ПЕРЕДВИЖНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ГАЗОТУРБИННАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к газотурбинным установкам, которые могут использоваться в составе многоагрегатной электростанции как автономный источник электрической и тепловой энергии.
Известна газотурбинная электростанция, которая содержит газотурбинный двигатель, воздухоочистительное устройство, шумоглушитель входа воздушного потока, утилизатор тепла выхлопных газов, выхлопное устройство, генератор тока, выполненные в виде автономных блоков, системы пожаротушения, охлаждения, управления и систему подогрева циклового воздуха (см. свидетельство на полезную модель Российской Федерации №16015, кл. 7 F02C 3/00, опубл. 27.11.2000).
Наряду с преимуществами в сравнении с известными газотурбинными электростанциями, например возможностью утилизации выхлопных газов и возможностью регулирования расхода воздуха, который поступает извне, электростанция имеет существенные недостатки, а именно, низкую мобильность, большую металлоемкость по отношению к мощности, достаточно большие габариты по отношению к заданной мощности, низкую эффективность шумоглушения, вследствие чего ее не рекомендуется устанавливать вблизи промышленных районов.
Известна также передвижная газотурбинная автоматизированная электростанция ПАЭС-2500 Запорожского АО «МОТОР СИЧ», Украина.
Она содержит блок газотурбогенератора с входящими в него полуприцепом-фургоном, крыша и стены которого облицованы шумопоглощающим материалом, внутри которого размещены газотурбинный привод (ГТП) и синхронный генератор трехфазного тока, установленные на одной раме, комплектно-распределительное устройство, автономная система запуска, система топливопитания, система охлаждения, пожаротушения, масляная система, система управления и газорегулирующая аппаратура, а также система шумоглушения, включающая шумоглушитель входа воздушного потока [см. Техническое описание передвижной газотурбинной электростанции ПАЭС-2500, 4.1, редакция 5 ОАО «Мотор Сич», 1987 г. стр. 18].
Эта электростанция лишена многих недостатков описанной выше электростанции. Ее недостатком является низкая эффективность шумоглушения, вследствие наличия в ней только шумоглушителя входа воздушного потока, конструктивное выполнение которого не обеспечивает достаточной эффективности шумоглушения, так как вследствие его расположения внутри полуприцепа-фургона длина и количество шумопоглощающих элементов ограничено. Вследствие невысокой эффективности шумоглушения возникают проблемы использования ее вблизи промышленных районов из-за больших шумов при ее работе, а также недостаточно комфортные условия работы обслуживающего персонала, за счет больших шумовых характеристик и вибраций на рабочем месте оператора.
Известна также передвижная газотурбинная автоматизированная электростанция Запорожского АО "МОТОР СИЧ", с усовершенствованной системой шумоглушения, которая выбрана за прототип, [патент на полезную модель UA 4814 U, F02C 3/00, опубл. 15.02.2005, Бюл. №2, 2005 г.].
Электростанция содержит полуприцеп-фургон (далее по тексту - фургон), который выполнен из двух самостоятельных частей, размещенных на одной платформе, крыша и стены фургона облицованы шумопоглощающим материалом. Одна из частей фургона является кабиной управления с расположенными в ней системой автоматического управления (САУ) и комплектно-распределительным устройством, а другая часть фургона разделена съемной перегородкой, установленной между приводом и синхронным генератором трехфазного тока, на два отсека - отсек генератора (ОГ) и агрегатный отсек. В ОГ расположены синхронный генератор трехфазного тока и автономная система запуска. В агрегатном отсеке расположены ГТП, система топливоснабжения автономной системы запуска, система охлаждения, система смазки и газорегулирующая аппаратура (ГРА), размещенная в едином блоке ГРА, который расположен в ОГ. Со стороны задней стенки фургона установлен шумоглушитель выхлопа ГТП. Шумоглушитель входа воздушного потока вынесен за границы фургона с возможностью сообщения его с генераторным и агрегатным отсеками кузова. Шумоглушитель выхода воздуха охлаждения генератора расположен внутри ОГ вдоль крыши с выходом через выходное устройство, размещенное на крыше. Шумоглушитель выхлопа автономной системы запуска, расположен на боковой стенке кузова. Шумоглушитель выхлопа ГТП, шумоглушитель входа воздушного потока, шумоглушитель выхлопа автономной системы запуска расположены в трех разных плоскостях и на разных уровнях, что исключает попадание выхлопных газов, имеющих высокую температуру, в шумоглушитель входа воздушного потока.
Недостатком известной электростанции является нестабильность работы электростанции вследствие нестабильной работы генератора, возникающей от недостаточного охлаждения оборудования ОГ. Кроме того, недостатками являются значительные эксплуатационные затраты на обслуживание оборудования электрозапуска (замена электрощеток), сложность обслуживания ГТП из-за размещения газорегулирующей аппаратуры в одном блоке (наличие отдельного блока ГРА в условиях плотного пространства агрегатного отсека), а также несоответствие требованиям национальных нормативных документов по пожарной безопасности стран возможного заказчика, трудности транспортировки по автодорогам стран заказчика, в частности РФ.
Технической задачей разработки полезной модели является усовершенствование передвижной автоматизированной газотурбинной электростанции, за счет модификации системы вентиляции и обогрева, системы газорегулирующей аппаратуры, оборудования электрозапуска, системы питания собственных нужд, системы пожаротушения, и конструкции полуприцепа-фургона, что приводит к повышению надежности работы электростанции в целом и улучшению ее эксплуатационных и потребительских свойств.
Задача решается усовершенствованием передвижной автоматизированной газотурбинной электростанции, содержащей полуприцеп-фургон, имеющий разделение на отсеки, внутри которого размещены установленные на одной раме газотурбинный привод и синхронный генератор, валопровод с муфтой фрикционной, связывающий редуктор ГТП с генератором; а также оборудование системы запуска ГТП, включающее два электростартера; систему топливопитания ГТП с газорегулирующей аппаратурой; систему смазки ГТП; комплектно-распределительное устройство; систему автоматического управления электростанции; систему вентиляции, включающую единый входной канал охлаждающего воздуха в отсеки ГТП и генератора, выхлопное устройство ГТП, вентилятор, нагнетающий воздух в ОГ, расположенный на валу генератора, а также воздуховод выхода охлаждающего воздуха из ОГ, при этом входной канал и воздуховод выхода установлены на крыше фургона; систему шумоглушения, включающую шумоглушитель входа воздушного потока, установленный на крыше полуприцепа-фургона, и шумоглушитель выхлопа ГТП, размещенный со стороны торцевой стенки; систему питания собственных нужд электростанции; систему обогрева электростанции; систему пожаротушения, включающую блок питания и управления, блоки клавиатуры и индикации, кнопочные станции внутреннего и уличного исполнения, блоки монтажные, оповещатели световые, светозвуковые, тепловые и дымовые; систему газовой безопасности и контроля вибрации.
Согласно полезной модели в системе запуска ГТП в качестве двух электростартеров, применены общепромышленные асинхронные серводвигатели, при этом система запуска дополнительно оснащена оборудованием управления, регулирования и защиты асинхронных серводвигателей, которое размещено в едином шкафу электрозапуска;
элементы газорегулирующей аппаратуры размещены на раме ГТП; синхронный генератор содержит бесщеточный возбудитель, вращающийся диодный выпрямитель, ротор которого закреплен на конце вала генератора, подвозбудитель, при этом, под возбудитель выполняет функцию независимого источника трехфазного переменного тока частотой 300 Гц для питания обмотки возбуждения возбудителя через регулятор устройства системы возбуждения; система вентиляции отсека генератора, снабжена дополнительным каналом входа охлаждающего воздуха, который снабжен шумоглушителем, а воздуховод выхода охлаждающего воздуха из ОГ выполнен с возможностью меньшего сопротивления воздушному потоку, и включает связанные между собой вставку мягкую, клапан воздушный и пластиковый воздуховод; при этом воздуховод и дополнительный канал входа охлаждающего воздуха размещены на крыше ОГ; система питания собственных нужд электростанции выполнена с возможностью соединения с внешним источником питания 380/220 В, 50 Гц и дополнительно снабжена выпрямителем и аккумуляторными батареями, выполняющими функции аварийного источника питания, при этом выпрямитель является также зарядным устройством для аккумуляторных батарей, система также включает резервированный источник питания 220 В, 50 Гц, выполненный на базе инверторов, подключенных к источнику постоянного тока 27 В; система обогрева электростанции дополнительно снабжена установленными в отсеках электрическими тепловентиляторами и датчиками температуры воздуха, значения которых выводятся на экран системы автоматического управления электростанции;
система пожаротушения оснащена модуль автоматического газового пожаротушения;
полуприцеп-фургон содержит единый кузов, выполненный из сендвич-панелей, с антикоррозионными и шумоизолирующими свойствами, а в качестве несущего основания - полуприцеп-тяжеловоз, имеющий функцию транспортного средства.
Общий комплекс конструктивных улучшений, включая модернизацию полуприцепа-фургона, направлен на повышение надежности работы электростанции в целом и на улучшение ее эксплуатационных и потребительских свойств.
Применение в системе электрозапуска общепромышленных асинхронных серводвигателей увеличивает ресурс и надежность ГТП, а так же снижает стоимость и эксплуатационные затраты. Модернизированный синхронный генератор с бесщеточным возбудителем и подвозбудителем является более надежным, кроме того, подвозбудитель является независимым источником трехфазного переменного тока частотой 300 Гц.
За счет аннулирования блока ГРА и размещения ранее установленного на нем оборудования на раме ГТП электростанция имеет улучшенные условия для выполнения ремонтных работ и регламентного обслуживания ГТП, а также исчезла необходимость в специальной системе обогрева в холодный период переустановленого на раму ГТП оборудования ГРА.
Благодаря применению дополнительного канала входа охлаждающего воздуха улучшена вентиляция ОГ, что приводит к дополнительному охлаждению генератора, и влияет на его работоспособность. Применение модернизированной системы вентиляции и обогрева электростанции, позволяет поддерживать в экономичном режиме температурный режим в отсеках электростанции, что также влияет на надежность работы всех систем электростанции.
Применение модернизированной системы питания собственных нужд электростанции, обеспечивает при работающей электростанции централизованное и постоянное питание в автоматическом режиме всех потребителей электрической энергии электростанции, предусматривает ввод питания 380/220 В, 50 Гц от внешнего источника и от трансформатора собственных нужд электростанции, обеспечивает питание потребителей электростанции постоянным током напряжением 27 В на всех режимах подготовки и работы электростанции, а также предусматривает аварийный источник питания и резервированный источник питания 220 В, 50 Гц для бесперебойного питания САУ электростанции и оборудования систем безопасности на всех режимах подготовки и работы электростанции.
Система автоматического газового пожаротушения, имеет преимущества перед ранее применяемым аэрозольным методом пожаротушения и, в целом, улучшает потребительские свойства электростанции приведением симтемы пожаротушения в соответствие с требованиями национальных нормативных документов по пожарной безопасности стран вероятного заказчика.
На чертежах представлена передвижная автоматизированная электростанция без шумоглушителя выхлопа.
На Фиг. 1 - продольный разрез электростанции.
На Фиг. 2 - поперечный разрез электростанции.
Электростанция содержит полуприцеп-фургон 1 (фиг. 1), который представляет собой единый кузов, выполненный из современных сендвич-панелей с улучшенными антикоррозионными и шумоизолирующими свойствами, установленный на несущем основании. Основание состоит из силовой рамы 2, которая представляет собой сварную конструкцию из двух продольных несущих балок, и набора поперечных связей, по периметру связанных П-образным профилем, двойного пола из рифленого стального листа с тепло- и звукоизоляцией; шести механических опорных устройств 3; рессорной подвески и осей полуприцепа с односкатной ошиновкой 4; тормозной системы типа - пневмосистема с блоком ABS, датчик на средней оси; электросистемы полуприцепа.
Кузов фургона разделен перегородками на отсеки (фиг. 1, фиг. 2), один из которых является кабиной управления 5, в которой расположены шкаф контроля безопасности (ШКБ) 6, шкаф САУ 7, шкаф устройства системы возбуждения (УСВ) 8, два шкафа комплектно-распределительного устройства (КРУ) 9, шкаф электрозапуска 10.
Другой - это агрегатный отсек (фиг. 2, фиг. 1), в котором расположен ГТП 11 с редуктором 12, дозатором газа 13 и выхлопным устройством 14, система подвода топливного газа 15, генератор 16, муфта 17, соединяющая вал ГТП с валом генератора, и маслоблок 18. ГТП 11 и генератор 16 отделены один от другого перегородкой 19, поэтому агрегатный отсек разделен на два отсека - отсек ГТП 20 и отсек генератора 21. В отсеке генератора расположен шкаф силовой 22 и шкаф питания 23.
Система запуска ГТП содержит два асинхронных серводвигателя 24, устанавливаемых на ГТП 11, выполняющих функцию электростартеров, которые регулируются и защищаются с помощью оборудования специально разработанного шкафа электрозапуска 10, комплект соединительных кабелей.
На раме ГТП размещен дозатор газа 13, стопорный клапан 25, датчики и другие элементы ГРА. Вследствие рационального размещения ГРА на раме ГТП созданы улучшенные условия для выполнения ремонтных работ и регламентного обслуживания ГТП, обогрева в холодный период.
Модернизированный синхронный генератор 16 с бесщеточным возбудителем выполнен в виде обращенного синхронного генератора с вращающимся диодным выпрямителем, ротор которого закреплен на конце вала генератора, и подвозбудителем. Подвозбудитель расположен на том же валу и является независимым источником трехфазного переменного тока частотой 300 Гц для питания обмотки возбуждения возбудителя через регулятор устройства системы возбуждения. Регулятор установлен в шкафу УСВ 8, расположенном в кабине управления.
На крыше фургона расположен шумоглушитель 26 (фиг. 1), через который поступает охлаждающий воздух в отсеки ГТП и генератора, а также дополнительный шумоглушитель 27. Шумоглушитель 27 связан с дополнительным каналом входа воздушного потока, через который воздух поступает в ОГ. Из отсека ГТП поток воздуха выбрасываеся через выхлопное устройство 14, а из ОГ - через вставку мягкую, клапан воздушный и пластиковый воздуховод 28, установленный на крыше полуприцепа-фургона.
Система питания собственных нужд заявленной электростанции включает следующие элементы (фиг. 2):
- трансформатор собственных нужд электростанции, расположенный в одном из шкафов КРУ 9, связанный через высоковольтный выключатель с выходными клеммами генератора 16;
- выпрямитель и аккумуляторные батареи для питания потребителей электростанции напряжением 27 В постоянного тока на всех режимах подготовки и работы электростанции, расположенные в шкафу питания 23, выпрямитель является также зарядным устройством для аккумуляторных батарей, а аккумуляторные батареи, выполняют функции аварийного источника питания;
- резервированный источник питания 220 В, 50 Гц, выполненный на базе инверторов, запитанных от источника 27 В постоянного тока, которые расположены в шкафу питания 23 и обеспечивает бесперебойное питание напряжением 220В, частотой 50Гц потребителей особой группы первой категории (ШКБ 6, шкаф КРУ 9, шкаф УСВ 8, шкаф САУ 7);
- подвод питания 380/220 В, 50 Гц от внешнего источника (обеспечивается на объекте эксплуатации электростанции заказчиком-потребителем), а так же от трансформатора собственных нужд электростанции.
Кроме того, в отсеках электростанции на потолке (в отсеках ГТП 20 и генератора 21) и стенке (в кабине управления 3) полуприцепа-фургона установлены термопреобразователи сопротивления для измерения температуры воздуха, значения которых выводятся на экран шкафа САУ 7. Также в отсеках установлены электрические обогревательные приборы с принудительной циркуляцией воздуха от встроенных в них вентиляторов (тепловентиляторы 29), применяемые для конвективной системы обогрева отсеков электростанции.
Система газового пожаротушения содержит блок питания и управления, блоки клавиатуры и индикации, кнопочные станции внутреннего и уличного исполнения, блоки монтажные, оповещатели световые, светозвуковые, тепловые и дымовые. Модуль автоматического газового пожаротушения 30 включает расположенные в кабине управления пусковое устройство, газовый баллон, сигнализатор давления газовый, а также установленные в отсеках трубопровод с форсунками и датчики задымления.
Передвижная автоматизированная газотурбинная электростанция работает таким образом.
От внешней системы питания, которую обеспечивает потребитель на объекте эксплуатации (или, опционно, дизель-генератор мощностью до 75 кВт - включается в комплект поставки электростанции) с помощью двух асинхронных серводвигателей 24 запускается ГТП 11 электростанции.
Основным агрегатом электростанции является синхронный генератор 16, вращение ротора которого осуществляется посредством ГТП через проставку с фрикционной муфтой 17. Обмотка ротора запитывается от бесщеточной системы возбуждения. Вращающееся магнитное поле ротора индуцирует в обмотках статора переменное трехфазное напряжение частотой 50 Гц.
Управление электростанцией на всех режимах и контроль над работой ее систем и агрегатов осуществляется САУ. Поддержание стабильной частоты вращения ротора генератора осуществляется регулированием подачи газа в двигатель дозатором газа 13 посредством команд от САУ в зависимости от режима работы электростанции и отдаваемой мощности.
Поддержание стабильного напряжения генератора осуществляется управлением возбуждения генератора оборудованием, расположенным в шкафу УСВ 8.
Поддержание устойчивой параллельной работы электростанции с другими энергоисточниками, прием и распределение нагрузки осуществляется изменением статизма частоты и напряжения по алгоритму САУ посредством аппаратуры КРУ 9.
Вентиляция отсеков ГТП и генератора - принудительная приточно-вытяжная. Поступление атмосферного воздуха к ГТП 11 и для охлаждения синхронного генератора 16, осуществляется через единый входной канал с шумоглушителем 26. Воздушный поток, входя в кузов, разделяется перегородкой 19 на две части. При этом одна часть потока поступает в газотурбинный привод посредством всасывания эжектором ГТП, общей производительностью 4 кг/сек, и выбрасывается через выхлопное устройство 14 к шумоглушителю выхлопа (на чертеже не показан). Другая часть воздуха затягивается в ОГ вентилятором, расположенным на валу генератора. Данным вентилятором также всасывается воздух в ОГ через дополнительный канал входа воздушного потока с шумоглушительем 27, установленным на крыше ОГ. При этом холодный воздух обтекает генератор и электрические шкафы ОГ, проходит через полости генератора и выбрасывается наружу через вставку мягкую, клапан воздушный и пластиковый воздуховод 28, установленные на крыше полуприцепа-фургона.
Система питания собственных нужд электростанции обеспечивает при работающей электростанции централизованное и постоянное питание в автоматическом режиме всех потребителей электрической энергии электростанции. Касательно обеспечения надежности электроснабжения, потребители электроэнергии электростанции относятся к первой категории, а система безопасности, САУ, аварийное освещение - к особой группе из состава потребителей первой категории. Питание потребителей первой категории осуществляется от двух независимых вводов внешних источников напряжением 380/220 В, 50 Гц трехфазного тока. Автоматический переход с основного источника питания на резервный выполняет устройство автоматического включения резерва. Работа системы питания собственных нужд находится под постоянным контролем САУ. В нештатных режимах электроснабжение потребителей особой группы осуществляется от аккумуляторных батарей напряжением 27 В, а переменным током напряжением 220 В - через инвертор-преобразователь. В нормальном рабочем режиме инверторы получают питание от выпрямителя электростанции напряжением 27 В.
Обогрев в холодное время отсеков электростанции, осуществляется тепловентиляторами 29, размещенными для наиболее эффективной конвективной циркуляции воздуха. Установленные в отсеках термопреобразователи сопротивления предают значение температуры воздуха в отсеках к САУ.
Система пожаротушения обеспечивает автоматическое обнаружение и тушение очагов пожара независимо от внешних источников питания и систем управления, а также функции оповещения о пожаре. Блок питания и управления, блоки клавиатуры и индикации, кнопочные станции внутреннего и уличного исполнения, блоки монтажные, оповещатели световые, светозвуковые, тепловые и дымовые обеспечивают сбор и обработку информации о наличии очагов задымления и повышения температуры в отсеках и наружных частей электростанции, обрабатывают ее и осуществляют запуск модуля автоматического газового пожаротушения, закрытие клапанов жалюзийных, отключение вентиляционных установок, контроль закрытого состояния дверей для исключения возможности запуска системы пожаротушения в отсеках, где находятся люди.
Передвижная автоматизированная газотурбинная электростанция, благодаря применению в качестве несущего основания современного сертифицированного полуприцепа-тяжеловоза, имеющего возможность регистрации электростанции, как транспортного средства, является мобильным агрегатом и для доставки заказчику не требует дополнительных транспортных платформ. Кузов, выполненный из современных сендвич-панелей с улучшенными антикоррозионными и шумоизолирующими свойствами, надежно защищает агрегаты электростанции от внешних факторов при транспортировке и эксплуатации электростанции.