Двухвальный газокомпрессорный агрегат для дожимных компрессорных станций
TWO-SHAFT GAS COMPRESSOR UNIT FOR BOOSTER COMPRESSOR STATIONS

Изобретение относится к отрасли нефтяного и газового машиностроения, в частности к газокомпрессорным агрегатам, применяемым на дожимных компрессорных станциях для компримирования углеводородных газов для дальнейшей транспортировки по магистральным трубопроводам или использования в технологических процессах подготовки и переработки газа.
Наиболее близким решением к предложенному изобретению является компрессорный агрегат, содержащий газотурбинный двигатель (ГТД), связанный с ним мультипликатор (повышающий редуктор), имеющий два вала отбора мощности, и две ступени сжатия в виде соединенных технологическим контуром компрессора низкого давления (КНД) и компрессора высокого давления (КВД), каждый из которых связан с соответствующим валом отбора мощности. (см. Патент RU №2554670, опубликован 27.06.2015).
Недостатками вышеуказанной схемы являются отсутствие возможности изменения диапазона регулирования частоты вращения (передаточного числа) для одной из ветвей отбора мощности, а также наличие взаимного влияния передаточного числа между двумя валами отбора мощности.
При фиксированных межосевых расстояниях в корпусе зубчатой передачи, замена зубчатой пары для изменение передаточного числа на одной из ветвей, неизбежно проводит к изменению на обратно пропорциональную величину передаточного числа для зубчатой пары другой ветви. Вследствие данной особенности, для изменения передаточного число одной из ветвей необходима замена всего мультипликатора в сборе с корпусом.
Известна приводная установка с двумя выходными валами в которой подшипниковые узлы ступеней редуктора, выходных валов и паразитной шестерни расположены на боковых стенках по ломанной линии (см. Патент KZ U 1340 опубликован 15.10.2015 г.).
Данная установка не может быть использована для привода двух параллельно стоящих КНД и КВД вследствие малого межосевого расстояния между параллельными выходными валами. Кроме того, данная установка имеет завышенные осевые габариты передачи вследствие использования приводной шестерни с увеличенной шириной для отбора мощности в разных плоскостях.
Вместе с тем, для компрессорного оборудования, используемого на месторождениях с разнородными составами пластового газа или месторождениях с различными условиями добычи в течении времени его эксплуатации, важна возможность изменения его производительности.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности работы двухвального газокомпрессорного агрегата, за счет обеспечения возможности изменения частоты вращения роторов его ступеней сжатия вне зависимости друг от друга.
Технический результат достигается тем, что в двухвальном газокомпрессорном агрегате, содержащем газотурбинный двигатель, мультипликатор с двумя валами отбора мощности, связанными с валом газотурбинного двигателя через зубчатые передачи, и две ступени сжатия в виде соединенных технологическим контуром компрессора низкого давления и компрессора высокого давления, каждый из которых связан с соответствующим валом отбора мощности, зубчатые передачи выполнены сменными, при этом вал отбора мощности для одного из компрессоров соединен с валом ГТД через промежуточное зубчатое колесо, изменяющее частоту вращения данного вала, а подшипниковая опора промежуточного зубчатого колеса выполнена с возможностью обеспечения требуемых межосевых расстояний между промежуточным колесом и связанными с ним зубчатыми колесами. Последнее достигается выполнением в подшипниковой опоре промежуточного зубчатого колеса либо подшипника со смещенной относительно его наружного диаметра рабочей поверхностью скольжения, либо корпуса подшипника промежуточного зубчатого колеса со смещенной осью расточки.
Выполнение зубчатых передач сменными, соединение одного из валов отбора мощности с валом ГТД через промежуточное зубчатое колесо, изменяющее передаточное число данной зубчатой передачи и выполнение подшипника промежуточного зубчатого колеса с возможностью обеспечения соответствующего заданному передаточному числу межосевого расстояния зубчатых колес реализует возможность установки в мультипликаторе сменных зубчатых пар, что позволяет обеспечить высокоэффективную работу газокомпрессорного агрегата на различных режимах работы.
Конструкция корпусов КНД и КВД предусматривает возможность установки сменных проточных частей на большее отношение давлений, что позволяет обеспечить работу газокомпрессорного агрегата в широком диапазоне производительности и входных давлений.
Изобретение поясняется графически, где:
- на фиг. 1 изображена кинематическая схема компрессорного агрегата, используемого для начальных условий эксплуатации объекта.
- на фиг. 2 изображена кинематическая схема компрессорного агрегата после модернизации мультипликатора путем замены зубчатой пары, обеспечивающей соответствующее изменение частоты вращения КНД и КВД (в большинстве случаев требуется увеличение числа оборотов).
- фиг. 3 изображена схема изменения межосевых расстояний на величину h, определяющих положение вала промежуточного зубчатого колеса, посредством использования подшипника с эксцентриситетной расточкой;
- на фиг 4 изображена схема изменения межосевых расстояний на величину h, определяющих положение вала промежуточного зубчатого колеса, посредством смены корпуса подшипника.
Двухвальный газокомпрессорный агрегат для дожимных компрессорных станций содержит газотурбинный двигатель 1, с которым связан мультипликатор 2, имеющий два параллельно расположенных вала отбора мощности для компрессора 3 высокого давления (КВД) и компрессора 4 низкого давления (КНД), связанные с валом газотурбинного двигателя 1 через зубчатые колеса 5, 6, 7, 8.
Выбор индивидуальной частоты вращения КНД 4 и КВД3, расчет зубчатых колес, передающих крутящий момент от ГТД к соответствующим валам отбора мощности, выполняется по следующей схеме.
Передаточное число от зубчатого колеса 7 к зубчатому колесу 5 для обеспечения номинальной частоты вращения КНД 4, вычисляется при фиксированном межосевом расстоянии А1. Передаточное число от зубчатого колеса 7 к зубчатому колесу 6 определяется исходя из требуемых оборотов КВД 3. Межосевое расстояние А - выбирается конструктивно исходя из технологической возможности обслуживания оборудования. При этом для передачи крутящего момента к КВД 3 используется промежуточное зубчатое колесо 8, пространственное положение которого определяется межосевыми расстояниями А2 и A3.
При необходимости изменения передаточного числа между валом газотурбинного двигателя 1 и валами КНД 4 и КВД 3, производится замена зубчатых колес 5, 6, 7, 8 на зубчатые колеса 9, 10, 11, 12 (фиг. 2). Сначала необходимо определить количество зубьев зубчатых колес 9 и 11, исходя из фиксированного межосевого расстояния А1, диаметра зубчатого колеса 10 и требуемых оборотов КВД 3. После чего определяются размеры промежуточного колеса 12 и межосевые расстояния А12 и А13 (фиг. 3), которые в сравнении с номинальными расстояниями А2 и A3 необходимо изменить для исключения взаимного влияния передаточного отношения между двумя валами отбора мощности.
Для изменения межосевых расстояний может быть использована конструкция зубчатой передачи (фиг. 3) с подшипниками 13 промежуточного колеса 12 со смещенной рабочей поверхностью скольжения относительно наружного диаметра подшипника 13 (вкладыш с эксцентриситетной расточкой). Эксцентриситет расточки рассчитывается таким образом, чтобы при повороте подшипника на 180 градусов ось рабочей поверхности смещается на расстояние h, что позволяет установить сменную зубчатую пару с другим передаточным числом. При этом A3-А13=А12-А2=h
Межосевые расстояния также можно изменить за счет применения подшипника промежуточного колеса 12 со сменным корпусом 14 (фиг. 4). При замене зубчатой пары производится замена корпуса подшипника 14, в котором ось расточки смещена на расстояние h.
Таким образом, благодаря вышеописанному исполнению газокомпрессорного агрегата с мультипликатором с двумя валами отбора мощности, при параллельной схеме использования КНД и КВД достигается возможность индивидуального выбора частоты вращения ротора каждой из ступеней сжатия, что позволяет обеспечить оптимальные режимы эксплуатации агрегата для месторождений с разнородными составами пластового газа и месторождений, имеющих различные условия добычи в течении времени эксплуатации.