1999

Разработка газотурбинного компрессора ГТК-10-4 цеха № 4 Сосногорского ЛПУМГ с усовершенствованием камеры сгорания-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

ID: 171957
Дата закачки: 26 Июля 2016
Продавец: lelya.nakonechnyy.92@mail.ru (Напишите, если есть вопросы)
    Посмотреть другие работы этого продавца

Тип работы: Диплом и связанное с ним
Форматы файлов: AutoCAD (DWG/DXF), КОМПАС, Microsoft Word
Сдано в учебном заведении: ИНиГ

Описание:
Разработка газотурбинного компрессора ГТК-10-4 цеха № 4 Сосногорского ЛПУМГ с усовершенствованием камеры сгорания-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
Агрегат предназначен для сжатия природного газа, транспортируемого по магистральным газопроводам.
Газотурбинная установка ГТК-10-4 входящая в состав агрегата, выполнена по открытому циклу, с регенерацией тепла по схеме с «разрезным валом» (со свободной силовой турбиной). Это обеспечивает, несмотря на сравнительную простоту конструкции, высокую экономичность и маневренность установки, т. е. наиболее полное удовлетворение требований, предъявляемых условиям работы в системе газопроводов.
Газотурбинная установка состоит из двух механически несвязанных между собой турбин (турбины высокого давления - для привода воздушного компрессора и силовой турбины - для привода газового нагнетателя), воздушного компрессора, камеры сгорания, воздухоподогревателя, пускового турбодетандера, а также систем смазки, регулирования, защиты и управления, обеспечивающих нормальную работу и обслуживание установки.
Воздух из атмосферы через фильтры засасывается и сжимается осевым компрессором и поступает в воздухоподогреватель, где его температура повышается за счет тепла отработанных в турбине продуктов сгорания. Подогретый воздух направляется в камеру сгорания, куда подается и топливо. Продукты сгорания из камеры направляются в турбину высокого давления, мощность которой используется для привода осевого компрессора; далее продукты сгорания попадают в силовую турбину, вращающую нагнетатель. После турбины продукты сгорания проходят через воздухоподогреватель, отдают часть тепла воздуху, и выпускаются в атмосферу через дымовую трубу. Пуск агрегата осуществляется пусковым турбодетандером, работающим на перекачиваемом по магистрали газе. Топливом является перекачиваемый природный газ.
Обе турбины выполнены в общем литом корпусе, имеющем внутреннюю тепловую изоляцию. Ротор турбины высокого давления состоит из одновенечного диска, укрепленного на консоли вала воздушного компрессора, который вращается

в двух подшипниках (один из подшипников опорно-упорный). Одновенечный диск турбины низкого давления крепится на консоли силового вала, который вращается в двух подшипниках, расположенных в общем корпусе (один из подшипников опорно-упорный). Воздушный компрессор осевого типа имеет 10 ступеней. Направляющие лопатки укреплены в литом чугунном корпусе. Ротор компрессора барабанного типа. Рабочие лопатки крепятся к ротору при помощи зубчатых хвостов.
Вся турбогруппа смонтирована на общей сварной раме - маслобаке.
Камера сгорания вертикальная, прямоточная, состоит из корпуса, фронтового устройства с горелками, огневой части и смесительного устройства. Воздухоподогреватель выполнен из профильных листов и состоят из двух секций. Движение продуктов сгорания через подогреватель осуществляется одним ходом по каналам двуугольной формы, образованным штампованным профилем листов, между которыми также движется и подогреваемый воздух.
Пусковой турбодетандер, установленный на блоке переднего подшипника компрессора, соединяется с ротором турбины высокого давления зубчатой передачей и снабжен расцепным устройством. Соединение роторов нагнетателя и газовой турбины осуществляется при помощи промежуточного вала с зубчатыми соединительными муфтами. Масляная система агрегата состоит из главного маслонасоса, установленного на валу турбины высокого давления, пускового электронасоса, резервного электронасоса, насосов уплотнения нагнетателя, маслобака (рама турбогруппы), аккумулятора масла, маслопроводов с арматурой, подогревателя масла и фильтров тонкой очистки.
Система управления, регулирования и защиты агрегата обеспечивает:
- поддержание заданной скорости вращения вала нагнетателя;
- поддержание заданного перепада давления между маслом уплотнения и газом в полости нагнетателя;
- управление операциями пуска и остановки агрегата;
- защиту агрегата от недопустимых режимов и условий работы.
Пуск, загрузка, управление и остановка агрегата осуществляется автоматически с центрального щита или щита агрегата. Система контроля агрегата осуществляет дистанционное измерение основных эксплуатационных параметров [19].
Газоперекачивающий агрегат установлен в защитном здании-укрытии из сборных панелей. Здание - укрытие оснащено системой отопления и вентиляции.


Комментарии: 2.4 Разработка конструкции камеры сгорания с усовершенствованным горелочным устройством
2.4.1 Патентные исследования
Целью патентных исследований является исследование существующих конструкций горелочных устройств, а также выбор наиболее подходящей, то есть отвечающей требованиям прочности, надежности, и безопасности. Анализ технического уровня и тенденций развития горелочных устройств сведен в таблицу 6.
В результате патентных исследований становится ясно, что конструктивно камера сгорания ГТК-10-4 с усовершенствованным горелочным устройством (камера сгорания ПСТ ГТК-10-4) является однозонной многомодульной камерой сгорания с предварительной подготовкой «бедной» топливовоздушной смеси с многоконтурной системой подачи и распределения топлива. Предварительная подготовка топливовоздушнои смеси производится в специальных модулях-горелках, имеющих несколько изолированных топливных контуров.
Усовершенствование горелочного устройства ГПА ГТК-10-4 будет состоять в следующем:
-установка дежурной (центральной горелки)
- установка шести основных (периферийных) горелок
- установка распределительного топливного клапана
- установка дополнительного топливного коллектора
- установка системы запуска агрегата и соответствующая доработка
конструкции штатного фронтового устройства, смесителя и топливных
трубопроводов.
Силовой корпус и основной топливный коллектор применяются без изменений.
Камера сгорания ПСТ ГТК-10-4 производит сжигание природного газа с уровнем выбросов оксидов азота (NOx) не более 50 мг/нм3 (в пересчете на 15% содержание 02 в продуктах сгорания) в условиях ГПА ГТК-10-4.
Камера сгорания ПСТ ГТК-10-4 должна быть работоспособной в условиях эксплуатации ГПА ГТК-10-4 в соответствии с техническими показателями агрегата и требованиями к ним. Для этого перед внедрением на производство камера проходит стендовые и предварительные испытания в рабочем режиме. В результате опытно-промышленной эксплуатации и приемочных испытаний определяют основные характеристики камер сгорания при работе на агрегате. В таблице 7 приведены основные характеристики камер сгорания ПСТ.
Параметры камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4 при эксплуатации в составе ГПА ГТК-10-4 должны соответствовать данным, приведенным в таблице 8.
Параметры жаровых труб и параметры горелок камер сгорания ПСТ приведены в таблице 9 и таблице 10 соответственно [20].

2.4.3 Конструктивное исполнение

Схема камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4 приведена на рисунке 6. Камера сгорания состоит из следующих основных систем и элементов:
- центральная горелка;
- шесть периферийных горелок;
- система зажигания;
- фронтовое устройство;
- смеситель;
- корпус;
- крышка.
Камера сгорания ПСТ ГТК-10-4 имеет четыре контура топливного газа: контур запального топлива, контур дежурного топлива, основной контур основного топлива и пусковой контур основного топлива. До завершения прогрева регенераторов в соответствии с заданным алгоритмом распределения расхода топлива по контурам камеры сгорания около 50% от общего расхода топливного газа поступает в контур дежурного топлива и пусковой контур основного топлива. Горение этой части топлива происходит в диффузионном факеле, что обеспечивает устойчивость работы камеры сгорания и отсутствие вибрационного горения при низкой температуре циклового воздуха. По окончании заданного времени прогрева регенераторов происходит плавное закрытие топливного крана 3 в линии подачи топливного газа в пусковой контур основного топлива.
Система распределения топлива предназначена для организации распределения топливного газа по контурам камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4 в зависимости от режима работы ГПА.
Система распределения топлива приведена на рисунке 7. Она включает в себя элементы штатной топливной системы: электромагнитные краны 20, 21, стопорный клапан (СК), регулирующий клапан (РК), вентиль запального топлива, основной топливный коллектор 5, топливный кран 3, дополнительный коллектор 4, трубопровод запального топлива 12 с дроссельной шайбой 10, дроссельная шайба дежурного топлива 11, трубопровод дежурного топлива 13, трубопровод основного контура 14, трубопровод пускового контура 15, шесть патрубков пускового контура 16, шесть патрубков основного контура 17 и один патрубок основного контура 18.
Топливный кран 3 типа КШТВ 16-50 предназначен для плавного изменения расхода основного топлива через пусковой контур. Кран имеет электропривод МЭОФ-40/25-0.25У-96, для управления которым применяется специальная САУ.
В зависимости от конфигурации САУ индикатором режима работы ГПА служит значение избыточного давления перед камерой сгорания р или значение
скорости вращения ТНД п2. Перед пуском ГПА и до завершения прогрева регенераторов топливный кран находится в полностью открытом положении. Отсчет времени прогрева регенераторов начинается после достижения порогового значения р=2 кг/см2 (или п2=3300 об/мин). После окончания заданного времени прогрева t=45 мин шаровый кран плавно закрывается в течение 30÷35 сек и поступление топлива в пусковой контур прекращается. Распределение расхода основного топлива между основным и пусковым контуром в процессе пуска ГПА приведено на рисунке 8. В процессе останова ГПА после достижения порогового значения р (п2) топливный кран плавно открывается без временной задержки.
Трубопровод основного контура 14 и трубопровод пускового контура 15 предназначены для подачи основного топлива соответственно в основной топливный коллектор 5 и дополнительный (пусковой) коллектор 4.
Основной топливный коллектор 5 и патрубки основного контура 17, 18 предназначены для равномерного распределения расхода основного топлива по контурам основного топлива шести периферийных и центральной горелки.
Дополнительный топливный коллектор 4 и патрубки пускового контура 20 предназначены для равномерного распределения расхода основного топлива по каналам пускового топлива шести периферийных горелок.
Трубопровод запального топлива 12 с дроссельной шайбой 10 предназначены для дозированной подачи запального топлива к штуцеру центральной горелки во время запуска ГПА. Расход запального топлива, необходимый для надежного розжига центральной горелки, обеспечивается за счет выбора проходного сечения дроссельной шайбы 10.
Трубопровод дежурного топлива 13 с дроссельной шайбой 11 предназначены для дозированной подачи дежурного топлива к штуцеру центральной горелки. Постоянный расход дежурного топлива, необходимый для обеспечения первого прогрева турбины и поддержания устойчивого горения на всех режимах, определяется проходным сечением дроссельной шайбы 11.
САУ электропривода топливного крана предназначена для управления
исполнительным механизмом топливного крана для регулирования распределения расхода топливного газа между пусковым и основным контуром камеры сгорания в зависимости от режима работы ГПА.
Система зажигания камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4 предназначена для обеспечения надежного розжига камеры сгорания.
Схема системы зажигания приведена на рисунке 9. Она состоит из агрегата зажигания 1, высоковольтного кабеля 2 и свечи 3. Свеча устанавливается внутри центральной горелки. Агрегат зажигания типа СК-224-1 при подаче входного напряжения вырабатывает импульсы высокого напряжения, которые передаются по высоковольтному кабелю к свече и вызывают искровые разряды между электродами свечи. От искровых разрядов происходит розжиг запального топлива во время пуска ГПА.
Центральная горелка, изображенная на рисунке 10, предназначена для розжига камеры сгорания, организации устойчивого горения дежурного топлива на всех режимах и организации горения основного топлива с низким уровнем выбросов NOx и СО при работе ГПА под нагрузкой.
Центральная горелка имеет цельносварную конструкцию и состоит из следующих основных элементов: коллектора 1, трубы наружной 2, трубы промежуточной 3, трубы внутренней 4, завихрителя 5, двенадцати форсунок основного топлива 6, двенадцати форсунок дежурного топлива 7, внутренней обечайки 8, наружной обечайки 9, штуцера основного топлива 10, штуцера дежурного топлива 11, штуцера запального топлива 12, штуцера импульсного воздуха 13, штуцера свечного 14.
Дежурное топливо подается в горелку из трубопровода дежурного топлива через штуцер дежурного топлива 11 и поступает по кольцевому зазору между промежуточной трубой 3 и внутренней трубой 4 в форсунки дежурного топлива 7. На форсунках дежурного топлива 7 выполнены многочисленные мелкие отверстия для равномерного распределения дежурного топлива в потоке воздуха.
Основное топливо подается в горелку из патрубка основного контура
через штуцер основного топлива 10, поступает через полость коллектора 1 и кольцевой зазор между наружной трубой 2 и промежуточной трубой 3 в форсунки основного топлива 6. На форсунках основного топлива 6 выполнены многочисленные мелкие отверстия для равномерного распределения основного топлива в потоке воздуха. Дежурное и основное топливо смешивается с воздухом на участке от форсунок до выходного сечения горелки. Лопаточный завихритель 5 предназначен для обеспечения стабилизации пламени и интенсификации процессов смешения и горения. Он состоит из двенадцати профилированных лопаток, обтекание которых придает потоку воздуха вращательное движение, что способствует формированию необходимого для стабилизации пламени возвратного течения на выходе потока из горелки. Наружная обечайка 9 служит для защиты внутренней обечайки 8 от прямого контакта с горячими продуктами сгорания. Воздух, протекающий в зазоре между наружной обечайкой 9 и внутренней обечайкой 8, охлаждает конструкцию горелки и предотвращает проскок пламени по пограничному слою в зону предварительного смешения топлива с воздухом. Штуцер свечной 14, расположенный на внутренней трубе 4, предназначен для установки запальной свечи 17. Соединение свечи со штуцером 14 уплотняется с помощью медной прокладки. Рабочий участок свечи размещается внутри втулки 16. Втулка 16 имеет диск, часть которого срезана таким образом, что образуется отверстие в форме полукольца для выхода запального топлива. Для предотвращения повреждения свечи от перегрева предусмотрена продувка полости внутренней трубы 4 воздухом, отбираемым из камеры сгорания через отверстия на продувочной трубке 15. Запальное топливо поступает в дежурную горелку через штуцер 12, установленный на внутренней трубке 4. На коллекторе 1 расположен штуцер импульсного воздуха 13. Центральная горелка крепится к крышке камеры сгорания с помощью крепежного фланца. Для повышения надежности соединения фланца с горелкой предусмотрены четыре косынки. Фланец и косынки привариваются к центральной горелке во время первичного монтажа.
На боковой поверхности наружной обечайки 9 выполнены две бобышки, с помощью которых центральная горелка подвешивается к фронтовому устройству во время первичного монтажа камеры сгорания. После приварки крепежного фланца бобышки срезаются. Периферийные горелки предназначены для организации устойчивого горения основного топлива на всех режимах, с низкими уровнями выбросов NOx и СО при работе ГПА под нагрузкой.
Шесть периферийных горелок расположены равномерно вокруг центральной горелки.
Схема периферийной горелки приведена на рисунке 11. Периферийная горелка имеет цельносварную конструкцию и состоит из следующих основных элементов: хвостовика 1, трубы наружной 2, ствола 3, трубы внутренней 4, шайбы распределительной 5, крышки 6, завихрителя 7, двенадцати форсунок основного контура 8, десяти форсунок основного контура 9, внутренней обечайки 10, наружной обечайки 11, дефлектора воздушного 12, обтекателя 13, штуцера основного контура 14, штуцера пускового контура 15.
Хвостовик 1 служит для крепления горелки к крышке камеры сгорания.
Горелка опирается буртом хвостовика на упор крепежного фланца. Зазор между боковой поверхностью хвостовика и крепежным фланцем уплотняется с помощью фторопластовой прокладки. Обжим прокладки производится под воздействием толкателя при навинчивании хомута на резьбовую часть хвостовика горелки. Резьбовое соединение хомута с хвостовиком стопорится с помощью болта и самоконтрящейся гайки. Разъем между крепежным фланцем и крышкой камеры сгорания уплотняется с помощью паронитовой прокладки.
Подача основного топлива в периферийную горелку производится через, показанный на рисунке 8, штуцер основного контура 14 и штуцер пускового контура 15. Топливо, поступающее в штуцер основного контура 14, равномерно распределяется в потоке воздуха с помощью форсунок 8, 9 и отверстий на наружной трубе 2, и предварительно смешивается с воздухом до зоны горения.
Топливо, поступающее в штуцер пускового контура 15, направляется
непосредственно в зону горения через радиальные отверстия в распределительной шайбе 5. На режимах с низкими параметрами циклового воздуха расходы топлива через пусковой и основной контуры приблизительно равны, что обеспечивает высокую устойчивость горения. На основных рабочих режимах поступление топлива в пусковой контур прекращается.
Назначение и конструкция завихрителя 7, наружной обечайки 11, внутренней обечайки 10, аналогичны назначению и конструкции соответствующих элементов центральной горелки.
Дефлектор 12 предназначен для выравнивания поля скорости воздушного потока на входе в горелку. Он состоит из плавного точеного кольца и двух тонкостенных обечаек. Крепление дефлектора к горелке производится с помощью трех рядов стержней. Кольца, закрепляемые на стержнях, служат для уменьшения расхода воздуха через горелку и применяются при необходимости снижения выбросов СО.
Бобышки предназначены для подвески горелки на фронтовом устройстве при монтаже.
Фронтовое устройство предназначено для размещения горелок и распределения воздуха для горения и охлаждения жаровой трубы.
Фронтовое устройство, показанное на рисунке 12, имеет цельную -сварную конструкцию и состоит из корпуса 1, шести периферийных колец 2, центрального кольца 3, перекрытия 4, экрана 5 и четырех кронштейнов 6, равномерно расположенных по окружности корпуса.
На днище корпуса 1 расположены шесть периферийных колец 2 для установки периферийных горелок и центральное кольцо 3 для установки центральной горелки. На каждом кольце выполнено по два паза в диаметрально противоположных точках, через которые при монтаже камеры сгорания проходят бобышки на горелках. Перекрытие 4, выполненное из двенадцати сегментов, предназначено для дозирования расхода охлаждающего воздуха, поступающего внутрь камеры сгорания через завихритель корпуса 1 фронтового устройства.
Экран 5, изготовленный из листового жаростойкого материала ХН60ВТ, предназначен для изоляции зоны горения от охлаждающего воздуха. Применение экрана позволяет снизить выбросы СО. Экран выполнен сварным из пяти-шести секторов.
Крепление фронтового устройства к корпусу камеры сгорания производится с помощью четырех кронштейнов. Схема крепления показана на рисунке 13. Применение двух дополнительных кронштейнов позволяет снизить нагрузку от жаровой трубы на горелки.
Фронтовое устройство изготовляется из листовой аустенитной стали.
Смеситель предназначен для организации смешения вторичного воздуха с продуктами сгорания с целью формирования равномерного поля температур перед турбиной. Вихревой смеситель состоит из двух концентрично расположенных обечаек, из которых внутренняя имеет два диаметрально противоположных треугольных выреза, по боковым сторонам которых, в кольцевом пространстве, установлены ряды изогнутых лопаток. Последние разделяют общий осевой поток вторничного воздуха, движущийся в кольцевом пространстве на два потока и направляют их под прямым углом, через вырезы, внутрь огневой части. Два парные вихря, образовавшиеся внутри огневой части, взаимодействуют с продуктами сгорания, обеспечивая их перемешивание с вторичным воздухом.
Лопатки смесителя, расположенные под углом к его оси, двумя парами сходящихся рядов с одной стороны привариваются к внутренней обечайке, с другой - к бандажам, имеющим разрезы через каждые четыре лопатки. Наружная обечайка смесителя надевается на бандажи и в передней части (по ходу воздуха) центрируется радиально расположенными обтекателями и ребрами, приваренными к внутренней обечайке. На выходе наружной обечайки, за лопатками, к ней приваривается по торцу, между наружной и внутренней обечайками, заглушающее кольцо, препятствующее проходу воздуха в осевом направлении. Обтекатели и ребра соединяют при помощи четырех втулок и пальцев наружную и внутреннюю обечайки, допуская свободу их относительных переме-щений.
Смеситель крепится к корпусу камеры при помощи двух пар пальцев, заглушённых снаружи пробками. Два из этих пальцев входят во втулки на смесителе и фиксируют его осевое положение, а два других входят в шпонки, расположенные на наружной обечайке и допускают свободу осевого перемещения всего смесителя в целом.
При первичном монтаже размеры окон смесителя выполняются в соответствии с рисунком 14 а, б. В процессе пусконаладочных работ размеры окон могут быть изменены в соответствии с рисунком 14 в, в случае необходимости перераспределения расхода воздуха по трактам камеры сгорания.
Корпус камеры и крышка образуют прочный корпус, воспринимающий внутреннее давление воздуха. Корпус представляет собой цилиндрический барабан с двумя врезанными в него овальными, переходящими в круглые, патрубками, заканчивающимися фланцами. По этим патрубкам в камеру подводится воздух. На торцах барабана имеются два фланца для крепления крышки и соединения камеры сгорания с переходным патрубком, связанным с газовой турбиной. Кроме того, на корпусе размещаются еще три небольших патрубка для крепления фо¬тодатчиков контроля факела.
По сравнению со штатной конструкцией корпуса камеры сгорания изменено расположение смотровых окон.
Крышка является днищем корпуса и состоит из штампованной овальной части и фланца для соединения с корпусом камеры. На крышке располагаются наварыши для крепления горелок и кольцевой коллектор основного газа с двумя входными патрубками.
Для обеспечения возможности демонтажа центральной горелки без разборки камеры сгорания в целом в крышке вварен центральный фланец с отверстием, диаметр которого превышает максимальный наружный диаметр центральной горелки. Также к крышке приварен дополнительный коллектор [20].





Размер файла: 3,4 Мбайт
Фаил: (.rar)

Скачать

Добавить в корзину

Занесено в корзину

    Скачано: 1         Коментариев: 0

Есть вопросы? Посмотри часто задаваемые вопросы и ответы на них.
Опять не то? Мы можем помочь сделать!

Некоторые похожие работы:

К сожалению, точных предложений нет. Рекомендуем воспользоваться поиском по базе.