Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Дәріс
8. Газтурбиналы қондырғылы жетектер
8.1 Газ құбырларындағы газайдағыштардың жетегі ретінде
қолданылатын ГТҚ және көліктік газтурбиналы двигательдер(ГТД)
Газ құбырларындағы компрессор станцияларында ең көп тараған түрлері қарапайым және регенераторлы ашық циклды жұмыс істейтін стационарлы ГТҚ және көліктік ГТД-дер (аралық салқындату жүйесі жоқ және жылуды қайта қалпына келтірмейтін) қолданылады.
Бір компрессорлы регенераторлы ГТҚ-ғы схемасы (19-сурет, а,б) келтірілген, бірақ құрамында регенератордың болмауы да мүмкін.
Екі компрессорлы ГТҚ схемасы (19-сурет, в), жұмыс циклында жоғары сығылу дәрежесін қамтамасыз етеді және жылу регенераторсыз орындалады.
Бір білікті ГТҚ-лар 60-70 жылдардың соңынан бастап газ құбырларында қолдана бастады, кейінірек олар тәуелсіз күштік турбиналы ГТҚ-лармен ауыстырылды. Бір білікті ГТҚ конструкциясы өте қарапайым, подшипниктер мен тығыздағыштар саны аз, басқа біріктірілген ГТҚ сияқты өзгермелі режимде экономикалық жағынан үлкен потенциалды мүмкіндіктері бар.
Екі білікті ГТҚ-лардың (19-сурет, б,г) айналу жиілігіндегі жүктеме компрессордың айналу жиілігіне тікелей байланысты емес. Газайдағыш жұмысындағы қарама-қайшылықтар тасымалданатын газ қысымының өзгеруі, турбокомпрессор блогының сипаттамасына әсер етпейді
19-сурет
ГТҚ-лы жетектердің негізгі схемалары:
а) – біркомпрессорлы бірбілікті; б) - біркомпрессорлы екібілікті еркін күштік турбиналы; в) – екікомпрессорлы үшбілікті еркін турбиналы;
г) – біркомпрессорлы параллель турбиналы.
1 – компрессор; 2 – турбина; 3 – газайдағыш; 4 – жану камерасы; 5 – регенератор; 6 – компрессордың жетек турбинасы; 7 – еркін күштік турбина; 8,9 - төменгі және жоғары қысымды компрессорлар; 10,11 – жоғары және төменгі қысымды турбиналар.
Бірбілікті ГТҚ-дан, екі біліктілердің кемшіліктері: турбина конструкциясының күрделілігі және қымбаттылығы, турбина қалақшаларын дайындауға өте жоғары дәлдікті талап етеді.
Турбинасы параллель жалғасқан біркомпрессорлы схеманың (19-сурет, г)
негізгі ерекшелігі, ол күштік турбинадан өтетін жұмыстық дене шығынының аздығынан оның жүргектігі жақсарады. Турбиналары параллель жалғасқан ГТҚ-дың, екібіліктілерден айырмашылығы, олар тура двигатель түрінде орындалмайды. Олардың турбина сатыларының саны екі еселенген, двигатель компановкасы өте күрделі және қымбат. Бірақ КС-дағы газайдағыштардың жетек жағдайында, бірбілікті схемада болатын кемшіліктердің бәріде кездеседі.
Екібілікті ГТҚ-ды газқұбырларында бірінші қолданғанда регенераторлы түрлері пайдаланылды, себебі сығылу дәрежесі жоғары стационарлы осьтік компрессорлар болмады.
Кейінгі кездері сығылу дәрежесі Пк <17, бір корпусты осьтік компрессор шығарылса, 80-жылдардан бастап сығылу дәрежесі Пк=20 ... 23-ті бір каскадты осьтік компрессорлар шығарыла бастады. Мұның өзі қазіргі кездері және келешекте регенераторлы түрде және қарапайым циклда жұмыс істейтін екі білікті ГТҚ-ды кеңінен қолдануын қамтамасыз етеді.
8.2 Жетекті газтурбиналы қондырғылар конструкциясының жалпы
сұрақтары
ГТҚ-ның негізгі бөлімдері – компрессор, турбина, жану камерасы, жылу алмасу аппараттары, майлау жүйесі және реттеу құрылғылары, осының бәрі бір-бірімен тығыз байланысты және бір комплексті құрайды.
Мысал ретінде бір компрессорлы қарапайым циклды ГТҚ элементтерінің компоновкалы схемасы 20-суретте көрсетілген. Мұндай ГТҚ бір жерге орналастырады немесе машина залының еденіне орналастырылады, техникалық қызмет көрсетуге ыңғайлы болу мақсатында.
6 7
20-сурет. ГТҚ-ның рамадағы компоновкасы
1-қосымша агрегаттар блогы; 2-тірек рама; 3-кіреберістегі келтеқұбыр; 4-жану камерасы; 5-газ шығаратын келтеқұбыр; 6-осьтік компрессор; 7-турбина.
Тірек рамасын май багымен біріктіріп бір немесе екі үлкен түйін түрінде жасайды. ГТҚ-ды бұл агрегаттар алдыңғы жағына бөлек блок түрінде орналастырылған. Егер май суменен немесе антифризбен салқындатылатын болса, онда майсалқындатқыш май багының рамасына орналастырылады. Рамада қосқыш және авариялық май насостары тұрады, бұлар май жолдарын жеңілдетеді.Турботобының корпусы компрессор, жану камерасы және турбиналармен жалпы жасалған. ГТҚ еденге жайғастырылған жағдайда, ауа жоғарыдан, жанынан немесе алдыңғы осьтік бойымен келтіріледі, ал жанған газдар жоғары немесе жанынан шығарылады.
Барлық жағдайда ротордың орналасуы, подшипник төсемдері және статормен өзара жайғасуы анықталып сақталуы қажет. Бұл үшін корпустың немесе шпонканың иілмелі тірегі пайдаланылады, бір бағытта немесе ротормен ортаға келтіруде статордың жылулық деформациясына мүмкіндік береді. Артқы подшипник тірек рамада қатаң бекітіледі, жоғарыдағы ГТҚ-да ол шығарушы келтеқұбырмен біріктірілген. Май багының рамасы қырлы жүйелі немесе басқа қатаң элементтері корпус тірегі астында (подшипниктер корпусы) орналасуы статор дірілдісін азайтады.
8.3 Газ турбиналары мен осьтік компрессор роторларының конструкциясы
Осьтік компрессорлар роторының турбина роторларынан айырмашылығы сатыларының санына және ұзындығына, температура деңгейінің төмендігіне және салқындатқыштың болмауы, қалақшалардың орналасуы әрі бекітілуіне қарай әртүрлі. Осьтік компрессорлардың роторлары біртұтас (цельнокованный) құйылған, барабанды немесе барабанды-дискалы болады. Біртұтас ротордың артықшылығы металл шығынының аздығы, көп еңбекті талап етпейтіндігі және қаттылығы жеткілікті.
Бұндай ротордың кемшілігі салмағы ауыр, жұмыстық қалақшалары тангенциялды жиынтықты талап етеді, циклдың ұзақтығы және жылу инерциясының үлкендігі.
Барабанды роторлы (21-сурет, а және б) біртұтас роторларға қарағанда салмағы аз, шеңберлік жылдамдығы да біршама төмен, термиялық өңдеу нәтижесінде материялдық механикалық қасиетін жоғарылатуға да болады.
21-сурет. Осьтік компрессор барабанды және дискалы роторларының конструктивтік схемалары.
а - барабанды штифті, б - барабанды бұрандалы, в - барабанды-дискалы пісірілген, г-барабанды-дикалы штифті, д - дискалы шеттерінде керілген бұрандалары бар, е - дискалы ортасында керілген бұрандалары бар,
ж – бұрандалы, з – сұғындырылмалы дискалы.
1 – радиальды штифт; 2 – бұранда.
№9 Дәріс
9. Осьтік компрессорлардың және турбиналардың жұмыстық қалақшалары
9.1 Жұмыстық қалақшалардың бекітілу түрлері
Осьтік компрессорлардың көбінесе бірінші сатысындағы жұмыс қалақшалары статистикалық және динамикалық жүктемелерге дұшар келеді.
Жұмыстық қалақшаларды бекітудің ең көп тараған түрлері (22-суретте) осьтік (а,б,в) және тангенцияльды (г) түрлері шарнирлі түрде жоғары орналастыру (д). Ең көп жетілген түрлеріне осьтік бекіту жатады, осылай бекіткенде бұрыштық дәлдік сақталады, қалақшаның және дискінің қажетті массалары азаяды. Үлкен хордада қалақшалардың аз санын пайдалануға да болады. Прогрессивті технологияны пайдалануда (пазаларды) дискадағы саңылауларға және жұмыстық қалақша құйрықшаларын созу мүмкіншіліктері бар.
Осьтік бекітудін кемшілігіне олардың әрқайсысын бөлек бекіту қажет. Тангенциальды бекіту барабанды және біртұтас барабанды роторларда қолданылады. Бірақ хорданың ұлғаюына байланысты тангенциальды құйрықшалар ауырлай түседі. Тангенциальды бекітулердің кемшіліктері құлыптарының күрделілігі және тістерінің қадамдары бірдей келмейді (полей допуск)
Жұмысшы қалақшаларды жеке (салт) орналастырудың басты жетістіктерінің бірі, ол энергия ауытқуларын өзіне дұрыс қабылдап өткізуі. Стационарлы ГТҚ - да көбінесе азбесті тангенциальды құйрықшалы бекітумен трапециалы осьтік жалғастырулар кездеседі. Авия мотор жасауға осьтік бекітілген құйрықшалы жалғаулар қолданылады, бірақ ең көп тараған құйрықшалы а және б түрлері өте ауыр жүктелген жерлерде және д түрі бірінші сатыларда қондырылады.
22-сурет. Осьтік компрессордың жұмыс қалақшаларының а - трапеция тәрізді («қарлығаш құйрықты»); б – цилиндр тәрізді; в-осьті бекітілетін тісті; г – тангенциальды бекітілетін тісті ; д – шарнирлі (салт қондырғылы)
Газтурбиналарының жұмыс қалақшалары турбинаның бөлшектерінің ішіндегі ең көп күш түсетін бөлшектерінің бірі. Оларға ортадан тепкіш статистикалық күштерден және газды майысулардан басқа термодинамикалық және динамикалық кернеулердің біркелкісіздіктеріде әсер етеді. Егер оталдырудағы термокернеулерді іске қосу режимімен төмендетуге болса, тоқтату кезінде қалақша қырларында үлкен созылу кернеуінің болатыны сөзсіз. Сондықтан қалақша қырлары өте жұқа болмауы және оның беті өте жоғары дәрежеде таза болуы қажет. Бұл жерде жұмыстық қалақшаларды жасауда термодинамикалық талаптар және мықтылық көрсеткіштер қарама-қайшы.
Барлық ГТҚ мен ГТД - дің турбиналарының жұмыстық қалақшалары осьтік бекітілетін құйрықшалы елка тәрізді түрде болып келеді.
Жаңа конструкцияларда үш тіректі елка тәрізді құйрықшалы қисықшалар көп қолданылса, ескілерде фрезірлеп жасалған екі және көп тіректі түрлері қолданылады (23-сурет)
Елка түрдегі құйрықшалардың басқаларға қарағандағы, ең басты жетістігі үлкен ауыр күшті қабылдау, материалдарды рационалды түрде пайдалану, қалақшалардың ортадан тепкіш күш бағыттарына сәйкес өздігінен орналасуы және жеңіл ауыстырылуы.
23-сурет. Турбинаның жұмысшы қалақшаларының құйрықшалары.
а – көптіректі; б – үштіректі, в – аяқтары ұзартылған.
Кемшіліктері өте жоғары дәлдікте жасалуды талап етеді және жүктемені тарату өзгермелі температура өрісінде іске асады. Жұмысшы қалақшалар материялы үшін никель негізіндегі қоспа және кобальт қосылған құйма қоспасы қолданылады.
9.2 Компрессорлар мен турбинаның, бағыттауыш және соплолы апараттары.
Стационарлы ГТҚ конструкциясында осьтік компрессорлардың бағыттауыш қалақшалары көлденең ойықшаға бөлек бекітіледі, ал жонылған саңылауға Т тәрізді (НЗЛ, «Дженерал электрик») түрде бекітіледі. Мұндай конструкцияның артықшылығы қарапайымдылық және бағыттаушы қалақша құнының арзандығы, егер дайындама штамповка немесе дәлдеп құю арқылы алынса, ротордың цилиндр немесе конус тәрізді беттерінде, бұл конструкция өте сәйкес жайғасқан. Егер бағыттауыш қалақшаларды ауыстырғанда биіктігі үлкен немесе бірнеше қалақшаларды жөндеу технологиясын жеңілдетеді. (24-сурет, а). Салмағы аз статорлар, консольді бағыттауыш қалақшаларды талап етеді. Мұндай конструкцияны ТМЗ және басқа фирмалар қолданады.
24 – сурет. Осьтік компрессорлардың бағыттауыш апараттары
а – тангенциальды Т – тәрізді саңлауға бекітілген; б – бұрандалы құйрықшасы мен жеке бекітілген; в – Т – тәрізді саңылауға бекітілген рамалы бағыттауыш аппарат; г – бұрандамен бекітілген рамалы бағыттауыш аппарат; 1 – қатайту; 2 – қисық саңылаулы сегменті; 3 – сыртқы қатаңдау; 4 – ішкі қатаңдау; 5 – желінген қабат; 6 – бұранда.
Статор детальдарында бағыттауыш қалақша санына қарай тесіктер теседі, аралық сегменттер астына терең емес сақиналы ойық жасалады да, қалақша блоктарына қисық саңылаулар жасалады (24-сурет). Бұл конструкцияның артықшылығы – қалақша қадамы және бұрыштық қондырулары өте қатаң орындалады.
Көліктік ГТД – де пісіріліп бөлшектелінбейтін және бір – бірімен жабыстырылған көлденең ойығы бар бағыттауыш аппараттар кеңінен қолданылады. Оларды мысалы Т – тәрізді саңылауға немесе бірнеше радиалды бұрандалармен (24.г-сурет) корпусқа бекітеді.
Отандық ГТҚ – жетектерінің турбиналарының бағыттауыш қалақшаларын салқындату 70 – жылдардан қолданыла бастады (ГТК-16, ТМЗ). Ең бірінші салқындатылатын соплалы қалақша пісіріп бекітілген конструкциялы майысқыш материал болады. Алдағы уақытта кең қолданылатын түрлері құйылған (литые) салқындатылатын қалақшалар. Мұндай қалақшалардың біраз бөлігінде жұқа қабырғалы штамповкаланған деффлекторы бар, ішіне ауа жіберілетін түрлері (25,26 - сурет) кездеседі.
Деффлектор жәрдемінде қабырғасын конвективті салқындатып, ауаны шығаратын ернегінен шығарады. Қосымша салқындату үшін бағыттауыш қалақшаның кіреберіс ернегіне ағындық салқындатқыш қолданылады.
Қалақша бетінің ең жоғарғы температураға ұшырайтын жеріне, ауаны үрлейтін қорғағыш пленка қолданылады.
25-сурет. Қарқынды салқындатқыш соплолы қалақшаның қимасы
26-сурет. а- бірқалыпты салқындатқышты және б- қарқынды салқындатқышты қалақшалар.
Турбинадағы бірінші сатыда жұмыс істейтін бағыттауыш қалақшалар ауамен салқындатылады, ал соплолық қалақшаларды салқындату үшін жиналатын ауа шығыны 1,5%- нан 3,5% - ке дейін жұмсалады.
9.3 ГТҚ жану камерасының атқаратын қызметі –жанған өнімді алу мақсатында осьті компрессордан немесе регенератордан келетін ауа ағындарын толық жағу.
Жану камерасы көптеген талаптарды қанағаттандыруы тиіс – отынның толық жануын қамтамассыз ету, сенімділік және іске бір қалыпты қосу, қысымның кең диапазонында өзгеруі, отынның тұрақты жануын, ауа ағынының жылдамдығын және отын/ауа қатынасын жану процесі кезінде қысымның соғуын болдырмау, жану камерасы жолында қысымның жоғалуын азайту, камера қиындысында температура, өрісін бір қалыпты ұстау, конструкциясы арзан және моторесурсы көп.
Үлкен және орташа қуаттылықтағы стационарлы жетекті ГТҚ – ларда негізінен екі түрлі жану камерасы қолданылады – шығыңқы (выносный) және дұрыс тізілген (встроенный).
Шығынқы жану камерасы көбінесе ауаның жылуын қайта қалпын келтіретін циклды ГТҚ – ларда қолданылады.
Тізілген жану камерасы сақина тәрізді компрессор мен турбина арасында секциялы түрде жайғасқан, бұның өзі қондырғының салмағын және өлшемін (размер) азайтады, конструкцияның біріктірілуі артады және қондырғыны К.С – ға орналастыруды жеңілдетеді.
Тізілген жану камерасында ауа ағынының қозғалыс бағыты әртүрлі болуы мүмкін: компрессордағы ауа ағынының бағытын сай тура және қарама-қарсы немесе бұрыштық. Бірақ ауа қозғалыс ағынының сұлбасының айырмашылығы камерадағы қысымның жоғалуы және отынды жағудың жұмыстық процесі өзгермейді.
Жану камерасының принципиалды сұлбасы 27- суретте көрсетілген. Жану камерасының негізгі элементтеріне мыналар жатады: 1 – корпус, 2 – ыстыққа төзімді құбыр, 3-оттық құрылғы және араластырғыш, 4-жану камерасының ПӘК – деп, ауаға берілген жанған отын жылуының жалпы жылу мөлшеріне қатынасын айтады, қазіргі заманғы жану камераларының ПӘК – ті 0,97 - 0,98.
27-сурет. Жану камерасы
Ауа компрессордан немесе регенератордан кейін жану камерасына келеді де екі бағытқа бөлінеді. Ауаның аз бөлігі Gв (бірінші ағын) радиалды қондырылған құйындатқыш қалақша арқылы ыстыққа төзімді құбыр газ оттығынан келетін отынды құйындатып жануын мүмкіндік жасайды.
Құйындатқыштын мақсаты - камераға жаңадан келіп жатқан газ-ауа қоспаның жануын мүмкіншілік жасайды. Жанып тұрған факелдың температурасы 1500 ... 1600ºC жетеді. Бұдан жоғары жану температурасында улы азот тотығады, ол қоршаған орта үшін өте зиянды.
Ауаның ең көп бөлігі Gв (екінші ағын) корпус пен ыстыққа төзімді құбырдың арасынан тесік және жарықтар арқылы өтіп, оның ішкі бөлігін салқындатады. Ауа ағынының қалған бөлігі араластырғыш (4) арқылы ыстыққа төзімді құбырға (2) келеді және жанған өнімнің Tz температурасы шамасында төмендетеді. Корпус және ыстыққа төзімді құбыр қабырғасы арасында ауаның екінші рет өтуі тура сұлбада іске асуы мүмкін, бұл жағдайда ауа қозғалысының бағыты жанған өнімнің қозғалыс бағытымен бірігеді және қарама – қарсы сұлбада ол жану камерасының конструкциялық сұлбасына тәуелді.
28 – суретте осьтік компрессордан кейін радиалды ағынды сақина тәрізді жану камерасы көрсетілген.
28-сурет. Сақиналы жану камерасы
Ауа компрессордан кейін барлық жану камерасына бір қалыпты тарайды және гидравликалық қысым пайда ету үшін нақты араластырушы диафрагмалар қондырылған.
9.4 Регенераторлар және оның түрлері мен сипаттамасы
Стационарлық ГТҚ – ларда негізінен екі түрлі регенераторлар (ауажылтқыштар) қолданылады: құбырлы және қатпарланған.
Регенератордың бұл екі түрі де ауаны компрессордан кейін жану камерасына келместен бұрын алдын – ала жылыту қызметін атқарады, әрине ықшамдылығы және т.б
Өте қатал талаптарға конструкцияның саңылаусыздығы жатады, себебі регенератордың ауа жолдарынан газ шығып кетпеуі керек. Регенератор әр түрлі қалыңдықтағы элементтерден тұрады, олар әр түрлі жылдамдықта қыздырылады және суытылады. Осының салдарынан жоғары жылу кернеуін пайда етеді. Конструкцияның бұзылуына ГТҚ – ның қосып және ажырату уақыты да себебін тигізеді.
Регенератордың мінездемелік ерекшелігі – уақытқа байланысты комлексті анықталатын ағынның массалық шығынын G-Cpi оның тұрақты қысымдағы (Gb-Cpt) жылусыйымдылығының көбейтіндісінен анықталуында және жанған өнімнің қысымынан (P = 0.1 Мпа) ауа қысымы біршама артық (P= 0,5 … 1.1 Мпа ). Регенератордағы температураның ең көп төмендеуі ол регенераторға кіре берістегі жанған өнімнің температурасынан 450 ... 500ºC аспайды және регенераторға кіре берістегі ауа температурасының айырмашылығымен анықталады (160 ... 250ºC).
Көп жағдайларда ГТҚ құрылысында жанған өнім құбыр ішімен жіберіледі де ауа құбыр арасымен өтеді. Осындай регенератордың сұлбасы 29 – суретте көрсетілген. Жанған өнім өтетін құбыр диаметрі 25 мм жылуалмастырғыш құбыр дискілеріне (2) пісіріліп бекітілген және ол регенератордың жылыту бетін түзеді. Ауа құбыр аралық кеңістіктен бөлгіштер (3) арқылы көптеген қиылысқан жолдардан қарама – қарсы сұлбада өтеді (жанған өнім қозғалысына қарай). Сығылған ауа қысымын регенератор корпусы (7) қабылдайды, регенератор корпусы (6) тірек арқылы (5) рамаға бекітіледі. Құбыр бөлігіндегі және регенератор корпусындағы температуралық деформацияны компенсатор (7) түзейді
29-сурет Құбырлы регенератор.
№10 Дәріс
10. Газтурбиналы қондырғының термодинамикасы және принципиалдық схемалары.
10.1. Ашық циклды ГТҚ-дың қарапайымдылық принципиалды схемалары мен негізгі термодинамикалық сипаттамалары.
Газтурбиналы қондырғы (ГТҚ) деп – негізінен үш бөліктен тұратын қондырғыларды айтады: ауа камералары, жану камерасы және газтурбинасы. Жұмыстық дене ретінде табиғи газды немесе сұйық отындарды пайдаланады.
Турбина латынша – turbineus – вихрообразный немесе turbo – волчок дегенді білдіреді. Турбина дегеннің өзікүштік қозғалтқыш, себебі жанған отынның потенциалды энергиясын кинетикалық энергияға өзгертіп білік арқылы механикалық жұмысқа айналдырады.
Термодинамиканың заңына сәйкес жылуды жұмысқа айналдыруда екі маңызды мәселеге көңіл бөлуде: біріншіден, мәңгілік двигатель жасау мүмкін емес (невозможность создания вечного двигателя), екіншіден, жанған өнімді (жылуды) толық жұмысқа айналдыру мүмкін емес.
Жылу двигателін жасау үшін, термодинамика заңына сәйкес жылу жұмысқа айналуы үшін кемінде екі жылу көзі (двух источников тепла) қажет: [...]
Жұмысшы денеге жылу берудің жұмысшы денеде сығылу және ұлғаю процестерін ұйымдастыру тәсіліне тәуелді ГТҚ-лар ашық және жабық циклді болып бөлінеді. Ашық циклді ГТҚ-да сыртқы ауа, сығылу және ұлғаю процестерін және жылу беру жүйесін өте, сыртқы атмосфераға жіберіледі, сонан кейін оның алғашқы күйіне қайтару мүмкін емес. Мұнай және газ кәсіпшілігінде ашық циклді ГТҚ-ны қолданады, яғни олар құрылымдық, қарапайымдылық және сенімділік жағын көрсетеді. Газ кәсіпшілігінде ГАА-тар үшін, көп тараған осы айтылған ГТҚ-ның схемасы.
30-сурет. Ашық циклді ГТҚ-дың қарапайым принипиалдық схемалары: 1 – осьтік компрессор; 2 – жану камерасы; 3 – газтурбинасы; 3' – жоғары қысымды газ турбинасы; 4 – пайдалы жүктеме (газ айдағыш); 4' – төменгі қысымды газ турбинасы (ТҚТ) немесе күштік турбина(КТ).
Қарапайым схемалы ГТҚ-ның жұмыс процесінің өтуі төмендегідей болады: атмосфералық ауа, сүзгіш жүйелерінен өтіп, осьтік компрессорға 1 беріледі. Осьтік компрессордан сығылғаннан кейін ауа 0,5 ... 0,7 МПа мен 180 ... 240˚С температурамен жану камерасына 2 барады, онда ол екі ағымға бөлінеді: аздау бөлігі (20 ... 40%) берілген жанармаймен бірге тікелей жану процесіне қатысады, ал оның көптеу бөлігі (60 .. 80%), жану камерасының тұрқысымен және оның ыстық құбырының арасынан өтіп, жану камерасында қоспаменен араласып шығатын газдардың температурасын төмендетеді.
31-сурет. ГТҚ-да өтетін процестер. P - V және T - S координатшарындағы ГТҚ циклдары; Pa - Pc – сығылу процесі; Pc - Pz – жылу процесі (P=Const); Pz - Ps ұлғаю процесі; Ps - Pa – шығару процесі; 1 – осьтік компрессор; 2 – жану камерасы; 3 – газ турбинасы; 4 – пайдалы жүктеме (ГАА); В – жылу беру. Атмосфералық ауа сүзгі жүйесін өткеннен кейін Ра және Та параметрлерінде осьтік компрессорға 1 келеді. Р - V координатындағы Ра – Рс сызығы сығылу процесін көрсетеді (қайтымды адиабаталы) (31-сурет. 1-ші схема). Ра - Рс – нақтылы сығылу, компрессор алдындағы бастапқы Ра, Та дан Рс Тс параметрлеріне дейінгі аралық. Рс - Рz сызығы, изобаралық процесс (Р = const) кезінде жану камерасына берілген жылуды көрсетеді (2-ші схема, 31-сурет), оның температурасы Тz-ке дейін көтеріледі, компрессор, турбина, жану камераларындағы каналдарда гидравликалық жоғалудан кейін жұмыстық қысым біршама төмендейді (Рz < Рс)
Рz = σ¸ · Рс, (10.1)
Мұндағы σ – компрессор мен турбина арасындағы жоғалған қысымды ескеретін коэффициент. (σ = 0,95 ... 0,96).
31 суреттегі ГТҚ каналында гидравликалық жоғалу ескерілмеген.
Рz - Рs' – сызығы турбинадағы газдың ұлғаюын (эктропиялық процесс) көрсетеді, Рz - Ps – турбинадағы газдың нақты ұлғаюын Рz-тен Рs-ке дейінгі (31-сурет, III схема) аралықты көрсетеді. Турбинадан кейінгі газ қысымының жоғалуына байланысты Ps>Ра:
Ра = σ2 Рs = Рпар – ΔРф. (10.2)
Мұндағы σ2 = 0,97 ... 0,98, ГТҚ – шығатын жолдағы қысымның жоғалу коэффициенті.
ΔРф. – компрессордағы ауа сүзгісінің кедергісі;
(ΔРф = 0,6 ... 1,0 кПа).
Рпар - сыртқы ауа қысымы ΔРф = 0,6 ... 1,0 кПа.
Рs - Pа – сызығы жанған өнімнің сыртқа шыққанын көрсетеді.
10.2 Шығатын газдың жылуын регенерациялаушы ГТҚ-ның принципиалдық схемасы.
Қарапайым схемада жұмыс істейтін ГТҚ-да, жанған өнім температурасы 400-450ºС газтурбиналардан кейін түтін құбыры арқылы сыртқа атмосфераға шығарылып жіберіледі, бұл жағдайда жылу қайтып қалпына келмейді. Осыған байланысты шығып жатқан жылуды қайта қалпына келтіру мақсатында, жылудың бір бөлігін жану камерасына дейінгі ауаны қыздыруға қолданса, отын шығыны азаяды және ПӘК өседі [1,2].
Пайдаланылған газдардың жылуын регенерациялаушы ашық циклды ГТҚ-ның принципиалдық схемасы 32-суретте және шығарылған газды регенерациялаудың принциптік схемасы 33а,б-суретте көрсетілген.
Регенератор нәтижесін бағалау, жылуалмастырғыштар сияқты оның регенерациялау дәрежесінен φ бағаланады, ол регенератордағы температураның (Тφ - Тс) нақты өсуі, мүмкіндік температурадағы қатынасына тең.
φ = (Тφ - Тс) (Тs - Тс) (10.3).
Мұндағы Тφ – регенератордан шыққан ауа температурасы, К (жану камерасына кіреберіс)
Тс – регенераторға кіреберістегі ауа температурасы, К (осьтік компрессордан кейін)
Тs – регенераторға кіреберістегі жанған өнім температурасы, К (газтурбинадан кейін).
32-сурет 33-сурет
32-сурет. Пайдаланылған газдардың жылуын регенерациялаушы ашық циклды ГТҚ-ның принципиалдық схемасы.
1. Осьтік компрессор; 2. Регенератор; 3. Жану камерасы; 4. Газтурбинасы; 5. Пайдалы жүктеме; 6. Отын беру жолы.
33-сурет. Шығарылған газды ГТҚ циклында регенеративті пайдаланудың принципиалды схемасы.
Регенератордағы ауамен алынған жылу мөлшері, 10.3 теңдеуді ескерген жағдайда
Q = GCpmb(Tφ-Tc) = GCpm φ(Ts-Tc), (10.4)
Қарама-қарсы бағытта схемадағы регенератор мен жанған өнімді ауаға берудегі жылу мөлшері нәтижесінде анықталады.
Q = Rf (Ts-Tφ), (10.5)
Мұндағы К – регенерациядағы жылу беріліс коэфиценті, F – регенератор бетінің ауданы. Екі соңғы теңдеуді салыстыра отырып, (10.3) қатынасты ескерсек, онда F/G = (φ(Cpmb(Тs – Тс) 1 К (Тs - Tφ) = (φ Cpmb(Тs – Тс)/(К(Тs – Tφ + Тs – Тс) = Cpmb/К· φ/(1 - φ) (10.6).
Регенераторлы қондырғының ПӘК тәуелділігі сығылу қысымының ПК регенераторлау дәрежесіне φ қатынасы 34-суретте көрсетілген.
34-сурет. Шығарылған газдардың жылуын қайта қалпына келтіретін регенераторлы ГТҚ-ның ПӘК-тері: 1. φ = 0,5; 2. φ = 0,7; 3. φ = 0,9; 4. φ = 1; ηік=0,85; ηіt=0,87
34-суреттен регенерациялаудың дәрежесі өскен сайын қондырғының ПӘК-де өсіп жатқанын, ал қысымнынң сығылуы ПК аз мәніне қарай ығысады.
10.3 ГТҚ-да сығымдау кезінде жылуды аралық алып кету және ұлғаю кезінде алып келу схемалары.
Меншікті қуаттылығы, Ne өте үлкен, сенімділігі жоғары, конструкциясы мен жұмысы қарапайым, жұмыс схемалары (35-сурет) өте кеңінен қолданылады. Жылу техникасының теориясын пайдалана отырып коэффициентін, қондырғының меншікті қуаттылығын Ne, жұмыстық дененің меншікті шығынын азайтуға болады.
Осындай ГТҚ-дың принципиалдық жұмыс схемалары 35-суретте, VI схемасында және Т-S координатында 36-суретте көрсетілген. Сырттан сорылған ауа Ра қысымда және Та температурада сүзгі жүйесінен өтіп, осьтік төменгі қысымды компрессорға (ОҚК) келеді, бұл жерге ауа Рс қысымға және Тс температураға дейін сығылады. ТҚК-дан кейін ауа аралық мұздатқышқа 5 келеді, оның температурасы Та дейін төмендеп, кейін ауа жоғары қысымды компрессорда ТҚК екінші рет сығылады (Рс-Тс дейін). Аралық салқындатқышта 5 ауа насоспен берілген сумен салқындатылады. Осы аралықта мұздатқышта шығатын жердегі ауа температурасы ЖҚК-ға кіре берістегі температурадан 25-30°С жоғары, ТҚК-дан кейін ауа регенераторға 4 келеді, бұл жерде Тφ температурасына дейін қыздырылады, кейін жану камерасына 2 (ЖҚ) келеді, бұнда жанған өнім температурасы Тz жетеді, газ қысымы Рz-тен Рс-ке дейін ұлғаяды, температурасы Тс екінші жану камерасына (ТҚЖК) келеді, сол жерде отынның жануынан оның температурасы Тz-тен Рz-ке дейін жетеді. Жанған өнім төменгі қысым турбинасында ұлғаяды, кейін регенераторды өтіп, сыртқа шығып кетеді.
35-сурет. Ашық циклді ГТҚ-ның принципиалдық схемалары:
1. Компрессор; 2. Жану камерасы; 3. Газ турбинасы; 4. Регенератор; 5. Аралық мұздатқыш; 6. Электрогенератор немесе газ айдағыш; В-жанармай беру, Vk-компрессорлар саны; Vт-турбиналар саны.
36-сурет. ГТҚ циклі, сығымдауда жылуды аралық алып кету, регенератормен ұлғаю кезінде жылуды аралық алып келу және регенерациялау.
Екінші жану камерасында қосымша от жанғанда (газ ағымының бағытында), ЖҚТ-дан кейін жанған өнімде артық ауа мөлшері көбейеді және оттегінің құрамы 80%-ке дейін жетеді.
ГТҚ схемасында қарастырылып отырған циклді және диаграммадағы (36-сурет) Та, Тс', Та', Тс", Тz, Тs', Тz' және Тs" жұмыстың дене температураларын сипаттайды, ТҚК және ЖҚКz қайтымды адиабатты сығылуын Та-Тс' және Та-Тс" сызықтары және ЖҚТ және ТҚТ-ғы адиабатты ұлғаю Тz-Тs' және Тz-Тs"сызықтарын сипаттайды.
Келтірілген схемадағы ГТҚ ПӘК жалпы жағдайда төмендегі теңдеумен анықталады:
ηi = (h’iT + h’’iT) – (h’i k + h’’i k) / q1 + q2 (10.6)
Пайдалы жұмыс коэффициенті, v
v = 1 - (h’i k + h’’i k) / (h’iT + h’’iT) (10.7)
Мұндағы (h’iT + h’’iT ) – ЖҚТ және ТҚТ – меншікті ұлғаю жұмыстары;
(h’i k + h’’i k ) – ЖҚК және ТҚК – меншікті сығылу жұмыстары;
q1 + q2 – жану камерасына келтірілген меншікті жылу мәндерінің қосындысы.
№ 11 Дәріс
11. Магистральды газөткізгіш құбырларының режимдері және жұмыс көрсекіштері.
11.1. Компрессорлы станциялардағы энергожетектердің түрлері
Газқұбырларындағы компрессор станцияларының энергожетектері ретінде негізінен газмотокомпрессорлар (ГМК), газбен жұмыс жасайтын іштен жанатын қозғалтқыш (ІЖҚ), поршеньді компрессорлар және электрқозғалтқыштар (ЭҚ) мен газтурбиналы ортадан тепкіш газайдағыштар қолданылады.
Газ турбиналы жетекті КС-дың энергожетегінің негізгі түрі және қуаты бойынша (%) төмендегінше бөлінеді. Стационарлы ГТҚ-70%, авиациялық ГТҚ түрі-24%, судолық ГТҚ-6%, КС-дағы жетектінің түрі негізінде газ құбырының өткізу қабілеттілігімен анықталады.
Өткізу қабілеттілігі көп емес газ құбырлары үшін (Q<20...30 млн. м3/тәулік) газомотокомпрессорлар қолдану тиімді, өткізу қабілеттілігі (Q>20...30 млн. м3/тәулік) газқұбырлары үшін айрықша тиімділігі ОТА-тар ГТҚ-лы немесе электрқозғалтқышты жетектілі.
Баяу қозғалысты айналу жиілігі 300...350 айн/мин газомотокомпрессорлардың жоғары п.ә.к.-ке ие (30...38%), бұл кезде үлкен сығылу дәрежені алуға мүмкіндік болады. ГМК-ның кемшіліктеріне аз агрегаттық қуаты мен газ берілісі, конструкциясының күрделілігі, үлкен металсыйымдылығы, аз салыстырмалы мотоқорлылығы (45...50 мың сағ. дейін), аз пайдаланушылық жөндеу аралығының мерзімі 5...8 мың сағат. ГМК-ны келешектік тиімді қолданатын жерлері КС-дағы газды жерастына сақтауда және төменгі температуралы операцияларды жүргізуде пайдалану.
Электржетектілі ГАА-дың негізгі артықшылықтарына кіретіндер: үлкен мотоқор (150 мың сағат), автоматизация және басқару қарапайымдылығы, экологиялық қауіпсіздігі, күтуші персоналдар санының қысқаруы ГМК-лы КС-лармен салыстырғанда (20 ... 30%) дейін, және күтуші персоналдардың еңбектік жағдайының жақсаруы.
Электржетектілі ГАА-ның кемшілігіне жататындар: КС-лы ауданда салыстырмалы арзан электрэнергияның керектілігі, тұрақсыз жұмыс режиміне нашарлық икемділігі электрқозғалтқыштың тұрақтылық айналу жиілігінің әсерінің себебінен. Электрэнергияның КС-дан алыс болуынан электр берілетін жүйені құруға мәжбүр етеді, ал оның өзі үлкен капиталдық шығындарды қажет етеді. Осының бәрі, электрэнергияны оңай және арзан пайдалануға мүмкіншіліктердің аз болуына байланысты, электржетектілі ГАА-ды кеңінен пайдалануға кедергі болып тұр.
КС-дың газ құбырларында кеңінен тараған стационарлық ГТҚ-лар (жылуды регенерациялаушы және регенерацияламаушы) – 70%, авиациялық - 24% және судолық - 6%.
ГТҚ-лар ГМК-мен салыстырғанда көбірек қарапайым құрылымға ие, бір агрегатта көп қуатты (агрегаттық қуаты үлкен) пайдалануға болады, құрылымы қарапайым, толық теңдесілген автоматизацияға жақсы беріледі, қуаттық бірлікте меншікті салмағы аз және салыстырмалы габариттік өлшемділіктері үлкен емес.
ГТҚ-ның негізгі кемшіліктеріне жататындар – экономикалық төменгі (п.ә.к.-ті 26 ... 30%) және КС-дың өзгермелі жұмыс режимдерінің ГТҚ-ның п.ә.к.-не көбірек әсері. Бірақ ГТҚ-лар, сол ГАА-ның айдайтын табиғи газымен жұмыс жасайды.
Магистралды газ құбырларының КС-лары үшін әртүрлі қуаттылықтағы (кВт) жетектілі ГАА-тар қолданылады: 4000, 6000, 10000, 12000, 16000, 25000. Бірліктік ГАА-дың қуаты алдында көрсетілген көрсеткіштермен мынадай байланысты: Диаметрлері газқұбырлары үшін, Кс-дан шығатын газдың жұмыстық қысымы -да қуаты 6...10 мың кВт агрегаттар қолданылады; , - 6...10 мың кВт агрегаттар; , - 16...25 мың кВт агрегаттар қолданылады. Әдетте қазіргі газ құбырларын жобалағанда және пайдаланғанда КС бойынша қысымдардың сығылу дәрежесі шамасында қабылданады.
11.2. Магистралдық газқұбырларының жұмыс режимдері және компрессорлық станциялардың энергожетектері
Қазіргі газқұбырларының жұмыс режимдері газды біркелкі емес берілісімен сипатталады. Газқұбырларының өткізу қабілеттілігінің ауытқуын бір тәуліктің ішінде (газды күндіз және түнде пайдалану), бір аптаның аралығында (газды жұмыс және демалыс күндері пайдалану) және жылдық ішінде (газды қыста және жазда пайдалану) қарастыруға болады. КС арқылы айдайтын газ мөлшерін жеке ОТА-ды қосумен немесе айырумен, сондай-ақ газтурбиналы қозғалтқыштың күштілік турбинасының айналу жиілігін өзгерту арқылы реттеуге болады. Бірақ, газқұбырының өткізушілік қабілеттілігін жеке КС-ды айыру арқылы реттеу іс жүзінде тәжірибеленбейді, себебі газды сығылуға жұмсалатын энергия шығынының көбеюінен, осындай реттеу схемасы қолданылады.
Бір жылдағы газқұбырының өткізу қабілеттілігінің сипаттамасының өзгеруі 37-суретте көрсетілген, бұл суреттен газқұбырының өткізу қабілеттілігі бір жылдың ішінде бірінші жуықтаумен косинусоидалы теңдеуімен сипатталатынын көреміз.
Графикті талдау кезінде, жылдық мерзімде ГАА-тың өнімділігі қалыпты жүктелмеген және жүктемелік бойынша қуаттың тербелісінің болуын көреміз. Газқұбырының өткізу қабілеттілігінің аналитикалық мәндерін пайдалану КС-ның энергожетекшісінің қуатының қобалжуын бағалауға мүмкіндік береді және газқұбырларындағы энергожетектерінің орта жүктемелігін анықтауға, яғни КС-дағы энергожетектелудің өзіне тән жұмысын анықтауға жағдай жасайды.
37-сурет. Бір жылдың ішіндегі газқұбырының өткізу қабілеттілігінің сипаттамасының өзгеруі.
Газқұбырларының орта тәуліктік өткізу қабілеттілігінің өзгеру сипаттамасы мына теңдеумен анықталады:
, (11.1)
мұнда
- газқұбырының орташа апталық өткізу қабілеттілігі, Q – газқұбырының бір жыл ішіндегі ай бойынша орташа тәуліктік өткізу қабілеттілігі (млн.м/тәул.); Т-бір жылдағы өзгеру кезеңі (Т=12 ай=365 күн); t – жылдың күнтізбелік басынан қарастырылғанның ең соңғы кезеңіне дейінгі апталық уақыт; t- газқұбырының өнімділігінің максимум моментіне жеткен кездегі уақыт; Q - газқұбырының өнімділігінің өзгеру амплитудасы()
Газқұбырының өткізу қабілеттілігі тербелісінің салыстырмалы амплитудасы немесе энергожетектеушінің (ГТҚ) жүктемесінің (жұмыс режимі) өзгеру сипаттамасы мына қатынаспен анықталады.
(11.2)
Газ кен орындарындағы өнімділіктің таусылуының нәтижесінде, жаңа газ кен орындарының пайда болуында және көне газ пайдаланушы орындарды айырудың себебінен газқұбырларын пайдалану кезде, олардың жұмыс режимдерінің өзгеруі мүмкін.
Бұл жағдайда газқұбырының өткізу қабілеттілігінің (11.1) өзгеруін мынадай түрде жазуға болады:
(11.3)
мұнда - қарастырып отырған кезендегі (жыл) КС арқылы газ берілісінің жоғарылауы немесе төмендеуі.
(11.1) теңдеуі талдау мынаны көрсетеді, газқұбырының ең көп және ең аз салыстырмалы апталық өткізу қабілеттілігінің мына қатынастарымен анықталады:
(11.4)
(11.5)
Келтірілген қатыныстар КС-дағы энергожетектер жұмысының ерекшелігін сипаттайды, сонымен бірге энергожетектеушілер өзгермелі жұмыс режимін есептелуі керек екендігін көрсетеді (не тікелей жеке агрегаттың қуатын реттеу, не тікелей КС-дағы жұмыс жасайтын агрегаттардың санын өзгерту арқылы).
11.3. КС-дың бастылы және тізбектілі технологиялық схемалары
Магистральді газ құбырларында КС-лар екі түрге бөлінеді: бастылы компрессорлы станция (БСК) және тізбектілі компрессорлы станциялар (ТКС). Бастылы КС-ды тікелей газ кен орындарына жақын орнатады, тізбектілі КС-ды газ құбырлары трассасының бойына 100...150 км бір-бірінен өзара қашықтықта орнатады.
Алғашқы кезеңде кен орындарын игергенде қайсы кезде қабаттық қысым әлі үлкен болғанда, БКС-ды іс жүзінде газды сығымдауға пайдаланбайды. БКС-ды негізінде газ кен орындарына жақын орналастыру тек қабаттық қысым төмендегенде болады, магистралдық құбырдағы сығылатын газдың қысымын керекті деңгейде ұстау үшін сатылы сығымдаушы (компрессорлық цехтар) бастылы КС-ның технологиялық схемасы 38-суретте көрсетілген.
38-сурет. Үш компрессорлық цехтылы КЦ-1, КЦ-2, КЦ-3 бастылы КС-ның технологиялық схемасы: 1 – газ кен орны, 2 – газды аралық салқындату жүйелері; 3- БКС-дан шығардағы газды салқындату жүйесі (ауамен салқындату аппараттарымен).
БКС-да сығылу процесін тізбектілі этапты ретінде қарауға болады. Бірінші этапты қысым тізбектілі КС-ға кіреберістегі қысымға теңестіріледі (сығымдаушы КС-ның жұмыс режимі), ал екінші этап – магистральді газқұбырының есептелінетін қысымына теңестіріледі (тізбектілі КС-ның жұмыс режимі). БСК-да газды айыру, кептіру, тазалау, салқындату, айдау, өлшеу, тасымалдау операциялары жүргізіледі.
Тізбекті типтегі КС-ды газқұбырлары трасса бойына орналастырады, бұл жағдайда таңғыштық тізбектілі типтегі ГАА-мен бірге жобалауға мүмкіндік береді.
КС технологиялық схемалары, КС бойынша сығылу қысымының жоғарылау дәрежесіне, өткізгіштік мүмкіншілігіне, жабдық түрлеріне тізбекті және параллель қосылған бір топ жұмыс агрегаттарына тәуелді, сонымен қатар мыналар жатады: қабылдау, реттеу, газды қабылдау кезінде өлшеу және тазалау, салқындату, теңестірулер.
11.4. Айдағыштардың және газқұбырларының біріккен жұмыс режимдері
Айдағыштардың және газқұбырларының біріккен жұмыс істеу режимдерінің сипаттамаларын әдетте КС-дан кейінгі тұрақты қысымда қарастырады, КС-ға кіреберістегі қысым Ркірке және айдағыштың өнімділігі Q (млн. м3/тәул.) координатында (39-сурет) көрсетілген.
Айдағыштар және газқұбырларының бірлескен жұмыс режимі, тек олардың бірлескен сипаттамаларының қиылысқан нүктелерінде іске асады. Айдағыштардың жұмыс режимінің көп өзгеруі, ол агрегаттарды қосып немесе ажырату арқылы айналу жиілігін өзгертуінен болады. Айдағыштардың білігінің айналу жиілігінің өзгеру диапозоны номиналдық айналымның 70-105 %-ін құрайды.
Газқұбырындағы КС-ның жарым-жартылай жұмыс режимін, КС-ға кіреберістегі газды дроссельдеу арқылы іске асыруға болады, бірақ бұл жұмыс режимі тиімді емес, сондықтан отын газының шығыны КС бойынша 15-20% дейін өседі.
Айдағыштарда өте тиімді реттеу ол тізбекті және параллель жалғау және КС-ды универсальді түрде біріктіру болып есептеледі.
39-сурет. Бір (1) және екі (2) тізбектеліп қосылған айдағыштардың және газқұбырларының учаскесінің (3) біріккен сипаттамалары, компрессордан шығатын қысым тұрақты (Рвых. КС=idem).
а – екі тізбектілі жұмыс жасайтын айдағыштардың номиналдық жұмыс режимі; b – бір айдағышты айырғандағы жұмыс режимі.
Толық арынды айдағыштарды параллельді қосқанда ең қолайлы схема үш жұмысшы айдағыштан және бір резервтік агрегаттан «жіптілі газқұбырға жұмыс жасайтын (40-сурет) ГАА-тар қолданылады. Бұл кезде қалған агрегаттарда жұмысшы нүкте • айдағыштың п.ә.к-нің мәнінің төмендейтін аумағына ауысады.
40-сурет. Бір (1), екі (2), үш (3) параллельді қосылған айдағыштардың және газқұбырының учаскесінің (4) біріккен сипаттамалары КС-дан шығатын қысым тұрақтыда (Рвых. КС=idem) және айдағыштың салыстырмалы тұрақты айналу жиілігінде nайн, номиналдық режимдегі нүкте.
11.5. Ортадан тепкіш табиғи газ айдағыш және оның сипаттамалары
Табиғи газдарды айдағыштар (нагнетатель) деп – сығылу дәрежесінің қатынасы (ε) 1.2-ден үлкен және сығу процесінде табиғи газды салқындатуға арналған құрылғысы жоқ қалақты компрессорлы машиналарды айтады. Қазіргі кездері газды құбырлы тасымалдау үшін газды осьтік беретін (газайдағыштар 280 типтегі) және газды тангенцалды беретін ортадан тепкіш газайдағыш (Н-300, 301, 323, 370, 520, т.б.) агрегаттар қолданылады. Газайдағыштардың негізгі параметрлері болып массалық G (кг/мин), көлемдік Q, (м3/мин) және коммерциялық QК, м3/мин келтеқұбырға кірердегі күй параметрлері бойынша анықталады, нормальдық шарттарға келтірілген t=20°C, P=0,1 МПа.
Компрессорда сығылу дәреже εК= Pшығ/Pктр=1,25...1,5.
1 кг жанармай (газ) толық жануы үшін қажет ауаның артық еселігі (α) былай анықталады: α=lнақ/LТ
lнақ=10...15,3 м3/м3 табиғи газ үшін, LТ=14...16,5 кг/кг жанармай үшін. Компрессорлық станцияларда көбінесе ГТҚ-дан немесе электрқозғалтқышынан жетек алатын газайдағыштар бір немесе екі сатылы болып келеді.
Ортадан тепкіш газайдағыш агрегаттардың (ОТГА) ерекшеліктерін қарастырғанда екі елеулі сатыларын айыруға болады: аралық және соңғылық; 41а,б-сурет.
41-сурет. ОТА-сатыларының (баспалдақтарының) схемасы: а)-аралық; б)-соңғы; 1-жұмыс доңғалағы; 2-диффузор; 3-қайтымды бағыттаушы аппарат; 4-жинақтаушы (айдаушы) камера.
Аралық сатылы (баспалдақты) (41,а-сурет) деп – жұмыс доңғалағынан 1, диффузордан 2 және қайтымды бағыттаушы аппараттардан 3 тұратын құрылғыларды айтады, ал соңғылық саты (41,б-сурет) деп – жұмыс доңғалағынан 1, диффузордан 2 және айдағыш (жинақтаушы) камерадан 4 немесе ұлудан тұратын құрылғыларды айтады.
Айдауыш камера 4 мен диффузорды 2 жиі шығатын құрылғы дейді. Айдағыштың кез келген сатысы (баспалдағы) кіреберістегі осьпен немесе сорушы камерамен бірге орындалуы мүмкін.
Енгізуші құрылғының мақсаты – жұмысшы доңғалаққа ең төмен гидравликалық кедергілермен газдың кіруін қамтамассыздандыру және жылдамдықтың бағыты бойынша газды бірқалыпты беру. Ағынның одан әрі кетуі айдағыштың п.ә.к. төмендетеді және оның жұмыстық сипатын жұмыс режимінің тұрақсыз аймағына жақындатады.
Жұмыстың доңғалақ ГА-тың конструкциясындағы ең маңызды элементі, мұнда ГТҚ-ның механикалық энергиясы табиғи газдың ағындық энергиясына айналады. Доңғалақ дискіден тұратын қақпақшалардан әзірленеді, дискіге тойтармалар немесе пісіру арқылы жұмыстық доңғалақ бекітіледі.
Диффузор – мұнда газ ағынының кинетикалық энергиясы жұмыстық доңғалақтан кейін потенциалдық энергияға айналады. Сонымен қатар диффузор бір мезгілде жылдамдықтың бағыты мен шамасы бойынша ағынның біркелкілігін қамтамасыздандырады.
Қайтымды бағыттаушы аппараттары екі және көп сатылы айдағыштарда қолданылады және олар өткен сатыдан шыққан газ ағынын келесі сатының кіреберісінде бірқалыпты болу үшін де қолданылады.
№ 12 Дәріс
12. Газқұбырларындағы газтурбиналы қондырғылардың сипаттамалары
12.1. ГТҚ-ны іске қосу
ГТҚ-ның іске қосу жүйесіне оталдыру құрылғысы, жағу (оттық) жүйесі, отын беруге арналған қоректендіру жүйесі, іске қосуды автоматты түрде басқару және реттеу жүелері жатады.
Агрегатты іске қосу үшін, бірінші рет майлау жүйесінің насосын және гидравликалық тығыздауыш насосты іске қосудан басталады.
Осыдан кейін ротордың инерциялық тыныштығын жеңу және подшипниктерде май сыналарын болдыру үшін төменгі қысымды (ТҚТ) және жоғары қысымды турбина (ЖҚТ) біліктерін бұру құрылғысын іске қосады.
Газқұбырларындағы газайдағыштарды іске қосу үшін жетек ретінде ГТҚ-лап автономды түрдегі қондырғы болып есептеледі және бұл жерде ГТҚ-ды іске қосуға көбінесе турбодетандерлер (42-сурет) қолданылады. Турбодетандер – ұлғайтқыш турбина, КС-сына кіреберістегі тасымалданатын газ қысымының ағынын және оны атмосфераға шығарып жіберуші. Турбодетандердің ең негізгі кемшілігі де осы, пайдаланған газдар сыртқа шығарылады және ол қоршаған ортаны ластайды. Турбодетандердің номинал қуаттылығы ГТҚ-ның тиімді қуаттылығының 2-4% құрайды, іске қосқыш газ қысымы 1-1,5 МПа аралығында. Бір рет от алдыруға кететін газ шығыны 600...1000 м3.
Турбодетандер 1 (42-сурет) екі тәжілі жұмысшы дөңгелектен, кейде ортаға қарай бағыттайтын турбина түрінде жасалады. ТД деп – осьтік компрессор ротырына, ажыратып қосқыш муфта 3 арқылы қажетті бұраушы моментті газгенераторының білігіне жеткізеді. Қазіргі заманғы ГТҚ ажыратқыш қосқыш 3 құрылғылармен жабдықталған, олардың бірінші шығарылған ГТҚ-дан айырмашылығы ГТҚ ротырларының толық тоқтауын күтпей-ақ, екінші рет қосуға мүмкіншілік бар.
42-сурет. Іске қосқыш құрылғысының схемасы. 1-қосқыш двигатель; 2-редуктор; 3-ажыратқыш –қосқыш муфта; 4-газгенераторының білігі.
ГТҚ-ды іске қосу үшін, турбодетандерден басқа поршенді ГЖҚ-ры ауалы турбостартерлер және электрқозғалтқыштарыда қолданылады.
12.2 ГТҚ-ны іске қосудағы помпаж.
ГТҚ оталдыру мен аз жүктемедегі жұмыс істеу аралығында, осьтік компрессордан сығымдалған қысым шамасы өте төмен болуы мүмкін, себебі турбина бар ауа шығынын өзі арқылы жібере алмайды, сондықтан компрессорды помпажға әкеп соқтырады. Ауа шығынының күрт төмендеуі және кезекші газоттығындағы жанған өнім температурасының көтерілуі, ГТҚ оталдыру сызығын компрессордың помпаж сызығына жақындатады (43-сурет). ГТҚ от алу сызығы компрессордың помпаж (43-сурет) сызығына жақындаған сайын , ауа шығыны күрт төмендеп, кезекші оттықтағы жанған өнімнің температурасы көтеріледі. Температураның онан әрі көтерілуі жұмысшы оттықтар (горелкалар) іске қосқанда байқалады.
Турбодетандер және білікті бұру құрылғысының жұмысы а-аймағына сәйкес келеді, бос жүріс айналымына жеткенде b-сызығында кезекші оттық іске қосылады, жұмыстық оттықтар с аймағынан да іске қосылады, жанармайдың жану камерасына берілу дозасы көбейіп, А жұмыстық нүктеден шыққанша жалғасады.
43-сурет. ГТҚ -ны жұмысқа қосу схемасы.
ГТҚ-ды от алдырғанда помпаж аймағын болдырмау үшін, компрессордан сығымдалған ауаның бір бөлігін помпаж клапаны арқылы сыртқа шығарылады, бұл осьтік компрессордың пайдалану қуатын және ГТҚ нормальді іске қосылуын төмендетеді. Помпаж клапаны ашылып ауа сыртқа шығарылғанда жұмыс сызығы оңға қарай, ал клапан жабылғанда солға қарай, яғни компрессордың помпаж сызығына қарай ығысады.
12.3. ГТҚ іске қосу және тоқтату реттері
ГТҚ қозғалтқышын іске қосу реттері:
ГТҚ-ны тоқтату:
Агрегаттық авариялық тоқтатылуы автоматты түрде сақтау жүйесі қосылғанда іске асады.
Сақтандыру қондырғысына мыналар жатады:
12.4. Газтурбиналы қондырғылардың ауа сүзгілері
Ауа қабылдағыш құрылғының атқаратын қызметі – ол сырттан келетін ауаны әр түрлі механикалық қоспалардан осьтік компрессорға дейін тазалау. Климат жағдайларына байланысты әртүрлі аймақтардағы ауа құрамындағы механикалық қоспалар (құм, шаң). 0,005...0,7 г/м3 аралығында болады. Құмның көтерілу маусымдарында ауадағы құм концентрациясы табиғи түрде көбейеді. Техникалық талаптарға сай ГТҚ пайдаланудағы нормасы газқұбырларындағы ауаның шаңдылығы ГОСТ 21129-82 стандарт бойынша 0,3 мг/м3 аспауы қажет. Осьтік компрессорға келетін ауадағы құмның көбеюі қалақшалардың эррозиялық желінуіне, компрессордың кіреберісін ластайды, осының нәтижесінде п.ә.к. және қуаттылық төмендейді.
Еліміздің шаң-тозаңды аудандарында, ауадағы ірі қоспаларды тазалау үшін ГТҚ-дың кіреберістеріне инерциялы сеператорлар орналастырады. Мұндай сеператорлардың жұмыс принциптері ауа ағынының бағытын күрт өзгерту болып есептеледі. Бұл жағдайда ауадағы ірі қоспалар инерциялық күштердің әсерінен бөлініп қалады. Ал ауадан қалған майда қоспаларды айырып алу үшін майда сүзгілер қолданылады. Ауаны майда қоспалардан тазалайтын сүзгілер екі топқа бөлінеді: құрғақ және ылғалды.
Ауа ағыны рулонды құрғақ талшықты сүзгілерден өтіп шаң-тозаңдардан тазаланады. Рулондағы сүзгі материалды уақыттың өтуімен қағып немесе үрлетіп тазалап тұрады.
Майлы сүзгілер құрғақ сүзгілерге қарағанда өте тиімді, және олардың айырмашылығы – сеткалы панел май құйылған резервуардағы майға жанасып өту арқылы тазаланады.
Сүзгілеуіш сетка тәрізді панел, өзі шексіз айналыстағы торлы лента (44-сурет) ауа жолына орналастырылады, төменгі жолы резервуардағы маймен жуылады, шөккен құм – шалаңдар кейін тазаланады. Пайдаланылған майлы сүзгілерді өте мұқият алып салу қажет, себебі компрессор қалақшаларына немесе каналдарына лас майлар тамса, онда сол жерлерге шаң-тозаңдар көп жиналуы мүмкін.
Сондықтан өздігінен тазартылатын ауа сүзгілері жұмыс істегенде олардың тазалығын, майды сыртқа осьтік компрессорға жібермеуді, гидравликалық кедергінің өсуін 100-150 МПа-дан асырмауды қадағалап отыру қажет.
44-сурет. Май ыдыстағы ауа сүзгісінің принципиальды схемасы: 1-барабан; 2-айналыстағы төр; 3-май ыдысы.