных секций общей поверхностью 2880 м². Конструкция регенератора пластинчатая, схема включения противоточная. Каждую секцию (рис. 3.7) изготавливают из шести пакетов, собранных из штампованных листовых элементов 1 тол­щиной 1 мм. На поверхности каждого листа имеются выштамповки продолговатой обтекаемой формы. Элемент сваривают по кромкам контактной сваркой, образуя внутренний воздушный канал. Элементы соединяют в пакеты по входному и выходному участкам аргоно-дуговой сваркой, при этом образуются каналы двухугольной формы для прохода продуктов сгорания.

Рис. 3.7. Секция регенератора газотурбинной установки типа ГТК-10:

а — листы и сборка пакета; б — форма каналов; в — корпус регенератора: 1 —пакеты элементов; 2—направляющие листы; 3—полуовальная крышка-коллектор; 4 — опорная плита; 5 — ребро жесткости; 6 — каналы основной поверхности; 7 — вход воздуха; 8 — выход воздуха; 9 — вход газов; 10 — выход газов; 11 — волнистые каналы на участках входа и выхода воздуха; 12 — каналы на участках выхода и входа газов

Специальные гребенки, изготовленные из листовой стали, вваривают в местах входа и выхода воздуха по конфигурации об­разующейся зубчатой линии. С боковых и торцевых сторон пакета устанавливают утолщенные листы.

Пакеты в секции расположены двумя параллельными группа­ми по три в каждой и соединены между собой полукруглыми крышками. Между этими группами образуется коллектор, из ко­торого воздух распределяется по пакетам. С боковых и торцевых сторон секции приваривают полуовальные крышки 3, которые служат сборными воздушными коллекторами. К крышкам прива­ривают ребра 5, которые придают конструкции большую жест­кость, а также плиты 4 с ребрами, предназначенные для опоры и транспортировки секции.

Для входа и выхода воздуха имеются круглые патрубки с фланцами, для продуктов сгорания — прямоугольные фланце­вые соединения. Секции устанавливают вертикально на четырех лапах. Для сокращения тепловых потерь и защиты от атмос­ферных осадков секции покрывают теплоизоляцией и металличе­ской листовой обшивкой.

Основные элементы газотурбинной установки ГТК-10 объеди­нены трубопроводами газовоздушного тракта. Всасывающий тру­бопровод от комплексного воэдухозаборного устройства к осево­му компрессору выполнен диаметром 1700 мм с переходом на входной патрубок компрессора 19501250мм, имеет резиновые компенсаторы и противошумовую изоляцию. По два трубопрово­да от компрессора к регенератору и от регенератора к камере сго­рания диаметром 800 мм снабжены теплоизоляцией и металличе­ской обшивкой и выполнены с линзовыми компенсаторами. Пере­ходной патрубок (внутренний диаметр 1200 мм) от камеры сгора­ния к турбине имеет внутреннюю и наружную стенки с тепловой изоляцией между ними. Два трубопровода выхлопных продуктов сгорания между турбиной и секциями регенератора имеют переменное сечение (в основном трубы диаметром 1600 мм), снаб­жены гибкими термостойкими компенсаторами, покрыты тепло­вой изоляцией и наружной металлической обшивкой. Выпуск про­дуктов сгорания в атмосферу осуществляют через выходные патрубки двух секций регенераторов в две дымовые трубы диаметром 2200 — 500 мм и высотой 20 — 22 м. При необходимости на этом участ­ке тракта устанавливают утилизационные теплообменники.

Конструкция комплексного воздухозаборного устройства за­висит от климатических условий места расположения компрес­сорной станции и может включать в себя следующие элементы:

• блок воздухоприемный для забора атмосферного воздуха, вы­равнивания поля скоростей по сечению и создания герметичности при остановке агрегата;

• блок инерционных пылеуловителей для очистки воздуха от крупно- и среднедисперсной пыли;

• блок воздушных фильтров для очистки от средне- и мелко­дисперсной пыли;

• блок подогрева для повышения температуры воздуха с целью борьбы с хладноломкостью и обледенением;

• блок шумоглушения.

Система воздухоочистки необходима для обеспечения комп­рессора ГТУ воздухом при остаточной среднегодовой запыленно­сти не более 0,3 мг/м³ (в этом воздухе концентрация пыли с разме­рами частиц более 20 мкм не должна превышать 0,03 мг/м³). Вход­ной тракт ГТУ снабжают системой для периодической очистки (промывки) проточной части компрессора.

Противообледенительная система ГТК-10 построена на прин­ципе отбора горячего воздуха после регенератора и подачи его во всасывающий трубопровод через специальный смеситель. Систе­ма включается при температуре атмосферного воздуха ниже + 7°С и обеспечивает подогрев воздуха на входе осевого компрес­сора на 10-12°С

Центробежные нагнетатели 520-12-1, 370-18-1, 370-16-1, ис­пользуемые совместно с приводом ГТК-10, имеют в значительной степени унифицированную конструкцию и выполнены как одно­ступенчатые центробежные машины с одним вертикальным разъемом, консольно расположенным рабочим колесом и с тан­генциальным соосным входом и выходом газа. Ротор нагнетателя вместе с подшипниками, уплотнениями, диффузором и другими элементами образует единый сборочный узел, называемый гиль­зой. Этот узел имеет горизонтальный разъем, что позволяет легко проверять правильность взаимного расположения деталей. При необходимости гильза в сборе может быть заменена запасной, что позволяет осуществлять агрегатно-узловой метод ремонта. Пре­дусмотрена возможность ремонта и замены вкладышей и уплотне­ний без вскрытия газовой полости. Конструкция нагнетателя типа 370-18 представлена на рис. 3.8.

Нагнетатели типа 235, также имеющие в качестве привода ГТК-10, выполнены двухступенчатыми с двухопорным ротором и обеспечивают полный напор КС при параллельной схеме работы (рис. 3.9).

Масляная система ГПА принудительная циркуляционная, обеспечивает смазку подшипников, уплотнение нагнетателя и ра­боту системы регулирования. В зависимости от модификации аг­регата ГТК-10 и года выпуска имеются системы маслоснабжения с воздушным (масло — воздух) и водяным охлаждением масла (мас­ло — вода) и другими отличиями схемных решений.

Во время работы агрегата масло поступает в систему от глав­ного масляного насоса (рис. 3.10) с подачей 2,39 м³/мин при давле­нии 1,18 МПа (привод от ротора турбокомпрессора). Устойчивость работы насоса обеспечивается инжектором 15, создающим под­пор во всасывающем патрубке насоса и установленным на раме-маслобаке 13. Масло после главного масляного насоса проходит через сдвоенный обратный клапан 2 и разделяется на три потока: к маслоохладителю 4 через регулятор "после себя" 3; к соплу ин­жектора 15 и в систему регулирования (силовое масло); в систему регулирования ("масло постоянного давления") через регулятор давления "после себя". Регуляторы давления поддерживают посто­янное давление около 0,59 МПа. В случае превышения давления масла перед маслоохладителем часть масла выходит через предо­хранительный клапан в раму-маслобак.

Масло после маслоохладителя с температурой не более 55°С разделяется на три потока: к винтовым насосам 6 (один рабочий, другой резервный) через фильтр тонкой очистки; на смазку под­шипников ГТУ 7 через дроссельный клапан 5, снижающий давле­ние до 0,098 МПа, и обратный клапан; на смазку опорно-упорного подшипника нагнетателя 10 через обратный клапан. Масло посту­пает к вкладышам подшипников ГТУ через регулируемые дроссе­ли, с помощью которых устанавливается необходимый расход масла при давлении 0,059 МПа.

Во время пуска и остановки агрегата работает центробежный пусковой насос 14 с электроприводом переменного напряжения,

Рис. 3.8. Нагнетатель НЗЛ типа 370-18: 1- корпус; 2 – крышка; 3 – лопаточный диффузор; 4 – рабочее колесо; 5 – гильза; 6 – зубчатая муфта; 7 клиновые прокладки; 8 – анкерные болты

Рис. 3.9. Центробежный нагнетатель типа 235: 1- ротор; 2 – подшипники; 3 – торцевые уплотнения; 4 – лабиринтные уплотнения; 5 – диффузор; 6 – обратный направляющий аппарат

Рис. ЗЛО. Принципиальная схема масляной системы ГПА ГТК-10:

1 — главный масляный насос; 2 — сдвоенный обратный клапан; 3 — регуля­тор давления "после себя"; 4—маслоохладитель; 5—дроссель; 6—винтовые маслонасосы; 7 — ГТУ; 8 — регулятор перепада давлений "масло — газ"; 9 — аккумулятор масла; 10—нагнетатель; 11 — поплавковая камера; 12—гидро­затвор; 13 — маслобак; 14 — пусковой маслонасос; 15 — инжектор главного насоса; 16 — резервный маслонасос; 17— система регулирования

обеспечивающий подачу масла 2 м³/мин в систему через сдвоен­ный обратный клапан при давлении 0,49 МПа. В случае аварийно­го снижения давления масла или при отсутствии во время останов­ки напряжения переменного тока автоматически включается ре­зервный шестеренный насос 16 с электродвигателем постоянного тока.

Винтовые насосы 6 подают масло высокого давления через фильтр тонкой очистки и обратный клапан на торцевое уплотне­ние и опорный подшипник нагнетателя 10, часть масла до обратно­го клапана выходит в сливную линию и далее в раму-маслобак че­рез регулятор перепада 8, который поддерживает заданное превы­шение давления масла над газом. Перепад давления "масло-газ" контролируется дифференциальным манометром и реле перепа­да. Одновременно масло высокого давления заполняет аккумуля­тор масла 9, обеспечивающий резервное маслоснабжение опорного подшипника и уплотнения при отказе обоих насосов уплотне­ния. После опорного подшипника масло сливается в корпус под­шипника и затем в гидрозатвор 12. Другая часть масла проходит через торцевое уплотнение и сливается в поплавковую камеру 11, загазованное масло из поплавковой камеры поступает в гидрозат­вор, в котором осуществляется дегазация масла.

На сливных линиях из подшипников ГТУ и нагнетателя уста­новлены смотровые стекла.

Для запуска агрегата из холодного состояния предусматривают устройство для подогрева масла в раме-маслобаке (электрическо­го типа или через водяной теплообменник из системы теплоснаб­жения).