Конструкция нагнетателя
Технические характеристики:
Производительность – 30 млн м3/сутки.
Частота вращения ротора = 4800 об/мин при t = +15 оС.
Давление на входе Рвх ≈ 50 кг/см2.
Давление на выходе Рвых ≈ 75 кг/см2.
На рабочем колесе 18 лопаток.
Нагнетатель одноступенчатый (рис. 97) с консольно расположенным колесом 4 и с тангенциальным подводом и отводом компримируемого газа. Ходовая часть нагнетателя (ротор, подшипники, торцевое масляное уплотнение и другие элементы) заключена в специальную гильзу, устанавливаемую в корпус нагнетателя. Таким образом, корпус служит только для размещения гильзы. Такая конструкция позволяет при необходимости проводить быструю замену гильзы.
Рис. 97. Нагнетатель (см. обозначения в тексте)
Корпус нагнетателя представляет собой стальной цилиндр 1, закрытый торцевой крышкой 2 со смонтированными на ней всасывающей и сборной кольцевой камерами. Со стороны привода к цилиндру крепится корпус подшипника 8, который в процессе эксплуатации разборке не подлежит. Вал нагнетателя соединяется с валом приводной турбины с помощью соединительной муфты 11, которая закрывается кожухом 10. В торцевой стенке корпуса (цилиндра) нагнетателя выполнены каналы подвода масла к торцевому уплотнению 6 и переднему опорному подшипнику 7, а каналы слива протечек масла из камеры торцевого уплотнения – в поплавковую камеру.
На верхней части цилиндра установлен аккумулятор масла. Надёжное уплотнение вертикального разъёма корпуса обеспечивается установкой в канавке торцевой крышки резинового кольца 12. Каналы подвода масла к опорно-упорному подшипнику 9 и к реле осевого сдвига, каналы слива масла от упорного подшипника расположены в нижней части корпуса подшипника и подходят к соответствующим каналам гильзы также в нижней части.
Основанием гильзы служит стакан 5, нижняя часть которого служит корпусом для ротора 4, вкладышей, торцевого уплотнения 6 и других элементов ходовой части. В расточке на фланце гильзы установлен лопаточный диффузор 3, представляющий собой круговую решётку, состоящую из профильных лопаток, отфрезерованных как одно целое с телом диска. Покрывающий диск приварен к лопаткам диффузора, чем обеспечивается высокая прочность решётки. В месте расположения вкладышей подшипников стакан имеет горизонтальный разъём. На фланце стакана выполнен масляный затвор, состоящий из ряда кольцевых каналов и канавок, в которых установлены резиновые уплотнительные кольца. В один из кольцевых каналов подводится масло высокого давления, предназначенное для подачи к торцевому уплотнению 6 смазки переднего опорного подшипника 7, другой канал служит для отвода протечек масла в поплавковую камеру. Такое выполнение маслоподводящих каналов на фланце гильзы – надёжная защита от проникновения газа из нагнетателя в галерею нагнетателей. Торцевое масляное уплотнение, которое представляет собой комбинацию опорного вкладыша с контактным герметичным уплотнением торцевого типа, служит для предотвращения проникновения газа из нагнетателя в галерею нагнетателей, а также масла в проточную часть нагнетателя, и для обеспечения защиты ЦБН при осевом сдвиге.
К торцевому уплотнению по маслопроводу высокого давления от насосов уплотнения (их обычно 2) подаётся масло с давлением, превышающим давление газа на всасывании.
Перепад давления «масло-газ» (его величина поддерживается в пределах 1,5-3 кг) в системе уплотнения нагнетателя поддерживается автоматически. Если произойдёт аварийное снижение этого перепада, то автоматически включается резервный насос уплотнения и сигнал поступает на аварийную остановку агрегата с отключением нагнетателя от газопровода.
Состав системы уплотнения: поплавковая камера, РПД, МНУ, клапанная коробка, газоотделитель, реле ОС, аккумулятор масла.
Маслонасос уплотнений (МНУ) – для подвода масла высокого давления на опорный подшипник и к торцевому уплотнению. Тип насоса – винтовой МВН-320 (цифровое значение – длина нарезной части). n = 2900об/мин.; Pmax = 64 кг/см2; производительность = 120 л/мин.; на всасе подпор ≈ 0,5 кг/см2.
Состоит: корпус, задняя крышка, передняя крышка, ведущий вал, ведомых – 2 штуки, клапанная коробка. Рубашка залита баббитом.
Ведущий (средний винт) имеет двухходовую правую нарезку и вращается по часовой стрелке от двигателя.
Ведомые винты имеют левую двухходовую нарезку и вращаются против часовой стрелки. Они являются уплотнительными элементами в рабочей части насоса.
На концах винтов имеются поршни, которые передают на подпятник осевые усилия, действующие на винт при работе насоса от разности Рмасла в нагнетательной и всасывающей камерах. Разгрузка осевых усилий осуществляется давлением масла, которое подводится из камеры нагнетания под поршни винтов.
Клапанная коробка: для размещения пускового, предохранительного и обратного клапана.
Пусковой клапан – для ограничения пускового тока приводного электродвигателя при включении насоса в магистраль с высоким давлением (стакан, жиклёр и пружина).
Закрывается пусковой клапан при давление 3 кг/см2 (время срабатывания составляет 5-10 секунд).
Предохранительный – для ограничения максимально допустимого давления = 80 кг/см2 (шарикового типа).
Обратный – для отключения насоса при пуске и останове от напорного трубопровода (тарельчатого типа).
Реле осевого сдвига: для останова ГПА при осевом смещении ротора ЦБН; выдаёт электрический сигнал при смещении 0, 8-1 мм, диаметр дроссельных шайб – 3 мм, диаметр сопел – 5 мм, зазор между гребнем и соплами составляет 1, 1 мм.
7.2 Система регулирования нагнетателя
В основу автоматического регулирования системы уплотнения большинства типов нагнетателей положен принцип гидравлического затвора, поддерживающего постоянное давление масла, превышающее давление перекачиваемого газа на 1,5-3 кг/cм2. Для примера рассмотрим уплотнение неполнонапорного нагнетателя типа 370-18.
Масло к опорному подшипнику и к уплотнению нагнетателя подаётся винтовыми электронасосами, один из которых является резервным. К винтовым насосам масло поступает с давлением 3-5 кг/см2, охлаждённое – из маслосистемы турбоагрегата. Всё масло от винтовых насосов, прежде чем попасть на уплотнение, пропускается через аккумулятор, который устанавливают над нагнетателем на 2 м выше уплотнительной камеры. Он предназначен для обеспечения уплотнения и смазки опорного подшипника нагнетателя в течение 10 минут в случае остановки винтовых насосов, вызванной исчезновением питания электродвигателей насосов.
Постоянная разность давления масла и газа автоматически поддерживается регулятором перепада давления за счёт сброса (слива) части масла, нагнетаемого винтовым насосом в линию перед маслоохладителем. В нагнетателе уплотняющее масло проходит через опорный вкладыш подшипника и частично через торцевое уплотнение в маслосборную камеру, находящуюся под давлением газа. Из маслосборной камеры масло стекает в поплавковую камеру и по мере её заполнения через специальный клапан отводится в газоотделитель. В газоотделителе происходит выделение растворённого в масле газа. Чистое масло, скапливающееся в нижней части газоотделителя, через гидрозатвор направляется в маслобак, а выделяющийся из масла газ отводится в атмосферу через свечу диаметром 150 мм.
Для уменьшения уноса в газопровод масла из маслосборной камеры её соединяют со всасывающим патрубком нагнетателя специальной отводной линией. Количество поступающего в поплавковую камеру газа регулируют дросселем. В результате образуется поток газа, который увлекает масло из маслосборной камеры в поплавковую. Фильтр, установленный в верхней части поплавковой камеры, препятствует уносу масла и масляных паров во всасывающий патрубок нагнетателя. Во избежание разрушения фильтра при превышении перепада давления на нём выше допустимого, предусмотрен обводной вентиль. Этот вентиль предназначен для соединения всасывающей и нагнетательной полостей нагнетателя.
При приближении режима работы нагнетателя к помпажной границе сигнализатор помпажа выдаёт звуковой, световой или иной сигнал. Импульс для срабатывания сигнализатора – измерение соотношения перепада давлений на всасывающем конфузоре и перепада давлений на нагнетателе. Зона помпажа характеризуется малыми перепадами давления на конфузоре при больших перепадах давления на нагнетателе.
Работа системы поддержания перепада «масло-газ» на уплотнениях осуществляется следующим образом. Когда нагнетатель не работает и не заполнен газом, запускается один из винтовых насосов (МНУ). Происходит заполнение аккумулятора маслом. Шариковый и поплавковый клапаны в верхней части аккумулятора не препятствуют вытеснению воздуха через уплотнительную камеру в нагнетатель и далее через свечу в атмосферу. Шарик не может потоком воздуха подняться вверх и прижаться к седлу, а поплавок, находясь внизу, также удерживает свой клапан в открытом состоянии. Пока идёт заполнение аккумулятора, отверстие для слива масла в регуляторе перепада перекрыто. Это вызвано тем, что давление масла за насосом ещё мало (насос качает на пустую систему) и не в состоянии преодолеть натяжение пружины регулятора.
После заполнения аккумулятора сначала закрывается поплавковый клапан, а затем и шариковый. Последний закрывается, так как поток масла в состоянии подхватить шарик и прижать его к седлу. Давление за насосом начинает расти, мембрана регулятора перепада переставляет вверх золотник, и открывается сброс масла на слив из линии нагнетания винтовых насосов. С ростом давления масла увеличиваются протечки через зазоры торцевого уплотнения. Протекающее масло поступает в поплавковую камеру и далее через газоотделитель в маслобак.
При нормально работающих уплотнениях наполнение поплавковой камеры происходит довольно медленно (примерно 1 сутки). При отсутствии избыточного давления газа в полости нагнетателя давление уплотняющего масла достигает 12 кг/см2. Эта величина регулируется дроссельным винтом регулятора перепада (установлен на сливе). При подаче газа и по мере повышения его давления мембрана регулятора перепада смещается вниз, золотник прикрывает своё сливное отверстие, и давление масла за насосом начинает расти (и соответственно повышается давление масла в уплотнении. Этот процесс протекает автоматически). Благодаря наличию пружины в регуляторе, давление масла всегда больше давления газа на 1-3 кг/см2 (эта величина регулируется от 0,4 до 3 кг/см2).
О качестве работы уплотнения можно судить по интенсивности поступления масла в поплавковую камеру. С этой целью закрывают вентиль на линии выпуска масла в газоотделитель и наблюдают по указателю уровня, как быстро набирается масло в поплавковой камере. Работа уплотнения считается нормальной, если подъём уровня на 10 мм произойдёт за время не менее 20 минут.
