3.3.3. Кс с электроприводом

На электроприводных компрессорных станциях магистраль­ных газопроводов для привода центробежных нагнетателей, компримирующих газ, применяют асинхронные и синхронные элект­роприводы мощностью от 4000 до 12500 кВт.

Электроприводной газоперекачивающий агрегат включает в себя: электродвигатель, центробежный нагнетатель, мультипли­катор и вспомогательное обору-дование (масляную систему, систе­му автоматического управления, регулирования и защиты, систе­му охлаждения масла и воздуха, уплотнения нагнетателя и др.).

Технологические параметры ЭГПА (табл. 3.8) близки к техно­логическим парамет-рам ГГПА, так как имеют высокую степень унификации с соответствующим типоразме-ром центробежного нагнетателя.

ЭГПА имеют ряд преимуществ перед другими типами приво­да: меньшие капиталь-ные затраты на строительство, более высо­кую надежность, меньшую пожароопасность, сокращение обслу­живающего персонала. С другой стороны, имеется ряд факторов, кото-рые ограничивают сферу использования ЭГПА: отсутствие развитых энергетических систем в районах преимущественного пролегания крупных магистральных газопроводов, длительность строительства и капиталоемкость энергетических мощностей в этих райо-нах; недостаточная надежность ЛЭП в условиях удале­ния от ЕЭС; нерегулируемость электропривода по частоте враще­ния; наличие в составе ГПА мультипликатора.

В первых типоразмерах ЭГПА использовали асинхронные электродвигатели с фазным ротором, которые затем были модер­низированы с использованием коротко-замкнутого ротора (двига­тели типа A3).

Последующие типоразмеры ЭГПА выполнены с синхронными двигателями с реакторным способом пуска (СТМ-4000-2, СТД-12500-2) и прямым пуском непосред-ственно от сети (СТД-4000-2).

В настоящее время наибольшее распространение на КС газо­проводов получили синхронные двигатели СТД-4000-2 и СТД-12500-2. Указанные двигатели выпускают в закрытом исполнении с замкнутым циклом вентиляции, с одним рабочим конусом вала, который соединяют с валом центробежного нагнетателя посред­ством муфты через редук-тор. Статор двигателя состоит из паке­тов, разделенных вентиляционными каналами. Пакеты набирают из дисков или сегментов электротехнической стали, аналогично электродвигателю типа СТМ. Изоляция обмотки статора типа "Монолит-2", класса нагревостойкости "В".

Таблица 3.8

Основные технические показатели электроприводных гпа

Показатели	Марки ГПА
	АЗ-4500 -1500	СТМ- 4000-2	CТД- 4000-2	СТД- 12500-2
Номинальная мощность, мВт	4,5	4,0	4,0	12,5
Напряжение, кВ	6,0	6,0	6,0/10,0	6,0/10,0
Сила тока статора, А	520	445	438/265	1368/820
Частота вращения ротора двигателя, об/мин	1490	3000	3000	3000
Коэффициент мощности	0,87	0,9	0,9	0,9
КПД двигателя	0,956	0,975	0,974	0,979
Тип возбудителя	—	ПВ-92	ПВ-92 БВУ-2Ф	ВТ-75
Мощность возбудителя, кВт	—	39	39/40	75
Напряжение возбуждения, В	—	122	101/103	226
Сила тока возбуждения, А		320	280/294	290
Расход охлаждающей воды, м3/ч	54	54	52	74
Расход воздуха воздухо-охладителем, м3/с	—	4,0	3,2	8,5
Тип центробежного нагнетателя	280-11-1	280-11-6	280-11-6	370-18-2
Производительность нагнетателя, млн. м3/сут	13,0	13,0	13,0	37,0
Политропический КПД нагнетателя	0,84	0,84	0,84	0,85
Давление на входе нагнетателя, МПа	4,39	4,39	4,39	6,05
Давление на выходе нагнетателя, МПа	5,49	5,49	5,49	7,45
Степень сжатия нагне-тателя	1,25	1,25	1,25	1,23
Частота вращения рото-ра нагнетателя, об/мин	7950	7980	7980	4800
Удельные потери масла, кг/ч	0,2	0,2	0,3	0,5
Высота площадки обслуживания, м	4,2	4,2	4,2/0,0	0,0
Масса двигателя, т	26,8	20,0	12,9	25,5
Масса нагнетателя с редуктором, т	24,2	24,2	24,2	52,4
Масса ГПА, т	51,0	44,2	37,4	77,9
Удельная масса, кг/кВт	12,8	11,0	9,3	6,2
Общий ресурс, тыс. ч	120	120	100	100 _

Ротор двигателя изготавливают из цельной стальной поковки. В бочке ротора выполняют чередующиеся равновысокие пазы, в которых укладывают и спрессовывают обмотку возбуждения с изоляцией. На поверхности бочки ротора выполняют рифление для увеличения поверхности теплоотдачи. На роторе устанавлива­ют центробежные вентиляторы и направляющие аппараты, обес­печивающие безударный вход воздуха в вентиляторы. Опорой ро­тора служат литые стояковые подшипники скольжения с циркули­рующей смазкой под давлением.

Двигатели имеют шесть маркированных шинных выводов, вы­веденных вниз статора.

Возбуждение осуществляется одним из следующих устройств: тиристорным возбудительным устройством серии ТВУ-2; бесще­точным возбудительным устройством серии БВУ и электромашин­ным возбудителем серии ВТ.

Модификации электродвигателей типа СТДП являются взрывозащищенными, продуваемыми под избыточным давлением чис­тым воздухом. В остальном принципи-альные конструктивные ре­шения аналогичны электродвигателям типа СТД.

В ЭГПА применяют системы автоматики, аналогичные систе­мам автоматики газотурбинных ГПА (типа "Электра" или А-705-15), обеспечивающие полную автома-тизацию агрегата по процес­сам контроля, защиты, сигнализации, управления и вписы-вающи­еся в центральную систему автоматики КС. Редукторы, используе­мые в ЭГПА, являются одноступенчатыми шевронными ускори­телями с горизонтальным расположе-нием осей силовой зубчатой передачи, валы которой вращаются в подшипниках сколь-жения с принудительной смазкой.

Конструкция нагнетателя и его вспомогательных систем (мас­ляной, гидравличес-кого уплотнения ротора, регулирования и за­щиты) аналогичны конструкциям подобных типоразмеров для газотурбинных ГПА.

В объединенной масляной системе двигателя, редуктора и на­гнетателя использует-ся турбинное масло типа ТП-22.

Укрупнение электродвигателей приводит, естественно, к не­обходимости обеспе-чения их эффективной системой охлаждения, которая при больших мощностях занимает видное место как в ка­питальных вложениях, так и в эксплуатационных показателях ра­боты КС с электроприводными ГПА.

Система охлаждения электроприводных ГПА включает в об­щем виде две системы: охлаждения смазочного масла и охлажде­ния воздуха двигателя. Система охлаждения масла необходима для обеспечения отвода тепла от подшипников нагнетателя, редуктора и двигателя, система охлаждения воздуха — для охлаждения теп­ловыделяющих элемен-тов статора и ротора двигателя. Система ох­лаждения масла является закрытой и, как правило, включает мас­лоохладитель в виде АВО масла.

Для охлаждения воздуха в электродвигателях типа СТД ис­пользуют воздухоохла-дители, расположенные по боковым поверх­ностям статора (два воздухоохладителя на двигатель), включаемые в комплект поставки двигателя. Воздухоохладители собирают из латунных трубок с цельнокатным алюминиевым наружным оребрением, завальцованных в трубных решетках, крышек со штуце­рами для подвода и отвода воды, рам жесткости и воздуховодов. Циркуляция воздуха осуществляется центробежными вентилято­рами, установленными на роторе двигателя. В трубном простран­стве воздухоохладителя цирку-лирует охлаждающая вода, что и вы­зывает необходимость применения латунных трубок.

В системе охлаждения воздух движется следующим образом. Нагретый в двигате-ле, он проходит через воздухоохладитель, где охлаждается и поступает в пространство между торцевыми щита­ми, откуда направляется на прием вентиляторов в зону низкого давления. Далее вентиляторами воздух нагнетается в зону высоко­го давления — лобовых частей обмотки статора. Из зоны высокого давления воздух разветвляется на две струи. Первая проходит в за­зор и через радиальные каналы между крайними пакетами железа выходит на обшивку статора — зону горячего воздуха. Вторая струя по перепускным каналам проходит к средним пакетам стато­ра, откуда через каналы крайних пакетов железа выходит под об­шивку статора, смешиваясь с первой струей. Далее воздух через боковые окна в обшивке статора вновь поступает в воздухоохла­дитель. Часть воздуха из зоны высокого давления направляется к ротору. Интенсивное охлаждение лобовых частей обмотки рото­ра достигается направленным движением потока воздуха по кана­лам в рас-порках и клиньях.

Для электродвигателей типа СТД допустимая температура об­мотки статора 120, обмотки ротора — 130 °С. Номинальная темпе­ратура воздуха, поступающего в двигатель, 40 °С. Мощность двигателя в зависимости от температуры входящего в него воздуха меняется следующим образом:

Максимальная мощность в процентах

от номинальной при cos φ = 0,9..............87 95 100 106

Температура входящего воздуха, °С.........50 45 40 30 и менее

Температура воды, поступающей в воздухоохладитель, долж­на быть не более 30 °С при ее расходе в оба охладителя 56 м³/ч (для двигателей мощностью 4000 и 5000 кВт) и

74 м³/ч (для двигателей большей мощности).

Двухконтурную систему охлаждения воды с использованием аппаратов воздушно-го охлаждения (АВО) можно применять толь­ко для центральных и северных районов, однако это менее рацио­нально, нежели для двухконтурной системы охлаждения масла, из-за малого значения разности между температурой воды на вы­ходе из АВО и расчетной температурой атмосферного воздуха. Ре­зультаты расчетов стандартизованных АВО типа АВМ для двигате­лей серии СТД при расчетной температуре атмосферного воздуха 25 °С следующие:

Мощность электродвигателя,

кВт ………...............................4000 5000 6300 8000 10000 12500

Поверхность охлаждения АВО

по оребренным трубам, м²......930 930 1295 1860 1860 2325

Необходимое число АВО........ 3 3 3 4 4 5

Исключить охлаждающую воду из системы охлаждения двига­теля можно, заменив воздухоохладитель "вода-воздух" на возду­хоохладитель "воздух-воздух". Наиболее рацио-нальны для этих условий охладители пластинчатого типа. Они конструктивно про­сты, компактны и имеют достаточно развитые поверхности ох­лаждения с обеих сторон теплоносителей.

Для КС, которые в летний период эксплуатации не имеют 100 %-ной нагрузки по мощности двигателей, потребные поверх­ности охлаждения воздухоохладителя (ВО) могут быть значитель­но уменьшены за счет повышения температурного напора тепло­носителей. Для КС, расположенных в южных районах, где темпе­ратура атмосферного воздуха в лет-ний период может быть выше расчетной (30 °С), целесообразно перед подачей охлаждаю-щего воздуха в ВО пропускать его через специальную камеру увлажне­ния в целях пони-жения температуры окружающего воздуха до температуры по смоченному термометру либо близкого к ней зна­чения. При исходной температуре атмосферного воздуха 40 °С_Г от­носительной влажности воздуха 40 % и давлении 760 мм рт. ст. пу­тем увлажнения воздуха до относительной влажности 90 % его температура понижается на 10 °С, т. е. до номинальной температу­ры для работы ВО. Для рассмотренного режима работы камеры увлажнения, рассчитанной по I-d-диаграмме, потребный расход воды на увлажнение воздуха в зависимости от мощности двигате­лей СТД следующий:

Мощность двигателя, кВт......4000 5000 6300 8000 10000 12500

Расход воды на увлажнение,

м³/ч............................................0,04 0,05 0,06 0,06 0,105 0,105

Расход воды, необходимой для увлажнения воздуха, незначи­телен, продолжитель-ность ее потребления составляет несколько часов в сутки, поэтому такой расход воды может быть обеспечен даже на КС, расположенных в районах с ограниченными водными ресурсами. Годовой расход воды для увлажнения воздуха может быть рассчитан исходя из годовой суммарной продолжительности температуры воздуха выше 30 °С для рассматри-ваемого района.

Анализ показал, что для КС с ЭГПА, располагаемых в любых климатических райо-нах страны, может быть рекомендована сис­тема воздушного охлаждения масла и воздуха (рис. 3.14). Эта сис­тема полностью исключает потребление охлаждающей воды и со­стоит из подконтуров охлаждения масла электродвигателя 1 и на­гнетателя с редуктором 6. Масло циркулирует в подконтурах от насосов 7, а охлаждается в АВО 8, оборудованном устройствами рециркуляции охлаждающего воздуха. Вместо двух подконтуров охлажде-ния масла может быть спроектирован один общий контур охлаждения масла электродви-гателя и приводимого агрегата.

Охлаждающий воздух циркулирует во внутреннем контуре охлаждения электро-двигателя от центробежных воздуходувок 2, установленных на роторе электродвигателя 1. Воздух охлаждается в воздухоохладителе 3 типа "воздух - воздух". Воздух наружного контура засасывается из атмосферы центробежными вентилято­рами 4, пройдя камеру увлажнения 5, поступает в воздухоохладитель 3, откуда после отвода теплоты от воздуха внутреннего конту­ра выбрасывается в атмосферу.

Рис. 3.14. Система воздушного охлаждения ЭГПА:

I - электродвигатель; 2 — воздуходувка; 3 — воздухоохладитель; 4 — цент­робежный вентилятор; 5 — камера увлажнения; 6 — нагнетатель с редукто­ром; 7 — масляный насос; 8 — АВО масла

Такая система охлаждения эконо­мически эффективна. Проведенные во ВНИИГАЗ исследования показывают, что с целью дальнейшего снижения капитальных и эксплуатационных затрат и повышения надежности работы электроприводных ГПА весьма рационально на обоих концах ро­тора параллельно центробежным воздуходувкам 2 устанавливать центробежные вентиляторы, соединенные воздуховодами с воздухоохла-дителями и атмосферой. Такое выполнение системы охлажде­ния наряду с повышением эффективности дает возможность значи­тельно увеличить автономность агрегата в резуль-тате ликвидации центробежного вентилятора 4 с независимым приводом. Изменение подачи КС, оборудованных электроприводом, осу­ществляется изменением числа работающих агрегатов или схемы их соединения.