Газоперекачивающий агрегат (ГПА), тракт выхлопа ГПА (варианты), выхлопная труба ГПА и блок шумоглушения выхлопной трубы ГПА
GAS-PUMPING UNIT (GPU), GAS-DISCHARGE CIRCUIT (VERSIONS), GPU EXHAUST PIPE AND EXHAUST PIPE NOISE SUPPRESSION UNIT

Группа изобретений относится к области двигателестроения, а именно, к конструкциям составляющих тракта выхлопа газоперекачивающих агрегатов (ГПА), содержащих газотурбинный двигатель (ГТД) в составе газотурбинных установок (ГТУ), и может быть использовано на компрессорных станциях нефтегазовой и энергетической промышленности.
Из существующего уровня техники известен газоперекачивающий агрегат, содержащий газотурбинный двигатель, включающий газогенератор и турбину, расположенные на общей подмоторной раме. ГПА содержит тракт всасывания воздуха с воздуховодами и камерой всасывания, входное устройство для подачи воздушного потока из камеры всасывания на вход двигателя, выхлопную систему с трактом выхлопа для удаления продуктов сгорания. Выхлопная система выполнена с возможностью установки утилизационного теплообменника. Система охлаждения газотурбинной установки выполнена с возможностью принудительной подачи атмосферного воздуха под защитный кожух (RU 2403416 С1, опубл. 10.11.2010).
Известен газоперекачивающий агрегат, содержащий ГТД с входным устройством и центробежный компрессор для сжатия газа, КВОУ, выхлопную систему с выхлопной шахтой для удаления продуктов сгорания. ГТД вместе с входным устройством расположен на общей фундаментной раме. Система охлаждения ГТД выполнена с возможностью обеспечения регулирования количества охлаждающего воздуха. Выхлопная шахта выполнена с возможностью установки утилизационного теплообменника и оснащена погодным колпаком (зонтом) (RU 115843 U1, опубл. 10.05.2012).
Известен выхлопной тракт газоперекачивающего агрегата, содержащий выхлопную трубу, газоход, утилизационный теплообменник и поворотные заслонки (RU 2243 385 С1, опубл. 27.12.2004).
Недостатком известных решений является относительно невысокая эффективность, надежность и долговечность работы газоперекачивающего агрегата, неадаптированность конкретно к техническим решениям двухвального, двухконтурного ГТД, сложность получения компромиссного сочетания повышенных значений КПД и ресурса ГПА с одновременным повышением компактности входящих в ГПА сборочных единиц и деталей, входящих в состав ГПА, в том числе недостаточной проработанности тракта выхлопа воздуха, что в конечном итоге снижает эксплуатационную надежность и ресурс работы как ГТУ, так и ГПА в целом.
Задача, решаемая группой изобретений, заключается в повышении КПД, эксплуатационной надежности и ресурса работы ГПА для транспортировки газа и газотурбинной станции.
max,т.
п.т.г.
п.т.г.
вст.
min,т.
max,т.
min,т.
max,т.
cp
cp
Поставленная задача решается тем, что газоперекачивающий агрегат (ГПА) компрессорной станции (КС), согласно изобретению, включает последовательно сообщенные по рабочему телу: тракт всасывания воздуха, включающий комплексное воздухоочистительное устройство (КВОУ), воздуховод и камеру всасывания воздуха; газотурбинную установку (ГТУ) с входным устройством (ВУ) для подачи воздуха из камеры всасывания на вход газотурбинного двигателя (ГТД), имеющего модули газогенератора (ГТ) и силовой турбины (СТ), а также соединенный с модулем СТ газоотвод, выполненный в виде улитки; тракт выхлопа отработанных газов, сообщенный газоходом на входе по потоку рабочего тела из СТ с газоотводом и на выходе с выхлопной трубой ГПА; газовый компрессор, сообщенный по крутящему моменту с валом СТ ГТД посредством трансмиссии, включающей промежуточный вал, а также по рабочему телу - перекачиваемому газу с подводящим и отводящим газопроводами; при этом газоход тракта выхлопа ГПА выполнен в виде трубы, включающей основной горизонтальный и переходные участки, первый из которых выполнен с линейной осью и сопряжен со вторым переходным участком, выполненным в виде последовательно сообщенного с ним по рабочему телу криволинейного отвода, причем первый переходный участок трубы газохода выполнен с прямоугольным сечением на входе с последующим изменением формы сечения до окружности максимального радиуса R на стыке сопряжения с криволинейным отводом, создающим угол β поворота трубы газохода в проекции на горизонтальную плоскость, определенный в диапазоне β=(1,36÷2,01) [рад], при этом основной участок трубы газохода образован в поперечном сечении из двух оппозитных дуг окружности, соединенных поверху и понизу вставками в виде отрезков прямой линии шириной В≤R, с образованием формы корпуса третьего переходного участка, состоящего из сочленения двух оппозитных боковых участков оболочки, каждый в виде фрагмента усеченного конуса с торцами радиусов R и R, сопряженных по образующим через вставки в виде гипаровидных пластин постоянной ширины в проекции на горизонтальную плоскость, с максимальной стрелой подъема в плоскости сопряжения с круглым сечением отвода, равным ΔR между условной хордой, соединяющей концы дуги, общей для окружности и гипара стыкуемых участков газохода, и вершиной указанной дуги, а четвертый переходной участок газохода выполнен с идентичным третьему по конструктивному исполнению корпусом, соединяющим основной участок трубы с дополнительным кольцевым круглоцилиндрическим элементом с возможностью свободного заведения оконечности трубы газохода в приемную камеру выхлопной трубы с внутренним диаметром, превышающем диаметр оконечности трубы газохода не менее чем в 1,5 раза, при этом поперечное сечение проточной части трубы газохода выполнено практически с постоянной площадью F с колебанием величины площади между участками на величину ΔF, количественно определенную из выражения ΔF=F[(-3,5%)÷(+1,9%)]; а выхлопная труба тракта выхлопа ГПА включает опорный блок, на котором смонтированы приемная камера, блок шумоглушения, конфузор и газоход шахты выхлопной трубы, при этом блок шумоглушения выполнен состоящий не менее чем из четырех кольцевых секций, наделенных каждая не менее чем тремя пирамидальными элементами шумоглушения, выполненных каждый в виде, опрокинутого вершиной вниз тетраэдра с двумя прямоугольными гранями и основанием, выполненным в виде равнобедренного треугольника, имеющего угол ξ при вершине между указанными гранями, удовлетворяющий условию ξ≥60°, при этом основание элемента шумоглушения раскреплено в секции треугольным стержневым каркасом, а ребро между гранями выполнено длиной, соизмеримой с высотой шумогасящей секции и вертикально примыкает к внутренней поверхности корпуса секции блока шумоглушения.
При этом в приемной камере выхлопной трубы ниже трубы газохода может быть установлен наклонный аэродинамический экран, уменьшающий на повороте турбулизацию потока рабочего тела и аэродинамическое сопротивление последнему, а над блоком шумоглушения установлен кольцевой блок конфузора в виде усеченного конуса, уменьшающего на выходе диаметр поперечного сечения потока рабочего тела, не более чем в 1,37 раза, при этом над блоком конфузора последовательно установлены два кольцевых блока газохода шахты, содержащий каждый не менее четырех кольцевых секций с диаметром поперечного сечения проточной части не более диаметра выходного сечения конфузора, кроме того верхний кольцевой блок газохода шахты выхлопной трубы защищен от атмосферных гидрометеоров зонтом-колпаком и снабжен молниеприемником, а для обеспечения тепло- и шумоизоляции газоход обмотан шумоизолирующим материалом типа войлока и алюминиевой фольгой.
max,т.
п.o.
max,т
max,т.
Поставленная задача в части тракта выхлопа отработанных газов ГПА решается тем, что тракта выхлопа, согласно изобретению, включает газоход в виде трубы, сообщенной на входе с газоотводом по потоку рабочего тела - выхлопного газа из силовой турбины ГТД, а на выходе имеющий завершающую тракт выхлопную трубу ГПА, при этом труба газохода выполнена горизонтальной на большей части длины с практически постоянной площадью поперечного сечения проточной части и включает переходные участки переменной формы корпуса и/или конфигурации оси, при этом первый переходный участок трубы газохода выполнен на входе в виде фланца с прямоугольным сечением с последующим изменением формы сечения до окружности максимального радиуса R на выходе, сопряженном со вторым переходным участком, выполненным в виде криволинейного отвода с радиусом поворота оси отвода R, превышающем круглоцилиндрический радиус Rпроточной части отвода в проекции на горизонтальную плоскость не менее чем в 1,6 раза, причем корпус первого переходного участка трубы газохода образован из сопряженных по образующим двух пар чередующихся фрагментов оболочек двоякой кривизны, имеющих каждая на входе разноразмерные смежные прямолинейные участки торца, соответствующие длинам высоты и ширины входного фланца, а выходной торец выполнен в виде окружности радиусом R, состоящей из двух пар смежных дуг, длины которых в каждой паре дуг пропорциональны отношению длин смежных сторон входного фланца, причем основной участок трубы газохода выполнен с составным поперечным сечением проточной части и обрамлен по торцам зеркально идентичными третьим и четвертым переходными участками переменной формы, при этом следующий за основным участком трубы газохода четвертый переходный участок сообщен на выходе через дополнительный кольцевой круглоцилиндрический элемент с выхлопной трубой тракта выхлопа ГПА, включающей жестко соединенную с опорным блоком приемную камеру, выполненную с боковым проемом с возможностью свободного заведения в приемную камеру оконечности трубы газохода и последующей компенсации температурных деформаций, для чего последняя подвижно оперта на шарнир скольжения с внешней стороны корпуса приемной камеры; над приемной камерой смонтирован блок шумоглушения, состоящий не менее чем из четырех кольцевых секций, наделенных каждая не менее чем тремя пирамидальными элементами шумоглушения, каждый из которых выполнен в виде опрокинутого вершиной вниз тетраэдра, при этом совокупность элементов шумоглушения в каждой смежной по высоте секции блока выполнена с винтовым смещением относительно предыдущей секции на половину угла противостоящей вершины треугольного каркаса, фиксирующего указанные элементы; над блоком шумоглушения установлен кольцевой блок конфузора в виде усеченного конуса, уменьшающего на выходе площадь поперечного сечения потока рабочего тела, не менее чем в 1,8 раза, а над блоком конфузора последовательно установлены два кольцевых блока газохода шахты выхлопной трубы, содержащий каждый не менее четырех кольцевых секций и выполненный каждый с площадью поперечного сечения проточной части не более площади выходного сечения конфузора и высотой, не менее чем в полтора раза превышающей диаметр любого из указанных блоков.
При этом в приемной камере выхлопной трубы ниже трубы газохода может быть установлен наклонный аэродинамический экран, уменьшающий на повороте турбулизацию потока рабочего тела и аэродинамическое сопротивление последнему, а каждый элемент в блоке шумоглушения выполнен в виде, опрокинутого вершиной вниз тетраэдра с двумя прямоугольными гранями и основанием, выполненным в виде равнобедренного треугольника, имеющего угол ξ при вершине между указанными гранями, удовлетворяющий условию ξ≥60°, при этом основание указанного элемента раскреплено в секции треугольным стержневым каркасом, кроме того ребро между прямоугольными гранями выполнено длиной, соизмеримой с высотой шумогасящей секции и вертикально примыкает к внутренней поверхности корпуса секции блока шумоглушения, при этом грани тетраэдра выполнены перфорированными, а объем тетраэдра заполнен дискретным, пористым, шумогасящим материалом в виде гранул; кроме того газоход шахты выхлопной трубы ГПА защищен от атмосферных гидрометеоров зонтом-колпаком и снабжен молниеприемником.
max,т.
п.о.
max,т
Поставленная задача в части тракта выхлопа отработанных газов ГПА по второму варианту решается тем, что тракта выхлопа, согласно изобретению, включает газоход в виде трубы, сообщенной на входе с газоотводом по потоку рабочего тела - выхлопного газа из силовой турбины ГТД, а на выходе имеющий завершающую тракт выхлопную трубу ГПА, которая в свою очередь сообщена с теплообменником утилизатора теплоты, при этом труба газохода выполнена горизонтальной на большей части длины с практически постоянной площадью поперечного сечения проточной части и включает переходные участки переменной формы корпуса и/или конфигурации оси, при этом первый переходный участок корпуса газохода выполнен на входе в виде фланца с прямоугольным сечением с последующим изменением формы сечения до окружности максимального радиуса R на выходе, сопряженном со вторым переходным участком, выполненным в виде криволинейного отвода с радиусом поворота оси отвода R, превышающем круглоцилиндрический радиус R проточной части отвода в проекции на горизонтальную плоскость не менее чем в 1,6 раза, причем основной участок трубы газохода выполнен с составным поперечным сечением проточной части и обрамлен по торцам зеркально идентичными третьим и четвертым переходными участками переменной формы, при этом следующий за основным участком трубы газохода четвертый переходный участок сообщен на выходе через дополнительный кольцевой круглоцилиндрический элемент с выхлопной трубой тракта выхлопа ГПА, включающей жестко соединенную с опорным блоком приемную камеру, выполненную с боковым проемом с возможностью свободного заведения в приемную камеру оконечности трубы газохода и последующей компенсации температурных деформаций трубы газохода; над приемной камерой смонтирован блок шумоглушения, состоящий не менее чем из четырех кольцевых секций, наделенных каждая не менее чем тремя пирамидальными элементами шумоглушения, каждый из которых выполнен в виде, опрокинутого вершиной вниз тетраэдра, при этом совокупность элементов шумоглушения в каждой смежной по высоте секции блока выполнена с винтовым смещением относительно предыдущей секции на половину угла противостоящей вершины треугольного каркаса, фиксирующего указанные элементы; над блоком шумоглушения установлен кольцевой блок конфузора в виде усеченного конуса, уменьшающего на выходе площадь поперечного сечения потока рабочего тела, не менее чем в 1,8 раза, а над блоком конфузора последовательно установлены два кольцевых блока газохода шахты выхлопной трубы, содержащий каждый не менее четырех кольцевых секций, а утилизатор теплоты выполнен не менее чем с одним горизонтальным теплообменником, ось которого расположена выше оси горизонтальной трубы газохода, и сообщен с автономной выхлопной трубой, включающей опорный участок и приемную камеру, над которой смонтирован конфузор, уменьшающий на выходе площадь поперечного сечения проточной части не менее чем в 1,7 раза, а над конфузором последовательно установлены по меньшей мере пять кольцевых блоков трубы газохода шахты с площадью поперечного сечения проточной части не более площади выходного сечения конфузора, при этом выхлопная труба утилизатора теплоты выполнена с диаметром, составляющим не менее 0,2 от диаметра основной трубы тракта выхлопа.
max,т.
Причем орпус первого переходного участка трубы газохода может быть образован из сопряженных по образующим двух пар чередующихся фрагментов оболочек двоякой кривизны, имеющих каждая на входе разноразмерные смежные прямолинейные участки торца, соответствующие длинам высоты и ширины входного фланца стыка с газоотводом, а выходной торец первого переходного участка выполнен в виде окружности радиусом R, состоящей из двух пар смежных дуг, длины которых в каждой паре дуг пропорциональны отношению длин смежных сторон входного фланца.
При этом в приемной камере выхлопной трубы ниже трубы газохода может быть установлен наклонный аэродинамический экран, уменьшающий на повороте турбулизацию потока рабочего тела и аэродинамическое сопротивление последнему, а каждый элемент в блоке шумоглушения выполнен в виде, опрокинутого вершиной вниз тетраэдра с двумя прямоугольными гранями и основанием, выполненным в виде равнобедренного треугольника, имеющего угол ξ при вершине между указанными гранями, удовлетворяющий условию ξ≥60°, при этом основание указанного элемента раскреплено в секции треугольным стержневым каркасом, кроме того ребро между прямоугольными гранями выполнено длиной, соизмеримой с высотой шумогасящей секции и вертикально примыкает к внутренней поверхности корпуса секции блока шумоглушения, при этом грани тетраэдра выполнены перфорированными, а объем тетраэдра заполнен дискретным, пористым, шумогасящим материалом в виде гранул; кроме того в выхлопной трубе тракта выхлопа ГПА верхний кольцевой блок газохода защищен от атмосферных гидрометеоров зонтом-колпаком и снабжен молниеприемником.
п.к.
г.г.
max,т.
max,т.
2
Поставленная задача в части выхлопной трубы ГПА компрессорной станции решается тем, что выхлопной трубы ГПА, согласно изобретению, выполнена в составе тракта выхлопа ГПА, сборной, смонтирована из кольцевых блоков с убыванием диаметров по высоте и включает опорный блок, на котором смонтированы приемная камера, блок шумоглушения, конфузор, над которым установлен газоход шахты трубы, защищенный от атмосферных гидрометеоров зонтом-колпаком и снабженный молниеприемником, при этом приемная камера и блок шумоглушения выполнены сварными из кольцевых секций одинаковой габаритной конфигурации с наибольшим относительно других блоков диаметром корпуса, причем приемная камера выполнена с боковым проемом с возможностью свободного заведения в него кольцевого элемента трубы газохода и последующей компенсации температурных деформаций трубы газохода, а ниже трубы газохода в приемной камере установлен наклонный аэродинамический экран, кроме того приемная камера имеет площадь F поперечного сечения проточной части, превышающую не менее чем в два раза площадь F=πR поперечного сечения проточной части вводимого в приемную камеру кольцевого элемента с радиусом R горизонтальной трубы газохода, а блок шумоглушения оснащен внутри разнесенными не менее чем в четыре яруса по числу секций блока элементами шумоглушения, выполненных каждый в виде опрокинутого вершиной вниз тетраэдра с конфигурацией прямоугольных пирамид высотой не менее большей части высоты секции блока и примыкающих общим ребром прямоугольных граней к стенке секции блока, причем в каждой из секций блока шумоглушения установлено не менее трех элементов шумоглушения, при этом площадь аэродинамического затенения, создаваемого наклонной гранью тетраэдра в проекции на условную плоскость, нормальную к оси блока, равна площади аэродинамического затенения от основания прямоугольной пирамиды тетраэдра, а элементы шумоглушения в каждой секции блока раскреплены в горизонтальной плоскости в уровне верхнего основания тетраэдра стержневым каркасом в виде треугольника, упертого вершинами на внутреннюю поверхность корпуса секции с раскреплением середины каждого стержня треугольника каркаса дополнительной стержневой связью, соединяющей соответствующий стержень с корпусом секции блока шумоглушения, причем над блоком шумоглушения установлен кольцевой блок конфузора в виде усеченного конуса, уменьшающего на выходе диаметр поперечного сечения потока рабочего тела, не более чем в 1,37 раза, а над блоком конфузора последовательно установлены два кольцевых блока газохода, содержащий каждый не менее четырех кольцевых секций с диаметром поперечного сечения проточной части не более диаметра выходного сечения конфузора и высотой, не менее чем в полтора раза превышающей диаметр любого из указанных блоков.
к.э.
к.э.
При этом блок приемной камеры выхлопной трубы может быть жестко соединен с опорным блоком, выполненным в виде кольцевого элемента диаметром, соответствующем диаметру блока приемной камеры, и жестко соединенной с плитой основания, радиус которой принят превышающем радиус кольцевого элемента не менее, чем на длину нижней стороны контрфорсных элементов, которыми кольцевой элемент усилен с внешней стороны с разнесением по периметру с угловой частотой γ, определенной в диапазоне значений γ=(1,11÷2,39) [ед/рад], и жестким соединением последних на сварке с кольцевым элементом и плитой опорного блока, кроме того верхний кольцевой блок газохода защищен от атмосферных гидрометеоров зонтом-колпаком и снабжен молниеприемником, вершина выступающей части которого выполнена превышающей вершину зонта-колпака не менее чем на 1,4 высоты последнего.
б.ш
п.к.
Поставленная задача в части блока шумоглушения выхлопной трубы ГПА, выполненной в составе тракта выхлопа ГПА компрессорной станции, решается тем, что блок шумоглушения, согласно изобретению, выполнен сварным из кольцевых секций одинаковой габаритной конфигурации и оснащен внутри разнесенными не менее чем в четыре яруса по числу секций блока элементами шумоглушения, причем в каждой из секций блока установлено не менее трех элементов шумоглушения, выполненных каждый в виде опрокинутого вершиной вниз тетраэдра с двумя гранями в виде прямоугольных треугольников, общее ребро которых выполнено примыкающим по образующей внутренней поверхности оболочки секции блока шумоглушения и раскреплено в горизонтальной плоскости стержневым каркасом в уровне верхнего основания тетраэдра в виде стержневого треугольника, упертого вершинами на внутреннюю поверхность корпуса секции с раскреплением середины каждого стержня треугольника каркаса дополнительной стержневой связью, соединяющей соответствующий стержень с корпусом секции блока шумоглушения, а совокупность элементов шумоглушения в каждой смежной по высоте секции блока выполнена с винтовым смещением относительно предыдущей секции на половину угла противостоящей вершины треугольного каркаса, фиксирующего указанные элементы, при этом уменьшение свободной площади ΔF. поперечного сечения проточной части блока шумоглушения выполнено волнообразно изменяющимся по высоте блока и в высотных уровнях наибольшего аэродинамического затенения, поярусно создаваемого основаниями элементов шумоглушения, и достигает не менее 15% от общей площади F поперечного сечения блока, при этом грани тетраэдра элемента шумоглушения выполнены перфорированными с определяющим диаметром отверстий (4÷7) мм и расстоянием между центрами отверстий (5÷10) мм, а объем тетраэдра заполнен дискретным, пористым, шумогасящим материалом в виде гранул с приведенным диаметром (8÷22) мм, при этом гранулы отделены от перфорированных граней тетраэдра сеткой.
Технический результат, достигаемый группой изобретений, объединенных единым творческим замыслом, состоит в повышении КПД, эксплуатационной надежности и ресурса работы ГПА за счет улучшения конструктивных, аэродинамических и энергетических параметров составляющих тракта выхлопа, а именно, газохода включающего основной горизонтальный участок и переходные участки, выполненных переменной формы и с соблюдением условия равенства площадей поперечного сечения проточной части. Кроме того горизонтальная часть газохода смонтирована на стойках, установленных на первом этаже КС, с переводом на указанный уровень, расположенный ниже оси двигателя с перепадом высот между осями двигателя и трубы газохода и с образованием технологического полнопроходного пространства высотой, не менее требуемой для прохода обслуживающего персонала во время монтажно-ремонтных работ или проведения технического осмотра (ТО), чем достигают повышении ресурса работы ГПА. Конструктивные параметры выхлопной трубы, сообщенной (при необходимости) с теплообменником утилизатора теплоты и блока шумоглушения выхлопной трубы за счет установки внутри каждой секции блока элементов шумоглушения, состоящих из стальных стенок, сеток и наполненных дискретным, пористым, шумогасящим материалом обеспечивают повышении шумоизоляции, надежности и ресурса работы ГПА и осуществляют рассеивание в окружающей атмосфере вредных выбросов до требуемого уровня ПДК.
Сущность группы изобретений поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображен газоперекачивающий агрегат с трактом выхлопа и утилизатором теплоты, вид в плане;
на фиг. 2 - тракт выхлопа ГПА с утилизатором теплоты, вид сбоку;
на фиг. 3 - основной горизонтальный участок газохода тракта выхлопа ГПА, в разрезе по А-А на фиг. 2, вид по оси по потоку рабочего тела;
на фиг. 4 - узел газохода тракта выхлопа ГПА, в разрезе по Б-Б на фиг. 2, вид по оси против потока рабочего тела;
на фиг. 5 - выхлопная труба ГПА с элементами шумоглушения, разрез по В-В на фиг. 2;
на фиг. 6 - элемент шумоглушения в выхлопной трубе ГПА, вид сбоку;
на фиг. 7 - элемент шумоглушения в выхлопной трубе ГПА, вид сверху.
Газоперекачивающий агрегат компрессорной станции (фиг. 1) содержит последовательно сообщенные по рабочему телу: тракт всасывания воздуха, газотурбинную установку ГПА, тракт выхлопа отработанных газов и систему охлаждения ГТД. Тракт всасывания воздуха включает функциональные узлы - комплексное воздухоочистительное устройство КВОУ-1, всасывающий воздуховод 2 и двухсекционную камеру 3 всасывания воздуха. Газотурбинная установка ГТУ включает входное устройство 4 для подачи воздуха из камеры 3 всасывания на вход газотурбинного двигателя 5, имеющего модуль газогенератора ГГ-6 и газодинамически связанный с последним модуль силовой турбины СТ-7, а также соединенный с СТ газоотвод 8, выполненный в виде улитки. Модуль ГТ-6 включающий в качестве функциональных узлов компрессоры КНД и КВД, камеру сгорания, двухступенчатую турбину, имеющую ступень ТНД, связанную валом ротора низкого давления с КНД и ТВД, объединенную соосным валом ротора высокого давления с КВД. СТ-7 выполнена осевой, имеет корпус с многоступенчатым сопловым аппаратом и вал ротора с рабочими колесами ступеней СТ, имеющими лопаточные венцы, газодинамически сообщенные с потоком рабочего тела.
Тракт выхлопа отработанных газов сообщен газоходом 9 на входе по потоку рабочего тела из СТ-7 с газоотводом 8 и на выходе с завершающей тракт выхлопа выхлопной трубой 10 ГПА.
По второму варианту тракт выхлопа отработанных газов (фиг. 2) сообщен газоходом 9 на входе по потоку рабочего тела из СТ-7 с газоотводом 8 и на выходе с выхлопной трубой 10, которая сообщена с теплообменником 11 утилизатора теплоты, который в свою очередь сообщен с автономной выхлопной трубой 12.
Газовый компрессор 13 - нагнетатель центробежного типа сообщен по крутящему моменту с валом СТ-7 посредством трансмиссии, включающей промежуточный вал 14, а также по рабочему телу - перекачиваемому газу с подводящим газопроводом на входе и с отводящим на выходе.
Газоход 9 тракта выхлопа отработанных газов выполнен в виде трубы, включающей основной участок 15 и переходные участки 16, 17, 18, 19. Труба газохода 9 выполнена горизонтальной на большей части длины с практически постоянной площадью поперечного сечения проточной части. Переходные участки 16, 17, 18, 19 выполнены переменной формы корпуса и/или конфигурации оси.
max,т.
п.т.г.
п.т.г.
п.о.
max,т
max,т.
Первый переходной участок 16 выполнен с линейной осью и сопряжен со вторым переходным участком 17, который выполнен в виде последовательно сообщенного с ним по рабочему телу криволинейного отвода. Первый переходный участок 16 трубы газохода выполнен на входе в виде фланца 20 с прямоугольным сечением на входе с последующим изменением формы сечения до окружности максимального радиуса R на стыке сопряжения с криволинейным отводом второго переходного участка 17, создающим угол β поворота трубы газохода в проекции на горизонтальную плоскость, определенный в диапазоне β=(1,36÷2,01) [рад] и с радиусом поворота оси отвода R, превышающем круглоцилиндрический радиус R проточной части отвода в проекции на горизонтальную плоскость не менее чем в 1,6 раза. Корпус первого переходного участка 16 трубы газохода 9 образован из сопряженных по образующим двух пар чередующихся фрагментов оболочек двоякой кривизны, имеющих каждая на входе разноразмерные смежные прямолинейные участки торца, соответствующие длинам высоты и ширины входного фланца 20 стыка с ответным фланцем газоотвода 8. Выходной торец 21 первого переходного участка 16 трубы газохода выполнен в виде окружности радиусом R, состоящей из двух пар смежных дуг, длины которых в каждой паре дуг пропорциональны отношению длин смежных сторон входного фланца 20.
вст.
min,т.
Основной участок 15 трубы газохода обрамлен по торцам зеркально идентичными третьим и четвертым переходными участками 18 и 19 переменной формы. При этом основной участок 15 трубы (фиг. 3) выполнен с составным поперечным сечением проточной части и образован из двух оппозитных боковых оболочек 22 - дуг окружности, соединенных поверху и понизу вставками 23 в виде отрезков прямой линии шириной В≤R.
max,т.
min,т.
max,т.
Форма корпуса третьего переходного участка 18 образована из сочленения двух оппозитных боковых участков 24 оболочки, каждый в виде фрагмента усеченного конуса с торцами радиусов R и R, сопряженных по образующим через вставки 25 в виде гипаровидных пластин постоянной ширины в проекции на горизонтальную плоскость, с максимальной стрелой подъема в плоскости сопряжения с круглым сечением отвода, равным ΔR между условной хордой, соединяющей концы дуги, общей для окружности и гипара стыкуемых участков газохода, и вершиной указанной дуги.
max,т.
cp
cp
Последний по ходу рабочего тела четвертый переходной участок 19 трубы газохода 9 выполнен с идентичным третьему по конструктивному исполнению корпусом, соединяющим основной участок 15 трубы с дополнительным кольцевым круглоцилиндрический элементом 26 радиусом R с возможностью свободного заведения оконечности трубы газохода 9 в приемную камеру 27 выхлопной трубы 10 с внутренним диаметром, превышающем диаметр кольцевого элемента 26 трубы газохода не менее чем в 1,5 раза. Поперечное сечение проточной части трубы газохода 9 выполнено практически с постоянной площадью F с колебанием величины площади между участками трубы газохода на величину ΔF, количественно определенную из выражения ΔF=F[(-3,5%)÷(+1,9%)], Для обеспечения тепло- и шумоизоляции газоход обмотан шумоизолирующим материалом типа войлока и алюминиевой фольгой.
Выхлопная труба 10 тракта выхлопа ГПА выполнена сборной и включает опорный блок 28. На опорном блоке 28 последовательно по высоте смонтированы приемная камера 27, блок 29 шумоглушения, конфузор 30, газоход 31 шахты выхлопной трубы. Газоход 31 шахты защищен от атмосферных гидрометеоров зонтом-колпаком 32 и снабжен молниеприемником 33. Выхлопная труба 10 тракта выхлопа ГПА смонтирована из кольцевых блоков с убыванием диаметров по высоте.
Приемная камера 27 и блок 29 шумоглушения выполнены сварными из кольцевых секций одинаковой габаритной цилиндрической и высотной конфигурации с наибольшим относительно других блоков диаметром корпуса.
Приемная камера 27 выполнена с боковым проемом с возможностью свободного заведения в нее кольцевого элемента 26 трубы газохода и последующей компенсации температурных деформаций трубы газохода, включая температурные колебания длины трубы газохода. Для чего труба газохода подвижно оперта на шарнир скольжения с внешней стороны корпуса приемной камеры.
n
K
г.г.
max,т
max,т.
2
Приемная камера 27 имеет площадь F. поперечного сечения проточной части, превышающую не менее чем в два раза площадь F=πR. поперечного сечения проточной части вводимого в приемную камеру кольцевого круглоцилиндрического элемента 26, выполненного с радиусом R горизонтальной трубы газохода. Ниже трубы газохода 9 в приемной камере 27 установлен наклонный аэродинамический экран 34, уменьшающий на повороте вектора потока турбулизацию и возрастание аэродинамического сопротивления потоку рабочего тела.
Входящий в выхлопную трубу 10 блок 29 шумоглушения выполнен не менее чем из четырех кольцевых секций 35 одинаковой габаритной цилиндрической и высотной конфигурации и оснащен внутри разнесенными не менее чем в четыре яруса по числу секций блока элементами 36 шумоглушения. Каждая секция 35 наделена не менее чем тремя элементами 36 шумоглушения с конфигурацией прямоугольных пирамид. Каждый элемент 36 шумоглушения выполнен в виде опрокинутого вершиной вниз тетраэдра с двумя прямоугольными гранями 37 и основанием 38. Основание 38 выполнено в виде равнобедренного треугольника, имеющего угол ξ при вершине между гранями 37, удовлетворяющий условию ξ≥60°. Ребро 39 между прямоугольными гранями 37 выполнено длиной, соизмеримой с высотой шумогасящей секции и вертикально примыкает к внутренней поверхности 40 корпуса секции 35 блока 29 шумоглушения. При этом площадь аэродинамического затенения, создаваемого наклонной гранью тетраэдра в проекции на условную плоскость, нормальную к оси блока, равна площади аэродинамического затенения от основания прямоугольной пирамиды тетраэдра. Элементы 36 шумоглушения в каждой секции 35 блока раскреплены в горизонтальной плоскости в уровне верхнего основания тетраэдра стержневым каркасом 41 в виде треугольника, упертого вершинами к внутренней поверхности 40 корпуса секции 35 блока шумоглушения с раскреплением середины каждого стержня треугольника каркаса 41 дополнительной стержневой связью 42, соединяющей последний с корпусом секции 35.
б.ш.
п.к.
Совокупность элементов 36 шумоглушения в каждой смежной по высоте секции 35 блока 29 выполнена с винтовым смещением относительно предыдущей секции на половину угла противостоящей вершины треугольного каркаса 41, фиксирующего указанные элементы 36. Уменьшение свободной площади ΔF поперечного сечения проточной части блока 29 шумоглушения выполнено волнообразно изменяющимся по высоте блока и в высотных уровнях наибольшего аэродинамического затенения, поярусно создаваемого основаниями 38 элементов 36 шумоглушения, и достигает не менее 15% от общей площади F поперечного сечения блока 29.
-3
-3
Грани 37 тетраэдра элемента 36 шумоглушения выполнены из нержавеющей стали, перфорированными с определяющим диаметром отверстий (4÷7) мм и расстоянием между центрами отверстий (5÷10) мм. Объем тетраэдра заполнен дискретным, пористым, шумогасящим материалом, шамотом или керамзитом, в виде гранул с приведенным диаметром (8÷22) мм. При этом гранулы отделены от перфорированных граней тетраэдра сеткой, например, с ячейкой типа (2×1)10 из проволоки толщиной 0,4×10 [м].
Над блоком 29 шумоглушения установлен кольцевой блок конфузора 30 в виде усеченного конуса, уменьшающего на выходе диаметр поперечного сечения потока рабочего тела, не более чем в 1,37 раза и площадь поперечного сечения потока рабочего тела, не менее чем в 1,8 раза. Над блоком конфузора 30 последовательно установлены два кольцевых блока 43, 44 газохода 31 шахты, содержащий каждый четыре кольцевых секций с диаметром поперечного сечения проточной части не более диаметра выходного сечения конфузора 30 и высотой, не менее чем в полтора раза превышающей диаметр любого из блоков 43, 44. Верхний блок 44 газохода шахты выхлопной трубы защищен от атмосферных гидрометеоров зонтом-колпаком 32 и снабжен молниеприемником 33, вершина выступающей части которого выполнена превышающей вершину зонта-колпака не менее чем на 1,4 высоты последнего.
к.э.
к.э.
Блок приемной камеры 27 выхлопной трубы 10 жестко соединен с опорным блоком 28, выполненным в виде кольцевого элемента 45 диаметром, соответствующем диаметру блока приемной камеры, и жестко соединенной с плитой 46 основания, радиус которой принят превышающем радиус кольцевого элемента 45 не менее чем на длину нижней стороны контрфорсных элементов 47. Контрфорсными элементами 47 кольцевой элемент 45 усилен с внешней стороны. Контрфорсные элементы 47 разнесены по периметру кольцевого элемента 45 с угловой частотой γ=N/2π=(1,11÷2,39) [ед/рад], и жестко соединены на сварке с кольцевым элементом 45 и плитой 46 опорного блока 28.
Утилизатор теплоты выполнен не менее чем с одним горизонтальным теплообменником 11, ось которого расположена выше оси горизонтальной трубы газохода 9. Теплообменник 11 сообщен с автономной выхлопной трубой 12, включающей последовательно установленные на основании секционированный опорный участок 48 и приемную камеру 49. Над приемной камерой 49 смонтирован конфузор 50, уменьшающий на выходе площадь поперечного сечения проточной части не менее чем в 1,7 раза. Над конфузором 50 последовательно установлены пять кольцевых блоков газохода 51 шахты выхлопной трубы 12, содержащий каждый не менее трех кольцевых секций 52 и выполненных каждый с площадью поперечного сечения проточной части не более площади выходного сечения конфузора 50. Газоход 51 шахты выхлопной трубы 12 защищен от атмосферных гидрометеоров зонтом-колпаком 53. Выхлопная труба 12 утилизатора теплоты выполнена с диаметром, составляющим не менее 0,2 от диаметра основной трубы 10 тракта выхлопа ГПА.
Работа ГПА осуществляется следующим образом.
Перед запуском ГПА выполняют предпусковые работы. Перед запуском выполняют заполнение контура газовых систем ГПА топливным и пусковым газом. Выполняют запуск ГПА. По команде «Запуск» с пульта управления из магистрального трубопровода пусковой газ поступает в газовый стартер двигателя, который начинает раскручивать РВД. Одновременно атмосферный воздух через КВОУ-1, где он подогревается с помощью противообледенительной системы (ПОС) (при необходимости) и проходит очистку до требуемых параметров. Через тракт всасывания, камеру 3 всасывания воздуха и ВУ-4 поступает на вход в КНД и затем в КВД двигателя 5. В компрессоре ГТД воздух сжимается, в результате чего повышается его температура и давление. После этого подготовленное рабочее тело поступает в камеру сгорания. Через контрольный промежуток времени по сигналу САУиР ГПА в камеру сгорания начинается подача топливного газа. Происходит перемешивание сжатого воздуха с топливным газом и воспламенением топливовоздушной смеси из камеры сгорания. Топливовоздушная смесь сгорает в камере сгорании, продукты сгорания поступают в модуль ГГ-6. Кинетическая энергия продуктов сгорания при расширении на рабочих лопатках модуля ГГ-6 преобразуется в механическую работу компрессора без помощи газового стартера. Через контрольный промежуток времени по циклограмме САУиР подача пускового газа прекращается. После модуля ГГ-6 продукты сгорания поступают в СТ-7, где кинетическая энергия продуктов сгорания при расширении на рабочих лопатках турбины СТ также преобразуется в механическую работу вращения ротора СТ. Ротор СТ-7 через промежуточный вал 14 вращает ротор центробежного нагнетателя 13. В нагнетателе газовый компрессор сжимает природный газ, отбираемый из магистрального трубопроводов, до требуемых параметров. Из нагнетателя сжатый технологический газ поступает в станционную систему охлаждения, откуда, после охлаждения, направляется обратно в магистральный трубопровод для дальнейшей транспортировки. После СТ-7 двигателя 5 продукты сгорания через газоотвод 8 поступают в газоход 9 тракт выхлопа, откуда через выхлопную трубу 10 ГПА выходят в атмосферу. Конструкция тракта выхлопа обеспечивает рассеивание в окружающей атмосфере вредных выбросов до требуемого уровня ПДК. При наличии теплообменника 11 утилизатора теплоты в системе тракта выхлопа до выхода в атмосферу часть горячих продуктов сгорания осуществляет подогрев теплоносителя для нужд КС и затем через выхлопную трубу 12 системы выхлопа теплоутилизатора теплоты выбрасываются в атмосферу.
Таким образом, за счет улучшения конструктивных, аэродинамических и энергетических параметров составляющих тракта выхлопа обеспечивают отвод продуктов сгорания из газоотвода ГПА через газоход и выхлопную трубу и рассеивание в окружающей атмосфере вредных выбросов до требуемого уровня ПДК, чем достигают повышение надежности и ресурса ГПА в процессе эксплуатации ГПА для транспортировки газа или газотурбинной электростанции.