Замена штатной муфты газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-16 служащей для передачи крутящего момента от двигателя НК-16СТ к нагнетателю НЦ-16/76 , на вновь изготовленную трансмиссию-ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПАРАМЕТРОВ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИ

Замена штатной муфты газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-16 служащей для передачи крутящего момента от двигателя НК-16СТ к нагнетателю НЦ-16/76 , на вновь изготовленную трансмиссию-ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПАРАМЕТРОВ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ СРОКОВ ПРОВЕДЕНИЯ МОНТАЖНЫХ РАБОТ И ПОВЫШЕНИЯ РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
РЕФЕРАТ

МОДЕРНИЗАЦИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ
Объектом исследования является стационарная газотурбинная уста-новка (ГТУ) для привода центробежного нагнетателя (НЦ).
Цель работы - возможность замены штатной муфты ГПА-Ц-16 слу-жащей для передачи крутящего момента от двигателя НК-16СТ к нагнета-телю НЦ-16/76 , на вновь изготовленную трансмиссию, выполняющую аналогичные функции.
В результате исследования выяснили, что трансмиссия 108-11-800 име-ет больший межрегламентный ресурс и конструкцию позволяющую более полно компенсировать несоосность или излом осей валов свободной тур-бины (СТ) и НЦ, (т.е. погрешности при центровке) или температурную расцентровку возникающую при работе газоперекачивающего агрега-та(ГПА) вследствие температурного удлинения силовых элементов ГПА и смещения осей.
Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели: улучшенный механизм компенсации несоосности валов НЦ и СТ, наличие демпфера позволяющий ожидать улучшения вибрационных показателей.
Эффективность трансмиссии – допустимый перекос осей в 2 раза больше, а допустимое смещение осей в 10 раз больше, увеличен межре-гламентный период по осмотру трансмиссии до 2000 часов
Доклад
Основными направлениями экономического развития нашей страны намечено увеличение объемов добычи газа. Учитывая данные задачи необходимо внедрять на газовых промыслах высокопроизводительные автоматизированные установки по подготовке и транспортировке газа.
Поэтому предусмотрено широкое применение на магистральных газопро-водах автоматизированных газоперекачивающих агрегатов большой единичной мощности.
Основным направлением развитием газотурбинной установки (ГТУ), используемой для перекачки газа, является повышение ее ЭКСПЛУАТА-ЦИОННЫХ характеристик.
Описание конструкции и принцип работы двигателя НК-16СТ рассмотрено на начальной стадии данного разрабатываемого дипломного проекта. Здесь же приведены основные технические характеристики турбины.
Расчетная часть, представленная во втором разделе данного дипломного проекта начинается с выбора исходных данных для расчета тепловой схемы ГТУ, (таб.2.1), непосредственный расчет тепловой схемы приведен в таблице 2.2.
Здесь же приводятся: уточненный расчет ГТУ со свободной турбиной на номинальном режиме; моделирование осевого компрессора; газодинамиче-ский расчет ступеней турбины; расчет потерь энергии; КПД и мощности турбины.
Основные расчеты на прочность предоставлены в четвертом разделе дипломного проекта: расчет на прочность рабочих лопаток от действия центробежных сил, расчет на прочность рабочих лопаток ступени СТ от действия газодинамических сил.
Анализ проведенных патентных исследований позволил установить наличие того, что подобных технических решений не применялось.
Конструктивная разработка – возможность замены штатной муфты служащей для передачи крутящего момента от двигателя к нагнетателю на вновь изготовленную трансмиссию, имеющую больший межрегламентный ресурс и конструкцию позволяющую компенсировать несоосность или излом валов СТ и ЦН, представлена мною в шестом разделе дипломного проекта.
В разделе приводятся сравнительные характеристики муфт ГПА-Ц-16 и трансмиссии 108-11-800(плакат); описание конструкции и работы муфты ГПА-Ц-16; описание и принцип работы трансмиссии, а также перечень работ и вспомогательных операций по установке трансмиссии.
В дипломном проекте довольно детально рассмотрены вопросы безопасно-сти и экологичности проекта.
Здесь отражены организационные основы по обеспечению безопасности охраны труда; приведены средства автоматизации применяемые для обеспечения управления технологическими процессами; определены и обоснованы размеры величины искусственного освещения на рабочем месте; вопросы вентиляции; опасные и вредные факторы; Пожаробезопас-ность; Электробезопасность; меры по борьбе с шумом и вибрацией; меры возникающие при чрезвычайных ситуаций; экологичность проекта.
В экономической части проекта произведен расчет экономической эффективности от замены муфты ГПА-Ц-16 на трансмиссию и определение срока окупаемости.
В заключении дана оценка выполненной работы и задачи требующие дополнительного решения.

6 Конструктивная разработка

В данном разделе рассмотрена возможность замены штатной муфты ГПА-Ц-16 служащей для передачи крутящего момента от двигателя НК-16СТ к нагнетателю НЦ-16/76 на вновь изготовленную трансмиссию, выполняющую аналогичные функции, но имеющую больший межрегламентный ресурс и конструкцию позволяющую более полно компенсировать несоосность или излом осей валов СТ и ЦН, (т.е. погрешности при центровке) или температурную расцентровку возникающую при работе ГПА вследствие температурного удлинения силовых элементов ГПА и смещения осей.

6.1 Сравнительная характеристика муфты ГПА-Ц-16 и трансмиссии 108-11-800

У трансмиссии увеличены допуски на расцентровку по сравнению со штатной муфтой ГПА-Ц-16 величины приведены в таблице 6.1

Таблица 6.1 - Допустимые нормы на центровку
Величина Размерн. МУФТА
ГПА-Ц-16 ТРАНСМИССИЯ
108-11-800
Перекос осей Мм  0,06  0,12
Смещение осей Мм  0,2  2

Таким образом, допустимый перекос осей у трансмиссии в 2 раза больше, а допустимое смещение осей в 10 раз больше, чем у муфты ГПА-Ц-16, то есть за счет улучшенного механизма компенсации несоосности валов ЦН и СТ, а так же наличия демпфера в виде демпферных пластин трансмиссии поглощающего вибрации, можно ожидать улучшения вибрационных показателей по опорам СТ и нагнетателя, так же появляется возможность отказа от проведения регламентных работ по осмотру муфты. Согласно регламента технического обслуживания ГПА-Ц-16 через каждые 1000 часов наработки необходимо производить регламентные работы по обслуживанию двигателя НК-16СТ, на которые отводится 2-суток, и через каждые 2000 часов наработки необходимо проводить регламентные работы по обслуживанию ГПА-Ц-16, включающие в себя работы по осмотру и обслуживанию муфты. Перечень работ выполняемых при РР-2000 приведен в таблице 6.2 В то время как минимальный межрегламентный ресурс трансмиссии 108-11-800 составляет 12000 часов то есть с установкой трансмиссии отпадает необходимость в проведении регламентных работ по осмотру муфты.
Таблица 6.2 - Трудозатраты на проведение регламентных работ после наработки 2000ч.

Содержание работ Норма времени чел./час.
Выполнение работ по проведению РР-1000 47
Ревизия форсунки КПСТ 3,5
Разборка кожуха передней опоры нагнетателя 3
Демонтаж муфты торсионного вала и зубчатой обоймы ротора для промывки зубьев, венца и обоймы 3
Центрирование «двигатель-нагнетатель» и выхлопного устройства 13
Проверка биения торсионного вала и зазоров в зубчатых соединениях торсионного вала с обоймами двигателя и нагнетателя 3
Регулировка зазоров лабирнтных уплотнений торсионного вала 4
Сборка кожуха торсионного вала и установка герметичной перегородки 3
Заполнение маслосистемы маслом 3,5
Работы по опрессовке системы смазки и уплотнения нагнетателя рабочим давлением 15
Заполнение контура нагнетателя технологическим газом под рабочим давлением, настройка РПД. 6,5
Проверка системы агрегата при наличии давления на отсутствие утечек газа с их последующим устранением 4,5
Ревизия вентиляторов МОН, МОД, ВОУ 8
Ревизия запорной арматуры 12
Очистка маслобака двигателя 3
Ревизия выхлопной шахты, диффузора, смесительной камеры, улитки, соединений. 6
Горячий запуск ГПА на кольцо 4
Заполнение соответствующей документации 2
Итого: 144


Таким образом при проведении регламентных работ из перечня исключаются работы по пунктам NoNo3,4,5,6,7,8, с величиной трудозатрат 27 человеко/часов.
Кроме того, при исключении вышеуказанных работ (разборка сборка муфты) отпадает необходимость в работах по пунктам NoNo9,10 с величиной трудозатрат 18,5 человеко/часов.


Работы по центровке двигателя и нагнетателя п.5 можно исключить на основании того, что исходя из опыта эксплуатации расцентровки двигателя и нагнетателя не происходит что подтверждают контрольные проверки центровки при РРН-2000. К тому же как указывалось выше трансмиссия имеет большие по сравнению со штатной муфтой ГПА-Ц-16 допуски на расцентровку. В итоге экономия трудозатрат составит 45,5 человеко/часов на один РРН-2000.
При проектной загрузке КЦ со схемой работы ГПА-Ц-16 3+1 средняя наработка одного ГПА за год составит



где: nраб –количество работающих агрегатов в КЦ,
Ткал-календарное время за год
nуст-количество установленных в КЦ агрегатов

Таким образом количество РРН-2000 в году составит 6570/2000=3,285, и соответственно экономия трудозатрат составит 45,5*3,285=149,468чел.час по одному ГПА за год.
На РР-2000 отводится 3 суток (включая РР-1000), причем работы по РР-1000 и РР-2000 проводятся одновременно. Согласно норматива численности РР-2000 проводится бригадой из 5 слесарей 3-6 разряда и норма дневной выработки бригады составляет 5х8,25=41,25 чел.ч. Таким образом за счет экономии трудозатрат в 45,5чел. ч. можно сократить время на РР-2000 до 2-х суток, что положительно скажется на коэффициенте работоспособности ГПА
Еще одним плюсом от внедрения трансмиссии является большая по сравнению со штатной муфтой передаваемая мощность (21,5 МВт) что актуально в плане предстоящей замены двигателей НК-16СТ на двигатели НК-18СТ с большей эффективной мощностью.
Расчет экономии от указанной замены приведен в экономической части проекта.

6.2 Описание конструкции и работы муфты ГПА-Ц-16

Крутящий момент от фланца СТ передается на мембранную муфту 4, допускающую ограниченные перекосы и несоосность валов турбины и нагнетателя. Кроме того, для предупреждения раскрутки силовой турбины, в случае разрушения мембранной муфты, предусмотрено страховочное шлицевое соединение 6. Далее крутящий момент через шлицевую пару передается на зубчатую обойму ротора нагнетателя 2, частично компенсирующую несоосность валов муфты и ротора нагнетателя, далее момент передается на фланец нагнетателя 7, закрепленный на роторе при помощи шлицов 24 и гайки 25. Шлицы зубчатой обоймы смазываются маслом с давлением 1,22 кг/см2 отбираемым из системы смазки нагнетателя и подающимся в зону трения шлицов при помощи форсунки 13, отработавшее масло самотеком сливается в маслобак нагнетателя. Для предотвращения прохода масла в сторону фланца СТ и далее на горячую поверхность выхлопной улитки в кожухе муфты установлены лабиринтные уплотнения выполненные в виде двух пар графитовых полуколец имеющих на рабочей поверхности канавки.

6.3 Описание и работа трансмиссии

Трансмиссия 108-11-800 служит для передачи крутящего момента от свободной турбины двигателя НК-16СТ к нагнетателю.
Трансмиссия состоит из вала и двух пластинчатых муфт: передней и задней. Вал трансмиссии разъемный, состоит из переднего вала и заднего вала и имеет в средней части фланцевое соединение . Крепление фланцев валов осуществляется с помощью болтов и гаек.
Передняя и задняя пластинчатые муфты имеют отличия по местам стыковки с фланцами свободной турбины и нагнетателя, в остальном они идентичны по конструкции и включают в себя фланцы присоединяемые к фланцам СТ и ЦН, пакеты пластин и фланцы вала трансмиссии, соединенные между собой втулками и стянутые гайками, причем четыре втулки каждой муфты крепят пакеты пластин к фланцам, присоединенным к фланцам СТ и ЦН, а четыре – к фланцам вала трансмиссии.
Пакеты пластин состоят из 3034 штук стальных пластин толщиной 0,4мм, покрытых антифрикционным материалом.
Трансмиссия фланцами передней и задней муфт соединяется с фланцами роторов свободной турбины и нагнетателя при помощи болтов и гаек.
Упругие элементы муфт компенсируют продольные и угловые отклонения, а также радиальные смещения валов свободной турбины и нагнетателя в процессе работы установки.
Ограничения по условиям эксплуатации трансмиссии 108-11-800
Максимальная передаваемая мощность  19200 кВт
Изменение рабочей частоты вращения от номинальной,
составляющей 5300 об/мин 70105%
Допустимый максимальный угол излома осей свободной турбины двигателя и ротора нагнетателя – не более 15 минут
Допустимое максимальное параллельное смещение осей свободной турбины и ротора нагнетателя не более 2мм
Допустимое максимальное смещение фланцев свободной турбины и ротора нагнетателя вдоль оси - не более 2,5 мм

6.4 Работы по установке трансмиссии

Демонтировать кожух муфты и съемные панели верхней части противопожарной перегородки;
Демонтировать зубчатую обойму и вал муфты;
С ротора свободной турбины демонтировать детали дисковой полумуфты за исключением фланца свободной турбины и крепящих его деталей;
Установить на фланец СТ заглушку и закрепить ее винтами, которые законтрить;
Заглушить трубопроводы подвода и отвода масла на смазку зубчатой обоймы;
Заглушить трубопроводы суфлирования полости между лабиринтными уплотнениями;
Установить на нижнюю половину противопожарной перегородки кожух охлаждения передней муфты;
Смонтировать на кожух охлаждения крепежные кронштейны (4 шт.)таким образом чтобы они равномерно прилегали к внутренней части выхлопной улитки двигателя;
Приварить кронштейны к внутренней части выхлопной улитки двигателя;
Демонтировать кожух охлаждения;
Демонтировать кожух муфты с торцевой крышки нагнетателя;
Демонтировать зубчатую обойму и фланец с ротора нагнетателя;
Одеть на ротор нагнетателя лабиринтовое уплотнение передней опоры нагнетателя;
Взамен штатного кожуха передней нагнетателя установить вновь изготовленный;
В отверстие кожуха смонтировать втулку лабиринтового уплотнения;
Одеть на ротор нагнетателя фланец и закрепить его при помощи гайки;
Перемещая двигатель по подмоторной раме в осевом направлении установить расстояние между фланцем СТ и фланцем ЦН расстояние равное сумме длины трансмиссии и теплового зазора 2,52,8мм;
Поставить на стыке валов трансмиссии метки для определения взаимного положения валов при сборке и расстыковать валы;
Соединить передний фланец трансмиссии с фланцем свободной турбины. Во избежание разбалансировки ротора разность масс крепежных комплектов (болт + гайка) не должна превышать 0,3 грамма;
Поднять задний вал трансмиссии до уровня оси двигателя и состыковать с передним валом, добившись совпадения ранее установленных меток на соединительных фланцах валов;
Выполнить предварительную центровку трансмиссии, перемещая и разворачивая двигатель в горизонтальной и вертикальной плоскостях, добившись равномерного (с точностью до 2мм) расстояния между фланцем трансмиссии и фланцем нагнетателя;
Поддерживая вал трансмиссии на уровне оси двигателя снять тарнспортировочные болты и втулки с передней и задней муфт трансмиссии;
Проверить соответствие теплового зазора между фланцем нагнетателя и фланцем трансмиссии величине 2,52,8мм;
Состыковать фланцы трансмиссии и нагнетателя;
Произвести центровку двигателя с нагнетателем;
Опустить двигатель на 0,4мм для компенсации температурных расширений стоек ГТУ и проверить величину расцентровки;
Снять приспособления для центровки;
Установить кожух охлаждения передней муфты трансмиссии, закрепив его за ранее приваренные кронштейны к выхлопной улитке и к противопожарной перегородке;
Установить кожух трансмиссии обеспечив забор атмосферного воздуха под кожух для подачи его в кожух охлаждения передней муфты трансмиссии под действием разрежения создаваемого эжекционным переходником выхлопной шахты ГТУ.