Результат интеллектуальной деятельности: МАСЛОСИСТЕМА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к маслосистеме энергетической газотурбинной установки, применяемой на газоперекачивающих и электрических станциях для привода различных агрегатов (насосов, газовых и воздушных компрессоров, электрогенераторов и т.п.).

Известна маслосистема энергетической газотурбинной установки (ЭГТУ), содержащая устройства для подачи и откачки масла из масляных полостей подшипниковых опор турбокомпрессора, свободной турбины и приводного агрегата (см. описание прототипа, 6-й абзац сверху; патент RU 2277175, МПК F02C 7/06, опубл. 27.05.2006 г.).

Особенностью известной установки является большая и широкоразветвленная сеть масляных коммуникаций. Стационарность установки и отсутствие жестких требований к ее весовым характеристикам позволили размещать маслопроводы и расположенные на них приборы и контрольно-измерительную аппаратуру в удобных для эксплуатационного обслуживания местах, что привело к значительному увеличению протяженности маслопроводов.

Из-за требований большого ресурса (≈100000 часов) и времени непрерывной работы установки увеличены размеры фильтров, теплообменников и других приборов, кроме того, введено дублирование (например, сдвоенные фильтры, сигнализаторы стружки, теплообменники и другие агрегаты). Поэтому при запуске ЭГТУ давление в магистрали подачи масла в масляные полости опорных подшипников роторов турбокомпрессора, силовой турбины и приводного агрегата появляется со значительной задержкой как из-за постепенной раскрутки вала нагнетающего насоса, имеющего привод от ротора турбокомпрессора, так и из-за необходимости заполнения маслом большого внутреннего пространства в маслопроводах с расположенными на них приборами и контрольно-измерительной аппаратуре. Это приводит к тому, что на режимах запуска ЭГТУ наиболее нагруженный ее узел - упорный подшипник ротора турбокомпрессора, воспринимающий осевое усилие на ротор и начавший вращение, остается на некоторое время без смазки, что снижает надежность работы маслосистемы и сокращает рабочий ресурс установки.

Налицо явное техническое противоречие: с одной стороны, рост подачи масла нагнетающим насосом пропорционально росту частоты вращения ротора турбокомпрессора необходим, а с другой стороны, при запуске ЭГТУ такой характер изменения подачи масла недопустим, так как не обеспечивает надежность работы маслосистемы.

Предложенное изобретение позволяет устранить это техническое противоречие.

Другим недостатком известной ЭГТУ является то, что система подачи и откачки масла турбокомпрессора и свободной турбины гидравлически не связана с системой подачи и откачки масла приводного агрегата, что усложняет конструкцию установки из-за необходимости использовать дополнительный маслобак и автономный нагнетающий насос.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение надежности работы маслосистемы при запуске ЭГТУ и упрощение ее конструкции.

Указанная задача достигается тем, что в маслосистеме энергетической газотурбинной установки, содержащей устройства для подачи и откачки масла из масляных полостей подшипниковых опор турбокомпрессора, свободной турбины и приводного агрегата, в которой устройство для подачи масла выполнено в виде системы из двух нагнетающих насосов, с приводом одного из них от ротора турбокомпрессора, а другого от электропривода, всасывающие магистрали которых подключены параллельно к маслобаку, согласно изобретению напорные магистрали нагнетающих насосов сообщены между собой через запорный клапан, при этом напорная магистраль нагнетающего насоса с электроприводом дополнительно выведена в масляную полость подшипниковых опор приводного агрегата. Кроме того, магистраль откачки масла приводного агрегата подключена к единому маслобаку установки.

Выполнение устройства для подачи масла в виде системы из двух нагнетающих насосов, с приводом одного из них от турбокомпрессора, а другого от электропривода, всасывающие магистрали которых подключены параллельно к маслобаку, а напорные магистрали сообщены между собой через запорный клапан, позволит корректировать подачу масла на нестационарных режимах работы ЭГТУ (например, при запуске) в масляные полости подшипниковых опор турбокомпрессора и свободной турбины, где расположены наиболее напряженные узлы установки (например, упорный подшипник турбокомпрессора).

Гидравлическая связь систем подачи и откачки масла турбокомпрессора с силовой турбиной и приводного агрегата позволит отказаться от использования автономного маслобака и нагнетающего насоса для приводного агрегата, что упростит конструкцию маслосистемы и облегчит эксплуатационное обслуживания ЭГТУ.

На чертеже представлена принципиальная схема маслосистемы ЭГТУ.

Маслосистема ЭГТУ включает в себя маслобак 1, масляные полости 2, 3, 4, соответственно, турбокомпрессора, свободной турбины, приводного агрегата. В масляной полости турбокомпрессора 2 расположен самый нагруженный узел установки - упорный подшипник 5, воспринимающий осевое усилие, действующее на ротор. На коробке приводов 6 турбокомпрессора установлен приводимый во вращение от ротора турбокомпрессора нагнетающий насос 7. Отдельно на установке смонтирован нагнетающий насос 8 с электроприводом. Всасывающие магистрали 9, 10 нагнетающих насосов 7 и 8 соответственно параллельно подключены к маслобаку 1. Напорные магистрали 11, 12 нагнетающих насосов 7 и 8 соответственно сообщены между собой через запорный клапан 13, управляемый электропневмоклапаном 14 по команде от датчика давления 15, установленного в напорной магистрали 16 подачи масла на упорный подшипник 5 турбокомпрессора. Напорная магистраль 12 нагнетающего насоса 8 с электроприводом дополнительно выведена через теплообменник 17 и фильтр 18 в масляную полость 4 приводного агрегата.

Для откачки масла из масляных полостей 2 и 3 турбокомпрессора и свободной турбины предусмотрены откачивающие насосы 19, 20, 21, 22 (все с приводом от ротора турбокомпрессора).

Для откачки масла из масляной полости 4 приводного агрегата на установке смонтирован отдельный откачивающий насос 23 с электроприводом.

По команде на запуск ЭГТУ одновременно включаются в работу и насосы с электроприводом (нагнетающий насос 8 и откачивающий насос 23) при открытом запорном клапане 13.

В ходе раскрутки турбокомпрессора постепенно включаются в работу нагнетающий насос 7 и откачивающие насосы 19, 20, 21, 22 с приводом от ротора турбокомпрессора. Поскольку нагнетающий насос 8 выполнен с электроприводом, он раскручивается почти мгновенно, а нагнетающий насос 7 постепенно (по мере раскрутки турбокомпрессора), то основное маслопитание установки на запуске будет производиться нагнетающим насосом 8, который обеспечит быстрое заполнение большого внутреннего пространства в напорных магистралях 11, 12, 16 и расположенных в них агрегатах (фильтрах, теплообменниках и т.п.), после чего начнет расти давление масла в напорной магистрали 16 подачи масла на упорный подшипник 5 турбокомпрессора. Когда давление масла в напорной магистрали 16 достигнет минимально допустимой величины (например ≈1.8 кгс/см²), срабатывает датчик давления 15 и электрический сигнал поступит на электропневмоклапан 14 и запорный клапан 13 разобщит между собой напорные магистрали 11 и 12. Дальнейший рост давления в напорной магистрали 16 будет обеспечен подачей масла только нагнетающим насосом 7, а нагнетающий насос 8 перестроится на подачу масла через теплообменник 17 и фильтр 18 в масляную полость 4 приводного агрегата.

Отработанное в масляных полостях масло поступает на вход откачивающих насосов 19, 20, 21, 22, 23 и переносится ими в маслобак 1. Из маслобака 1 освобожденное от воздушных включений масло попадает по всасывающим магистралям 9, 10 к нагнетающим насосам 7 и 8, и весь цикл движения масла повторяется снова. При останове ЭГТУ запорный клапан 13 открывается, а насосы 8 и 23 (с электроприводом) обесточиваются.

Реализация изобретения позволит повысить надежность работы маслосистемы при запуске ЭГТУ за счет подключения в напорную магистраль нагнетающего насоса с приводом от турбокомпрессора напорной магистрали нагнетающего насоса с электроприводом, с последующим разобщением магистралей при достижении минимально допустимого давления подачи масла на смазку упорного подшипника турбокомпрессора, воспринимающего осевую нагрузку на ротор, и упростить конструкцию маслосистемы, гидравлически связав систему подачи и откачки масла турбокомпрессора, свободной турбины и приводного агрегата.