Турбокомпрессорный агрегат
Полезная модель относится к области холодильной компрессорной техники, в частности, к установкам низкотемпературной конденсации, с последующей сепарацией углеводородного газа, для его осушки перед его транспортом в трубопроводы, и дальнейшей переработкой продуктов конденсации на газоперерабатывающих заводах и других нефтехимических производствах. Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции без снижения эффективности работы. В турбокомпрессорном агрегате, предназначенном для работы в составе пропановой холодильной установки, включающем отделенные друг от друга защитной перегородкой метановый газотурбинный двигатель и пропановый центробежный компрессор, соответственно выходной и приводной валы которых через отверстие в защитной перегородке кинематически связаны посредством передаточного механизма, передаточный механизм выполнен в виде муфты с внутренним, способным к вращению, соединительным элементом, связанным с выходным и приводным валами, и внешним опорным элементом, неподвижно установленным в защитной перегородке, а газотурбинный двигатель и центробежный компрессор выполнены так, что 10000<nк=nд<16000. 1 н.п. ф-лы, 3 ил.
Полезная модель относится к области холодильной компрессорной техники, в частности, к установкам низкотемпературной конденсации, с последующей сепарацией углеводородного газа, для его осушки перед его транспортом в трубопроводы, и дальнейшей переработкой продуктов конденсации на газоперерабатывающих заводах и других нефтехимических производствах.
Из уровня техники известен аналог - блочно-комплектный компрессорный агрегат на базе двух винтовых компрессоров фирмы «Йорк» с приводом от электродвигателя, предназначенный для использования в установках подготовки газа деэтанизации на газоперерабатывающих заводах и других нефтехимических производствах (Материалы XXV Всероссийского межотраслевого совещания «Проблемы утилизации попутного нефтяного газа и оптимальные направления его использования. Энергоэффективность», А.Н. Белошапка и др. «Подготовка газа на установке осушки Славянской УППГ», ОАО «НИПИгазпереработка», Краснодар, 2012, с.35).
Аналог имеет существенный недостаток, а именно, в условиях газодобычи в отдаленных регионах, как правило, отсутствует доступ к недорогой сетевой электроэнергии, а использование автономных электрогенераторов промышленной мощности существенно усложняет конструкцию и удорожает как инвестиционную, так и эксплуатационную составляющие.
Наиболее близким к заявленному - прототипом - является турбокомпрессорный агрегат, предназначенный для работы в составе пропановой холодильной установки, включающий отделенные друг от друга защитной перегородкой метановый газотурбинный двигатель и пропановый центробежный компрессор, соответственно выходной и приводной валы которых через отверстие в защитной перегородке кинематически связаны посредством передаточного механизма - мультипликатора (http://www.mitk-http://kazan.ru/about/publikacii/2013.06%20Utilizacziya%20PNG.pdf).
Турбокомпрессорный агрегат, выполненный в виде законченных блоков полной заводской готовности, испытанных на предприятии-производителе, что позволяет исключить дополнительные нестыковки в процессе монтажа и пуско-наладки. Упомянутая защитная перегородка между метановым газотурбинным двигателем и пропановым центробежным компрессором с определенной степенью герметичности разделяет их рабочие пространства для предупреждения взрывоопасной ситуации и обеспечения пожарной безопасности, обусловленных наличием метана и пропана в качестве рабочего тела соответственно двигателя и компрессора.
Работа установки происходит следующим образом: из испарительной системы пары рабочего агента проходят отделитель жидкости и всасываются первой ступенью компрессора. В компрессоре пары рабочего агента сжимаются до промежуточного давления, смешиваются с паром, идущим из промсосуда, и всасываются во вторую ступень компрессора. Во второй ступени пропан сжимается до давления конденсации и направляется в конденсаторы, где, отдавая тепло в окружающую среду, конденсируется и сливается в линейные ресиверы. Жидкий агент из ресивера поступает в трубное пространство промежуточного сосуда, где охлаждается за счет кипения части жидкости, подающейся в межтрубное пространство. Охлажденный пропан подается в испарители, где дросселируется и кипит, отбирая тепло у охлаждаемого продукта.
К недостаткам известной конструкции следует отнести наличие мультипликатора, существенно усложняющего конструкцию и удорожающего как инвестиционную, так и эксплуатационную составляющие.
Задачей полезной модели является снижение инвестиционных и эксплуатационных затрат.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции без снижения эффективности работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в турбокомпрессорном агрегате, предназначенном для работы в составе пропановой холодильной установки, включающем отделенные друг от друга защитной перегородкой метановый газотурбинный двигатель и пропановый центробежный компрессор, соответственно выходной и приводной валы которых через отверстие в защитной перегородке кинематически связаны посредством передаточного механизма, передаточный механизм выполнен в виде муфты с внутренним, способным к вращению, соединительным элементом, связанным с выходным и приводным валами, и внешним опорным элементом, неподвижно установленным в защитной перегородке, а газотурбинный двигатель и центробежный компрессор выполнены так, что 10000<nк=nд <16000, где nк - номинальная частота вращения приводного вала компрессора, nд - номинальная частота вращения выходного вала двигателя.
Полезная модель поясняется иллюстрациями, где:
на Фиг. 1 представлен общий вид турбокомпрессорного агрегата;
на Фиг. 2 - вид сверху Фиг. 1;
на Фиг. 3 представлена рекомендуемая конструкция муфты.
Согласно представленной схеме (Фиг. 1) турбокомпрессорный агрегат включает следующие элементы:
1 - блок электроснабжения;
2 - система воздухозаборная;
3 - блок шумоглушения;
4 - защитная перегородка;
5 - блок очистки воздуха;
6 - блок аппарата воздушного охлаждения;
7 - блок вентиляции;
8 - двигатель;
9 - блок-контейнер двигателя;
10 - диффузор выхлопа;
11 - блок шумоглушения выхлопа;
12 - труба выхлопная;
13 - блок переходника;
14 - опора трубы выхлопной;
15 - площадки обслуживания;
16 - приводной вал компрессора;
17 - муфта;
18 - блок-контейнер компрессора;
19 - блок подготовки топливного газа;
20 - рама блока-контейнера двигателя;
21 - рама блока промежуточного;
22 - блок промежуточный;
23 - люк блок-контейнера компрессора;
24 - блок промывки газовоздушного тракта двигателя;
25 - рама для выкатки двигателя;
26 - блок систем автоматизации и обеспечения;
27 - компрессор;
28 - внешний опорный элемент муфты;
29, 30 - внутренние подвижные молумуфты;
31 - выходной вал двигателя;
32 - ферромагнитная масса;
33 - катушка электромагнита.
Указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого результата.
Так, турбокомпрессорный агрегат, предназначенный для работы в составе пропановой холодильной установки, включает отделенные друг от друга защитной перегородкой 4 метановый газотурбинный двигатель 8 и пропановый центробежный компрессор 27. Защитная перегородка 4 (на Фиг. 1 это одна из стенок блока-контейнера 18 компрессора) служит для разделения зон метана и пропана исходя из требований взрыво и пожаробезопасности.
В защитной перегородке 4 установлена муфта 17 (Фиг. 3). Муфта 17 состоит из следующих основных частей: внешнего опорного элемента - неподвижного корпуса 28, и внутреннего способного к вращению соединительного элемента в виде двух внутренних полумуфт 29 и 30, соединенных соответственно с выходным валом 31 двигателя 8 и приводным валом 16 компрессора 27. Полумуфты свободно вращаются внутри неподвижного корпуса 28. Пространство между полумуфтами 29 и 30 заполнено ферромагнитной массой 32 в жидком или порошкообразном виде (смесь из мелкодисперсных частиц карбонильного железа и наполнителя в виде талька или графита). Катушка 33 электромагнита располагается в одной из полумуфт или в корпусе. Если электромагнит не включен (при нулевой напряженности магнитного поля), то вязкость ферромагнитной массы 32 небольшая и полумуфты механически не связаны. При подаче сигнала управления на катушку 33 электромагнита и прохождении магнитного потока через рабочие зазоры ферромагнитные частицы намагничиваются и располагаются вдоль силовых линий. Вязкость ферромагнитной массы увеличивается, механически связывая полу муфты. При увеличении интенсивности магнитного поля растут вязкость массы 32 и величина передаваемого момента. Корпус 28 муфты жестко крепится в отверстии защитной перегородки 4. Жидкостные муфты работают плавнее, чем порошковые, но требуют более совершенных уплотнений.
Газотурбинный двигатель 8 и центробежный компрессор 27 выполнены так, что 10000<nк=n д<16000, где nк - номинальная частота вращения приводного вала компрессора, nд - номинальная частота вращения выходного вала двигателя. Данное соотношение получено, исходя из следующего.
Для метановых газотурбинных двигателей характерен диапазон эффективных частот вращения от 5000 об/мин до 250000 об/мин. Для пропановых центробежных компрессоров диапазон эффективных частот вращения составляет от 8000 об/мин до 20000 об/мин. Таким образом приемлемый как для двигателя, так и для компрессора диапазон составляет от 8000 об/мин до 20000 об/мин. Но в процессе эксплуатации компрессорного агрегата в составе пропановой холодильной установки требуется обеспечение, как правило, 25%-ой регулировки в ту или иную сторону, с учетом чего и получается диапазон от 10000 об/мин до 16000 об/мин. Этот диапазон позволяет исключить из конструкции компрессорного агрегата сложный и дорогостоящий мультипликатор (редуктор), как это есть в прототипе, а применить сравнительно недорогую и простую муфту 17.
Компрессорный агрегат работает аналогично прототипу, а именно.
Компрессор центробежного типа двухсекционный. Секции компрессора работают последовательно, каждая из которых состоит из двух ступеней. В качестве базового привода для компрессорного агрегата используется газотурбинный двигатель, например, ГТУ-2,5 производства АО «Рыбинские моторы», выходной вал которого через муфту 17 соединен с приводным валом компрессора.
Турбина имеет следующие характеристики:
КПД-27+0,5%;
Топливная система:
Род топлива - природный газ (попутный нефтяной газ по согласованию);
Давление топливного газа на входе в ГТУ - 16+2 кг/см2;
Температура топливного газа на входе в ГТУ - 20-40°C;
Тонкость фильтрации - 40 мкм;
Расход топливного газа:
на номинальном режиме - 660 кг/час;
при максимальной мощности - 810 кг/час;
При использовании воздушного стартера расход газа - 3,7 нм 3/с; При запуске электростартером потребляемая мощность посторонних источников энергии - 220 кВт (переменный ток 380 В, 50 Гц); Потребляемая мощность ГТУ при работе - 15 кВт.
Работа установки происходит следующим образом: из испарительной системы пары рабочего агента проходят отделитель жидкости и засасываются первой ступенью компрессора. В компрессоре пары рабочего агента сжимаются до промежуточного давления, смешиваются с паром, идущим из промсосуда, и засасываются во вторую секцию компрессора. Во второй секции пропан сжимается до давления конденсации и проходит в конденсаторы, где, отдавая тепло в окружающую среду, конденсируется и сливается в линейные ресиверы. Жидкий агент из ресивера проходит в трубное пространство промежуточного сосуда, где охлаждается за счет кипения части жидкости, подающейся в межтрубное пространство. Охлажденный пропан подается в испарители, где дросселируется и кипит, отбирая тепло у охлаждаемого продукта.
С учетом изложенного можно сделать вывод о том, что поставленная задача полезной модели - снижение инвестиционных и эксплуатационных затрат - решена, и заявленный технический результат - упрощение конструкции без снижения эффективности работы - достигнут, а заявленный объект соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Турбокомпрессорный агрегат, предназначенный для работы в составе пропановой холодильной установки, включающий отделенные друг от друга защитной перегородкой метановый газотурбинный двигатель и пропановый центробежный компрессор, соответственно выходной и приводной валы которых через отверстие в защитной перегородке кинематически связаны посредством передаточного механизма, отличающийся тем, что передаточный механизм выполнен в виде муфты с внутренним, способным к вращению, соединительным элементом, связанным с выходным и приводным валами, и внешним опорным элементом, неподвижно установленным в защитной перегородке, а газотурбинный двигатель и центробежный компрессор выполнены так, что
10000<nк=n д<16000,
где: nк - номинальная частота вращения приводного вала компрессора,
nд - номинальная частота вращения выходного вала двигателя.
