Результат интеллектуальной деятельности: Газоперекачивающий агрегат

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при разработке, модернизации или реконструкции газоперекачивающих агрегатов и для автономного электроснабжения компрессорных станций.

Известен газоперекачивающий агрегат (ГПА), состоящий из камеры сгорания, закрепленных на валу осевого компрессора, турбин высокого и низкого давления, нагнетателя природного газа и турбогенератора (см. патент RU 2626038, F02C 6/00, опубл. 11.07.2017).

Известен газоперекачивающий агрегат, состоящий из камеры сгорания, закрепленного на валу турбины высокого давления осевого компрессора, турбины низкого давления (силовой турбины), нагнетателя природного газа и генератора собственных нужд (ГСН) (Совершенствование системы электроснабжения газоперекачивающих агрегатов с генераторами собственных нужд, И.И. Артюхов, Д.А. Бочкарев, С.Ф. Степанов, Вестник СПТУ. 2015, №3 (80), с. 176-180).

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является газоперекачивающий агрегат, состоящий из камеры сгорания, установленных на валу турбины высокого давления осевого компрессора, турбины низкого давления, центробежного нагнетателя природного газа, а также генератора собственных нужд (см. Методические рекомендации. Газоперекачивающий агрегат "Коберра-182", М. - 1982, Типография УУЗ Минэнерго СССР, с. 10-17, 202-205).

Однако во всех существующих системах имеется один существенный недостаток, а именно - вращательный момент от турбины к генератору передается посредством жесткого вала, напрямую, или через редуктор (трансмиссию), что ограничивает работу системы в условно узком диапазоне рабочих оборотов турбины без частотного регулирования электрического тока, вырабатываемого генератором, а также возможности в плане компоновки ГПА, оборудованного ГСН.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является создание нового газоперекачивающего агрегата с генератором собственных нужд, позволяющего решить вышеуказанные проблемы и обеспечить надежность работы системы гидрообъемного привода генератора собственных нужд.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в газоперекачивающем агрегате, состоящем из камеры сгорания, установленных на валу турбины высокого давления осевого компрессора, турбины низкого давления, центробежного нагнетателя природного газа, а также генератора собственных нужд, который подключен к валу посредством системы гидрообъемного привода, представляющей собой последовательно соединенные между собой гидравлическую линию всасывания, на которой последовательно установлены обратный клапан, масляный фильтр тонкой очистки и масляный шестеренчатый насос, привод которого соединен с валом перед центробежным нагнетателем, напорную гидравлическую линию, на которой последовательно установлены первый предохранительный клапан, манометр, гидравлический блок управления, включающий в себя регулятор потока и второй предохранительный клапан, и регулируемый гидромотор, возвратную гидравлическую линию, на которой последовательно установлены третий предохранительный клапан и маслоохладитель, а также маслобак, причем гидравлическая линия всасывания своим входом и возвратная гидравлическая линия своим выходом соединены с маслобаком, выход первого предохранительного клапана подключен к входу масляного шестеренчатого насоса, вход второго предохранительного клапана подключен к выходу регулируемого гидромотора, а выход второго предохранительного клапана - к входу регулируемого гидромотора, вход третьего предохранительного клапана подключен к входу маслоохладителя, а выход третьего предохранительного клапана - к выходу маслоохладителя.

При этом привод масляного шестеренчатого насоса соединен с валом перед центробежным нагнетателем посредством шестерни, а маслобак содержит указатель уровня масла.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема газоперекачивающего агрегата, а на фиг. 2 - схема системы гидрообъемного привода генератора собственных нужд. На фиг. 1 и фиг. 2 показаны следующие элементы: осевой компрессор 1, камера сгорания 2, турбина высокого давления 3, турбина низкого давления 4, центробежный нагнетатель природного газа 5, генератор собственных нужд 6, вал турбины низкого давления, соединяющий ее с центробежным нагнетателем 7, масляный шестеренчатый насос 8, гидравлические линии 9, гидравлический блок управления 10, регулируемый гидромотор 11, обратный клапан 12, масляный фильтр тонкой очистки 13, первый предохранительный клапан 14, манометр 15, регулятор потока 16, второй предохранительный клапан 17, маслоохладитель 18, третий предохранительный клапан 19, указатель уровня масла 20, маслобак 21, гидравлическая линия всасывания 22, напорная гидравлическая линия 23, возвратная гидравлическая линия 24.

Осевой компрессор 1 и турбина высокого давления 3 установлены на одном валу. Осевой компрессор 1 подает сжимаемый воздух, необходимый для сгорания топлива, через камеру сгорания 2 на турбину высокого давления 3. На валу 7 установлены турбина низкого давления 4, центробежный нагнетатель природного газа 5. Вал 7 соединен с насосом 8 к которому подключена система гидрообъемного привода генератора собственных нужд 6.

Система гидрообъемного привода представляет собой последовательно соединенные между собой гидравлическую линию всасывания 22, напорную гидравлическую линию 23 и возвратную гидравлическую линию 24, а также маслобак 21.

На гидравлической линии всасывания 22 последовательно установлены и соединены между собой трубопроводами обратный клапан 12, масляный фильтр тонкой очистки 13 и масляный шестеренчатый насос 8. Перед масляным шестеренчатым насосом 8 (гидравлическая линия всасывания 22) установлен обратный клапан 12 для предотвращения опорожнения системы (т.к. шестеренчатые насосы не обладают самовсасыванием), а также масляный фильтр тонкой очистки 13.

В качестве основного насоса системы гидрообъемного привода используется шестеренчатый масляный насос 8. Привод масляного шестеренчатого насоса 8 соединен с валом 7 турбины низкого давления перед центробежным нагнетателем 5 посредством шестерни (на фиг. не показано). Подключение к валу 7 турбины низкого давления осуществляется непосредственно зацеплением ведомой приводной шестернею насоса либо через промежуточную шестерню. Шестеренчатые масляные насосы хорошо работают в диапазоне высоких оборотов, имеют высокую надежность, просты в конструкции и технологичны.

На напорной гидравлической линии 23 последовательно установлены и соединены между собой трубопроводами первый предохранительный клапан 14, гидравлический блок управления 10, включающий в себя регулятор потока 16 и второй предохранительный клапан 17, а также регулируемый (например, аксиально-поршневой) гидромотор 11 (основной силовой привод ГСН). На гидравлической линии 23, перед регулятором потока, установлен манометр 15. Выход первого предохранительного клапана 14 подключен к входу масляного шестеренчатого насоса 8.

Первый предохранительный клапан 14 предназначен для предохранения гидропривода от давления рабочей жидкости, превышающего установленное, путем слива жидкости в моменты увеличения этого давления. Первый предохранительный клапан является клапаном эпизодического действия, т.е. при нормальном давлении он закрыт и открывается лишь при давлении рабочей жидкости в системе гидрообъемного привода, превышающем установленное давление. Сброс масла осуществляется на вход насоса, что существенно улучшает работу насоса и системы в целом. Регулятор потока 16 определяет постоянное требуемое давление и расход в напорном трубопроводе, этим обеспечивая постоянную частоту вращения, питающем гидромотор приводящий во вращение ГСН. Цель применения регулируемого гидромотора 11 - обеспечение постоянной (номинальной) частоты вращения ротора генератора.

Для обеспечения защиты от перегрузок и безопасного инерционного выбега ГСН при остановке ГПА система гидрообъемного привода оборудуется вторым предохранительным клапаном 17. Вход второго предохранительного клапана 17 подключен к выходу регулируемого гидромотора 11, а выход второго предохранительного клапана 17 - к входу регулируемого гидромотора 11.

В ходе работы системы гидрообъемного привода происходит нагрев гидрожидкости за счет образования тепла в парах трения, что приводит к снижению вязкости гидрожидкости, увеличению протечек из системы и снижению общего КПД. В целях поддержания рабочей температуры на возвратной гидравлической линии 24 установлен маслоохладитель 18. Для защиты маслоохладителя 18 от превышения давления на возвратной гидравлической линии 24 установлен третий предохранительный клапан 19, вход которого подключен к входу маслоохладителя 18, а выход - к выходу маслоохладителя 18. Маслоохладитель 18 и третий предохранительный клапан 19 соединены между собой трубопроводами.

После маслоохладителя гидрожидкость поступает в циркуляционный маслобак 21. Гидравлическая линия всасывания 22 своим входом и возвратная гидравлическая линия 24 своим выходом соединены с маслобаком 21. Маслобак 21 может дополнительно содержать указатель уровня масла 20.

Использование системы гидрообъемного привода, позволяет расположить генератор собственных нужд в любом эргономически безопасном, удобном для обслуживания и ремонта месте относительно ГПА. Кроме того появляется возможность применить ГСН там, где его раньше не было предусмотрено конструкцией ГПА. За счет применения гидравлического (электронно-гидравлического) блока управления появляется возможность более раннего выхода на рабочие обороты ГСН, путем регулирования расхода через него масла.

Предлагаемое изобретение позволяет создать новый ГПА, оборудованный ГСН, и обеспечивает надежность работы системы гидрообъемного привода ГСН.