МОДУЛЬНАЯ ТУРБОКОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДАЧИ СЖАТОГО ВОЗДУХА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ

Полезная модель относится к машиностроению, к агрегатам, входящим в состав установок для производства азотной кислоты, а именно, к турбокомпрессорным установкам, предназначенным для подачи сжатого воздуха в технологический процесс производства азотной кислоты.
Промышленное производство азотной кислоты осуществляют путем каталитического окисления аммиака кислородом воздуха с последующим поглощением оксидов азота водой (патент US 4042339, опубл. 16.08.1977; патент GB 1367724, опубл. 25.09.1974 г.); "Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности". / Под редакцией Олевского В.М., М., «Химия», 1985. стр.94-306).
Известна турбокомпрессорная установка, предназначенная для подачи сжатого воздуха в технологический процесс производства азотной кислоты, имеющая две ступени сжатия воздуха (заявка DE 102005023161, опубл. 23.11.2003 г.). По крайней мере, две ступени сжатия предусмотрены в установке по патенту US 4042339, опубл. 16.08.1977. Недостатками таких установок является наличие более одной ступени сжатия.
Известна турбокомпрессорная установка (прототип), предназначенная для подачи сжатого воздуха в технологический процесс производства азотной кислоты, которая содержит воздушный компрессор для сжатия атмосферного воздуха. Привод включает газовую турбину для рекуперации энергии сжатых хвостовых газов. ("Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности". / Под редакцией Олевского В.М., М., «Химия», 1985, стр.154.)
Недостатками известной установки являются повышенное энергопотребление и большие сроки сборки и ремонта.
Техническим результатом заявляемой турбокомпрессорной установки для подачи сжатого воздуха в технологический процесс производства азотной кислоты является создание экономичной по энергопотреблению установки, сокращение сроков ее сборки и повышение ее ремонтопригодности.
Технический результат в заявляемой турбокомпрессорной установке для подачи сжатого воздуха в технологический процесс производства азотной кислоты, содержащей воздушный компрессор, приводимый в действие газовой турбиной, достигается тем, что в качестве воздушного компрессора использован одноступенчатый центробежный воздушный компрессор, приводимый в действие двухступенчатой осевой турбиной, турбокомпрессорная установка разделена на модули, которые соединены между собой межмодульными разъемными соединениями, и представляют собой модуль входного устройства, модуль воздушного компрессора, модуль опор, модуль турбины, модуль выходного устройства, при этом модуль входного устройства включает корпус, воздухозаборник, регулируемый двухопорный входной направляющий аппарат; модуль воздушного компрессора включает осевое колесо и центробежное колесо, которые закреплены с помощью цапфы на валу модуля опор; модуль опор включает вал ротора с подшипниковыми опорами, диффузор лопаточный, наружный корпус, силовые конусные корпусы и газосборник; модуль турбины включает две ступени турбины и корпус; модуль выходного устройства для отвода отработанных газов включает две конические оболочки, переходящие в короб для сбора отработанных газов.
В результате проведенного заявителем патентно - информационного поиска установлено, что заявляемое решение содержит известные признаки. Например, из описания к патенту GB 360778, опубл. 12.11.1931 г. известно использование центробежного турбокомпрессора в установках промышленного производства азотной кислоты. Однако конструкция установки не представлена. Из описания к патенту РФ №2372504, опубл. 10.11.2009 г. известна модульная конструкция многоцелевой газотурбинной энергетической установки, которая содержит функциональные модули генератора сжатого воздуха и турбогенератора, причем возможно отделение модуля 1 от модуля 2 по быстроразъемному стыку. Однако эта известная установка не предназначена для подачи сжатого воздуха в технологический процесс производства азотной кислоты.
В результате проведенного заявителем патентно - информационного поиска не обнаружены источники информации, содержащие совокупность заявляемых признаков, в том числе совокупность отличительных признаков.
Сущность полезной модели и возможность ее промышленного применения поясняется примером конкретного выполнения, который поясняется на фиг.1-6, где в разрезе показаны:
на фиг.1 - турбокомпрессорная установка,
на фиг.2 - модуль входного устройства,
на фиг.3 - модуль воздушного компрессора,
на фиг.4 - модуль опор,
на фиг.5 - модуль турбины,
на фиг.6 - модуль выходного устройства.
Как показано на фиг.1, составные части турбокомпрессорной установки объединены в модули. Модуль 1 представляет собой модуль входного устройства. Модуль 2 - модуль воздушного компрессора. Модуль 3 - модуль опор. Модуль 4 - модуль турбины. Модуль 5 - модуль выходного устройства. При этом межмодульные соединения выполнены разъемными.
Модуль 1 входного устройства (Фиг.2) включает вохдухозаборник 7, регулируемый двухопорный входной направляющий аппарат 8 и корпус 9.
Модуль 2 воздушного компрессора (Фиг.3) включает осевое колесо 10 и центробежное колесо 11, которые выполнены по типу «блиск» и закреплены болтами к фланцу цапфы, установленной на валу модуля опор (на фиг. не обозначены).
Модуль 3 опор (Фиг.4) включает вал ротора 12 с подшипниковыми передней 13 и задней 14 опорами, диффузор лопаточный 15, наружный корпус 16, силовые конусные корпусы (на фиг. не обозначены) и газосборник 17. К модулю опор 3 осуществляется последовательное крепление всех остальных модулей. К корпусам крепятся подшипники скольжения. В подшипниках установлен вал, на который выполняется постановка модулей воздушного компрессора и турбины. Передняя опора выполнена как радиально-упорный подшипник скольжения. Передняя опора воспринимает осевую и радиальную нагрузки, приходящие со стороны ротора. Задняя опора выполнена как радиальный подшипник скольжения
Модуль 4 турбины (Фиг.5) включает две ступени турбины 18 и корпус 19. Рабочие колеса турбины крепятся к валу с помощью стяжных болтов (на фиг. не обозначены).
Модуль 5 выходного устройства (Фиг.6) предназначен для отвода отработанных газов и включает две оболочки 20, переходящие в короб для сбора отработанных газов (на фиг. не показан).
Турбокомпрессорная установка работает следующим образом. Входное устройство обеспечивает забор окружающего воздуха и подачу его в проточную часть воздушного компрессора. Для пневматического запуска турбокомпрессорной установки сжатый воздух подают на рабочие лопатки турбины. Возникающий при этом крутящий момент позволяет раскрутить ротор турбокомпрессорной установки до оборотов розжига камеры сгорания. Дальнейшее увеличение оборотов сопровождается повышением расхода природного газа и подачей воздуха через сопла в тракт турбины. Источником сжатого воздуха может являться как автономный компрессор, так и заводская пневматическая система. При отсутствии возможности использовать сжатый воздух возможно применение пара из заводского паропровода. Приводом воздушного компрессора служит рекуперационная газовая турбина, в которой расширяются нагретые до высокой температуры отработанные хвостовые газы после стадии поглощения, причем нагрев осуществляется за счет сжигания топлива, преимущественно природного газа, в камере сгорания турбины путем смешения хвостовых газов с дымовыми газами из камеры сгорания турбины. Выходное устройство обеспечивает отвод выхлопных газов.
Благодаря тому, что использован высоконапорный одноступенчатый центробежный воздушный компрессор, приводимый в действие двухступенчатой осевой турбиной, повышена экономичность установки по энергопотреблению.
Благодаря тому, что турбокомпрессорная установка разделена на модули, которые соединены между собой межмодульными разъемными соединениями, получена возможность сократить сроки сборки турбокомпрессорной установки. Турбокомпрессорная установка собирается всего из 5-и сборочных узлов - модулей. Монтажные операции выполняются в горизонтальном положении оси турбокомпрессорной установки без его демонтажа с рамы.
Заявляемая модульная конструкция позволяет также повысить ремонтопригодность, благодаря сокращению сроков на ремонт узлов и деталей. Для ремонта любого модуля достаточно его демонтировать и выполнять ремонтные работы только с неисправным модулем, не разбирая турбокомпрессорную установку целиком или частично, без его демонтажа с рамы. Могут быть изготовлены взаимозаменяемые модули. Неисправный модуль может быть отремонтирован в течение запланированного времени и подготовлен для монтажа на турбокомпрессорную установку.
Таким образом, благодаря заявляемой конструкции достигнут новый технический результат: повышена экономичность установки по энергопотреблению, получена возможность сокращения сроков сборки и ремонта турбокомпрессорной установки для подачи сжатого воздуха в технологический процесс производства азотной кислоты.