МОДЕРНИЗАЦИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ. ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПАРАМЕТРОВ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ СРОКОВ ПРОВЕДЕНИЯ МОНТАЖНЫХ РАБОТ И ПОВЫШЕНИЯ РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ. Замена штатной муфты ГПА-Ц-16 служащей для передачи крутящего момента от д

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПАРАМЕТРОВ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ СРОКОВ ПРОВЕДЕНИЯ МОНТАЖНЫХ РАБОТ И ПОВЫШЕНИЯ РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ. Замена 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-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
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.
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.

Двигатель НК-16СТ конструкции опытно-конструкторского бюро академика генерального конструктора Кузнецова Николая Дмитриевича был создан на базе авиационного двухконтурного двигателя НК-8-2У семейства двигателей НК. Базовый двигатель применяется в качестве силовой установки самолета ТУ-154.
Двигатель НК-16СТ предназначен для работы в составе газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-16; разработка Сумского машиностроительного научного производственного объединения (СМНПО) им. Фрунзе по заказу Министерства газовой промышленности. Двигатель создавался в короткие сроки в течение 1979-1982гг. для замены импортных силовых турбин, поставка которых в нашу страну, для газопровода Уренгой – Ужгород была прекращена из-за политики эмбарго администрации США и других западных стран.
При конвертировании базового двигателя, т.е. применении его в новом качестве без существенных конструктивных изменений, была максимально сохранена материальная часть (более 65% узлов и деталей), которая проверена работой "на крыле" и еще имела достаточный запас по ресурсу для дальнейшей эксплуатации на "земле".
Конструктивно двигатель состоит из двух модулей – газогенератора и силовой турбины.
Каждый модуль имеет свою раму для крепления, что позволяет при необходимости заменить двигатель целиком или отдельно ГГ и СТ.
Модуль СТ для данного двигателя разработан и изготовлен вновь.
В ГГ внесены следующие основные конструктивные изменения, вызванные спецификой применения его в составе ГПА:
Заглушен вход во второй контур двигателя, а рабочие лопатки обеих вентиляторных ступеней обрезаны. Вентиляторные ступени базового двигателя стали первой и второй ступенями компрессора НД двигателя НК-16СТ: необходимость во втором контуре отпала в связи с достаточностью использования для получения заданной мощности 16 МВт внутреннего первого контура.
По вышеназванной причине вторая ступень турбины НД, вращающая компрессор НД, аннулирована с заменой на диске рабочих лопаток на лабиринтовые гребешки. Мощность, развиваемая первой ступенью турбины НД, достаточна для вращения компрессора НД.
В камере сгорания вместо 144 керосиновых форсунок установлены 32 газовые форсунки. Доработаны под топливный газ оба запальника.
Для размещения привода масляных агрегатов СТ установлена новая, так называемая дополнительная коробка приводов.
В системе регулирования и топливопитания из-за ее новых функций введены такие агрегаты, как дозатор газа ДГ-16, стопорный клапан СК, дренажный клапан ДК, изменена конструкция агрегатов механизации компрессора.
В месте стыковки модулей ГГ и СТ установлены переходная проставка и подвижное телескопическое соединение с уплотнительными элементами для организации газодинамической связи между турбинами ГГ и СТ. Соединение рам крепления ГГ и СТ жесткое призонными болтами.
Анализ экономики транспорта газа свидетельствует о целесообразности использования на магистральных газопроводах агрегатов, полученных при конвертировании авиационных двигателей. Основными технико- экономическими показателями, благодаря которым авиационные ГТД все шире применяются для привода нагнетателей природного газа на крупных магистральных газопроводах страны, являются низкие первоначальные капитальные вложения и стоимость технического оборудования, высокая степень готовности и достаточно высокий КПД.
Газотурбинный двигатель состоит из компрессора низкого давления, компрессора высокого давления, камеры сгорания, турбины высокого давления, турбины низкого давления и свободной силовой турбины, служащей для привода нагнетателя.
Турбина высокого давления приводит во вращение компрессор высокого давления, турбина низкого давления – компрессор низкого давления. Оба каскада (высокого и низкого давления) кинематически между собой не связаны и имеют разные частоты вращения.
Конструкция ГПА обеспечивает размещение в блок – контейнерах, что позволило осуществить контейнерный принцип строительства компрессорных станций с монтажом узлов прошедших отладочные испытания в заводских условиях.
Как показал опыт эксплуатации, очень важной проблемой является центровка привода – это довольно трудоемкая операция, влияющая на надежность работы изделия. Поэтому при проектировании привода предусматривались меры по максимальному обеспечению соосности. Грубая центровка с большими перемещениями может производится всей рамой, а точная центровка – с помощью специальных клиновых и цапф крепления силовой турбины.
Замкнутая система смазки двигателя автономна от системы смазки нагнетателя. Охлаждение масла воздушное, с помощью теплообменника, расположенного в блоке газоперекачивающего агрегата.
Программа регулирования ГТУ НК-16СТ построена таким образом, чтобы заявленная мощность на валу обеспечивалась при соблюдении газодинамических и прочностных ограничений, определяемых характеристиками узлов и их предельными параметрами.
Мощность ГТУ с понижением температуры наружного воздуха от +15C до –15С возрастает с 16 до 19,2 МВт, а при более низких температурах остается постоянной во избежание превышения допустимых нагрузок на узлы ГТУ. При температурах выше +15С автоматически ограничивается температура газа перед СТ (Тmax =620С), а мощность при этом снижается. Регулирование осуществляется путем воздействия на расход топлива, подаваемого в камеру сгорания.
Система защиты автоматически предотвращает рост параметров сверх предельных и выводит двигатель из опасного режима работы в случае превышения допустимых значений этих параметров.
Компрессор низкого давления четырехступенчатый, предназначен для сжатия атмосферного воздуха и подачи его в компрессор высокого давления. Корпус КНД представляет собой часть силовой системы двигателя и имеет вертикальный разъем. Ротор КНД имеет дисковую конструкцию. На дисках крепятся рабочие лопатки, имеющие хвостовик типа "ласточкин хвост". Передняя опора КНД является одновременно и передней опорой двигателя и состоит из корпуса и смонтированного в нем роликового подшипника.
Аналогичное устройство имеет и компрессор высокого давления. Разницу составляет только число ступеней – 6 против 4. Задняя опора КНД и передняя опора КВД состоят из размещенных в корпусах шарикоподшипников, а вместе они составляют среднюю опору двигателя. Компрессор высокого давления служит для окончательного сжатия воздуха, поступающего из КНД, и подает часть этого воздуха в камеру сгорания, а часть для охлаждения наружного корпуса КС.
Камера сгорания предназначена для передачи тепла рабочему телу – воздуху, за счет непрерывного сжигания в ней топлива – природного газа. Камера сгорания кольцевого типа, имеет 32е форсунки.
Все детали жаровой части КС изготовлены из жаростойких материалов и соединены между собой аргонно-дуговой сваркой. Внутренняя поверхность покрыта жаростойкой эмалью.
Турбина высокого давления предназначена для привода во вращение компрессора высокого давления. Турбина высокого давления – осевая, реактивная, одноступенчатая, имеет охлаждаемые направляющие лопатки и замки рабочих лопаток. Вал турбины полый. Рабочие лопатки имеют на периферии бандажные полки, обеспечивающие повышение ее КПД и демпфирование колебаний. В задней опоре вала применен роликовый подшипник воспринимающий радиальную нагрузку.
Турбина низкого давления приводит во вращение компрессор низкого давления. ТНД – осевая, реактивная, одноступенчатая. Конструкция аналогична ТВД. Задней опорой служит шариковый подшипник, воспринимающий радиальную нагрузку и осевые усилия.
Силовая турбина служит для привода нагнетателя. Силовая турбина – осевая, реактивная, одноступенчатая. Ротор силовой турбины состоит из рабочего колеса с лабиринтным пояском (для осуществления осевой разгрузки) и двухопорного вала. Для передачи крутящего момента служит мембранная муфта, допускающая ограниченные перекосы и несоосность валов турбины и нагнетателя. Конструкция муфты позволяет производить разборку подшипников нагнетателя и его уплотнений без демонтажа муфты со стороны силовой турбины и разборку герметичной перегородки контейнера турбоблока, что значительно упрощает ремонтно-регламентные работы при обслуживании нагнетателя. Кроме того, для предупреждения раскрутки силовой турбины, в случае разрушения мембранной муфты, предусмотрено страховочное шлицевое соединение. Рабочие лопатки имеют на периферии бандажные полки. Замки рабочих лопаток и диск охлаждается воздухом, сопловые лопатки и наружное кольцо, формирующее проточную часть над рабочими лопатками, также выполнены охлаждаемыми. Это способствует сохранению высоких характеристик турбины при ее эксплуатации. Конструкция опоры турбины и возможность балансировки ее ротора в собственных подшипниках обеспечивает стабильный и низкий уровень переменных напряжений в роторе.

Технические данные
Номинальная мощность на приводном валу (при стандартных условиях)           16000 кВт
Максимальная мощность на приводном валу при снижении температуры наружного воздуха ниже -6С       19200кВт
Отбор воздуха от КНД на нужды ГПА    2 кг/сек
гидравлические потери полного давления
в системе всасывания ГПА      200мм.в.ст.
в системе выхлопа ГПА      575мм.в.ст
Эффективный КПД на номинальном режиме   29%
Эффективный КПД на максимальной мощности  31,5%
Частота вращения ротора
СТ (максимальная)       5565об/мин
СТ (номинальная)       5300об/мин
СТ (минимальная)       3975об/мин
НД          527050
ВД          691070
Температура газов перед СТ не более    630С
Уровень вибраций двигателя не более    40мм/сек