Передвижная компрессорная станция

Заявляемая полезная модель относится к компрессорной технике, направлена на повышение технических данных и расширение эксплуатационных возможностей передвижных компрессорных станций, применяемых в нефтяной, газовой и других отраслях промышленности. Передвижная компрессорная станция (ПКС), включает размещенные в кузове двигатель и приводимый им в действие компрессор, влагоотделитель, устройство охлаждения сжатого воздуха (СВ), содержащее холодильник и устройство его обдува охлаждающим воздухом. Сущность технического решения заключается в том, что в качестве двигателя используют газотурбинный двигатель (ГТД) 1, имеющий компрессор 2, выходное устройство 3 и выходной вал 4, соединенный с валом 6 многоступенчатого поршневого компрессора (ПК) 7. ПКС снабжена заборником 13 СВ, установленным за компрессором 2 ГТД 1, распределителем 14 СВ, регулятором 15 расхода и перепуска воздуха и системой 16 осушки и нагрева СВ, содержащей последовательно соединенные трубопроводами турбину 17 турбохолодильника 18, влагоотделитель 19, нагнетатель 20 турбохолодильника 18, теплообменник 21, нагреватель 22 и трубопровод 24 выхода сухого горячего СВ, при этом заборник 13 СВ соединен трубопроводами через теплообменник 21, холодильник 10, регулятор 15 расхода и перепуска воздуха, влагоотделитель 8 с входом распределителя 14 СВ, который имеет три выхода: первый выход соединен с трубопроводом 25 выхода СВ низкого давления, второй выход соединен трубопроводом входом ПК 7, выход которого соединен с трубопроводом 26 выхода СВ высокого давления, третий выход соединен трубопроводом с входом в турбину 17 турбохолодильника 18 системы 16 осушки и нагрева СВ.

Устройство обдува холодильника охлаждающим воздухом выполнено в виде эжектора 11, который установлен над холодильником 10 и имеет соединенный газовым каналом 23 с выходным устройством 3 ГТД 1 горизонтально расположенный газоход 27, с отходящими от него в обе стороны боковыми газоходами 28. Техническим результатом является увеличение производительности ПКС, уменьшение времени наполнения СВ участка газопровода до давления опрессовки, расширение эксплуатационных возможностей ПКС применением ее для отогрева и осушки входных коллекторов газоперекачивающих станций и участков газопроводов, уменьшение массы и габаритов ПКС, увеличение мобильности ПКС, уменьшение времени подготовки ПКС к работе в условиях низких температур.

Полезная модель относится к компрессорной технике, направлена на повышение технических данных и расширение эксплуатационных возможностей передвижных компрессорных станций, применяемых в нефтяной, газовой и других отраслях промышленности.

В настоящее время при производстве работ на объектах нефтяной и газовой промышленности по освоению, испытанию, ремонту скважин, очистке, продувке и пневмоопрессовке трубопроводов используется взрывобезопасная газовая смесь (ГС) с содержанием кислорода не более 10%, сжатая до давления 25 МПа (250 кг/см²) и сжатый воздух (СВ) давлением 10 МПа и более. Для обеспечения таких работ в России и странах СНГ применяют отечественные и зарубежные передвижные компрессорные станции, но, в основном, российского производства: воздушную ПКС-16/101 [1] и ее азотную модификацию ПКСА-9/200 [2], серийно выпускаемую ОАО «Уральский компрессорный завод», а также воздушную СД-18/101 и азотную СДА-20/251 производства ОАО «Краснодарский компрессорный завод». Из зарубежных аналогов можно привести станции австрийской фирмы «LMF»: азотный вариант LMF 47/20-250 D производительностью 47 м³ /мин по воздуху, 20 м³/мин по газовой смеси при конечном давлении до 25 МПа и воздушный вариант LMF 67-150 [3] производительностью 67 м³/мин при конечном давлении до 15 МПа.

Основными недостатками существующих передвижных компрессорных станций (ИКС), применяемых при перечисленных видах работ, являются низкая производительность, выражающаяся в значительном времени наполнения участка газо- или нефтепровода воздухом до давления опрессовки, а также большая масса и габариты. Масса станции ПКС-16/101

на четырехосном автошасси «Урал» достигает 20 тонн, станции СДА-20/251 - 33 тонн, а станций LMF - 42...55 тонн, габариты которых близки к предельным для транспортного средства.

Ввиду отсутствия в настоящее время отечественного поршневого компрессора (ПК) с приемлемыми массовыми и габаритными данными производительностью более 20 м³ /мин по условиям всасывания (производительность ПК по условиям всасывания - объем газа выходящего из компрессора в единицу времени, имеющего давление и температуру этого газа на входе в компрессор) и невозможности разместить на таких станциях один ПК большой производительности на ПКС-9/200 и ПКС-16/101 устанавливают два ПК с приводом от двигателя шасси и дополнительного двигателя, а на станциях LMF и СДА-20/251 устанавливают комбинированную компрессорную установку, включающую высокопроизводительный, малогабаритный винтовой и дожимающий многоступенчатый ПК с приводом от одного или двух двигателей, что позволило поднять производительность, но значительно увеличило массу и габариты станций.

Таким образом, рост массогабаритных параметров компрессоров, приводного двигателя и станции является препятствием для дальнейшего увеличения производительности традиционным способом - увеличением размеров компрессоров и для его преодоления требуются новые технические решения.

В качестве ближайшего аналога, принятого за прототип выбрана мобильная компрессорная установка австрийской фирмы «LMF» LMF 67-150 [3], включающая размещенные в кузове двигатель и приводимый им в действие компрессор, состоящий из винтового и двухступенчатого поршневого компрессора, влагоотделитель, устройство охлаждения СВ,

включающее холодильник и устройство его обдува охлаждающим воздухом в виде вентиляторов с гидроприводом.

Недостатком является низкая производительность, большая масса и габариты установки.

Задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является увеличение производительности и расширение эксплуатационных возможностей передвижной компрессорной станции при приемлемых массовых и габаритных параметрах для транспортировки к месту эксплуатации и работы.

Поставленная задача решается следующим образом.

В передвижной компрессорной станции (ПКС), включающей, размещенные в кузове двигатель и приводимый им в действие компрессор, влагоотделитель, устройство охлаждения сжатого воздуха (СВ), содержащее холодильник и устройство его обдува охлаждающим воздухом, согласно полезной модели, в качестве двигателя используют газотурбинный двигатель (ГТД), имеющий компрессор, выходное устройство и выходной вал, соединенный с валом компрессора передвижной компрессорной станции, а ПКС снабжена заборником СВ, установленным за компрессором ГТД, распределителем СВ, регулятором расхода и перепуска воздуха и системой осушки и нагрева СВ, содержащей последовательно соединенные трубопроводами турбину турбохолодильника, влагоотделитель, нагнетатель турбохолодильника, теплообменник, нагреватель, и трубопровод выхода сухого горячего СВ, при этом заборник СВ соединен трубопроводами через теплообменник, холодильник, регулятор расхода и перепуска воздуха, влагоотделитель с входом распределителя СВ, который имеет три выхода: первый выход соединен с трубопроводом выхода СВ низкого давления, второй выход соединен трубопроводом с входом компрессора, выход которого соединен с трубопроводом выхода СВ высокого давления, третий выход соединен

трубопроводом с входом в турбину турбохолодильника системы осушки и нагрева СВ; устройство обдува холодильника охлаждающим воздухом выполнено в виде эжектора.

Устройство охлаждения сжатого воздуха размещено в верхней части кузова.

Эжектор, установлен над холодильником и имеет соединенный газовым каналом с выходным устройством ГТД горизонтально расположенный газоход, с отходящими от него в обе стороны боковыми газоходами.

Над боковыми газоходами в шахматном порядке с ними и параллельно им установлены дефлекторы.

Каждый боковой газоход в верхней части по всей длине имеет щелевое сопло или ряд отверстий.

В качестве компрессора ПКС используют, по меньшей мере, один многоступенчатый поршневой компрессор (ПК), вал которого соединен с выходным валом ГТД с помощью устройства сцепления.

Устройство сцепления выполнено разъемным.

Устройство сцепления выполнено с возможностью передачи скорости вращения выходного вала ГТД в передаточном отношении равном отношению скорости вращения выходного вала ГТД к скорости вращения вала ПК.

При равенстве скоростей вращения вала ГТД и вала компрессора устройство сцепления может быть выполнено с возможностью передачи скорости вращения выходного вала ГТД в передаточном отношении 1:1.

В устройстве охлаждения СВ предусмотрены вертикальные створки, установленные над эжектором, по его периметру. Нагреватель системы осушки и нагрева СВ установлен в газовом канале.

Вход компрессора ГТД соединен с атмосферой через воздушный фильтр.

На трубопроводах выхода СВ низкого давления, СВ высокого давления, сухого горячего СВ установлены обратные клапаны.

Газотурбинный двигатель (ГТД) является легким, малогабаритным, высокопроизводительным источником СВ и приводом поршневого компрессора (ПК), дожимающего воздух до необходимого давления, в зависимости от которого предусматривается необходимое число ступеней сжатия.

Основу ГТД составляет газогенератор, производящий газовый поток с высокой внутренней энергией (потенциальной энергией давления и температуры). В газогенератор ГТД входят осевой, центробежный или комбинированный осецентробежный компрессор, камера сгорания и газовая турбина. Вращающиеся части компрессора и турбины, соединенные валами образуют роторы ГТД, число которых в настоящее время достигает трех: низкого, среднего и высокого давления, имеющих только газодинамическую связь. Давление воздуха за компрессором ГТД достигает 2...3 МПа и более.

Применяемые в основном в авиации ГТД [4,6]с энергетической стороны и точки зрения использования в ПКС делятся на следующие типы. В ГТД первого типа основная часть энергии газового потока, выходящего из газогенератора преобразуется в реактивном сопле в кинетическую для получения силы тяги. К первому типу относятся турбореактивные двигатели (ТРД). Во втором типе - основная часть внутренней энергии газового потока выходящего из газогенератора преобразуется в дополнительных ступенях газовой турбины в механическую, которая передается на выходной вал. Ротор дополнительных ступеней турбины соединяют с ротором газогенератора и далее через редуктор с выходным валом или ротор дополнительных ступеней

турбины, не связывают с ротором газогенератора, а непосредственно соединяют с выходным валом (такую турбину называют свободной). Ко второму типу ГТД относятся турбовинтовые двигатели (ТВД), выходной вал которых соединяют с воздушным винтом, турбовальные двигатели (ТВаД) для привода редукторов несущих винтов вертолетов, а также наземные стационарные и транспортные (как правило, созданные по схеме ТВаД на базе авиационных ГТД). Третий тип - в которых от газогенератора отбирается энергия в виде отбираемого за их компрессором СВ. К ним относятся вспомогательные силовые установки (ВСУ) и газотурбинные установки бортовые энергетические летательных аппаратов, в которых отбирается и механическая мощность.

В зависимости от типа ГТД поступающие из турбин в выходные устройства газы обладают высокой кинетической и внутренней энергией: скорость на выходе из турбины 150...200 м/с, температура от 400°С (ТВД, ТВаД, ВСУ - у двигателей с полным расширением газа в многоступенчатых турбинах) до 700°С при давлении до 3·10 ⁵ Па (ТРД), измеряемой например у ТВД сотнями кВт и у ТРД десятками тысяч кВт.

ГТД трансформируются из одного типа в другой с сохранением общего энергетического баланса двигателя. ТРД - это газогенератор с реактивным соплом. Например, если в ТРД энергию газового потока (давление и температура), оставшуюся за его турбиной преобразовать не в кинетическую в сопле, а в механическую установкой нескольких ступеней турбины с отдельным выходным валом, то получится ТВаД. Если на ТРД установить дополнительные ступени турбины и соединить их с ротором, а избыточную мощность передавать на выходной вал и, например, на воздушный винт через редуктор, то получится одновальный ТВД, в которых редуктор, как правило встроенный и понижающий скорость вращения выходного вала до величины приемлемой для привода, например, ПК. И наоборот, если в ТВД убрать, по

меньшей мере, одну ступень турбины, то полученную энергию газового потока можно использовать, например, для создания реактивной тяги. Такие методы переделок ГТД широко применяют в практике двигателестроения, и могут быть использованы для доработки существующих ГТД под установку на ПКС.

Расход воздуха через ГТД измеряется десятками и сотнями кубометров в секунду при давлении за компрессором до 2 МПа и более. Существующие ГТД позволяют без превышения допустимой температуры газа перед турбиной отбирать из-за их компрессора десятки и сотни м ³/мин СВ низкого давления, что составляет около 5% от общего расхода воздуха через двигатель при одновременном отборе максимальной механической мощности с выходного вала, составляющей тысячи кВт. Специально созданные или доработанные ГТД для работы на ПКС, подобные авиационным газотурбинным В СУ или установкам бортовым энергетическим (УБЭ) на базе авиационных ГТД (ВСУ для запуска основных ГТД с помощью СВ и подачи СВ в систему кондиционирования или УБЭ для обеспечения бортового оборудования самолетов СВ и электроэнергией, например АИ-24УБЭ, созданный на базе широко применяемого в авиации ТВД АИ-24) способны выдерживать максимальный отбор воздуха до 40% без отбора механической мощности или одновременный отбор 25...35% воздуха и механической мощности, достаточной для привода компрессора, дожимающего этот воздух до необходимого давления.

При отборе за компрессором ГТД воздуха происходит падение давления в камере сгорания и расхода газа через турбину, что приводит к уменьшению мощности турбины, которая становится меньше мощности, потребляемой компрессором ГТД, и скорость вращения ротора ГТД снижается. Топливная автоматика, настроенная на поддержание постоянной скорости вращения ротора увеличивает подачу топлива в камеру сгорания и, тем самым,

температуру газа перед турбиной до тех пор, пока мощность турбины не станет равной мощности компрессора ГТД и скорость вращения ротора не восстановится. Интенсивный рост температуры газа перед турбиной (в ГТД обычно замеряется температура газа за турбиной, которая изменяется пропорционально температуре перед турбиной, которую легче и достовернее измерить из-за более равномерного температурного поля по сечению газового потока), ограниченная максимально допустимым значением препятствует отбору большего количества воздуха за компрессором ГТД, чем 3...5% от входящего в двигатель.

Доработка ГТД заключается в устранении падения давления воздуха при его отборе за компрессором. Это достигается уменьшением проходного сечения для газового потока между сопловыми и рабочими лопатками турбины, обычно, поворотом только сопловых лопаток при работе ГТД в период отбора воздуха или проще, установкой новых сопловых аппаратов и лопаток ротора (или только сопловых) с проходным сечением, обеспечивающим требуемый отбор воздуха и мощности с вала ГТД.

ГТД, особенно авиационные, обладают большой мощностью при малом весе и размерах, что дает возможность создавать на их основе высокопроизводительные ПКС. Рационально использовать ГТД, отработавшие свой ресурс на самолетах, отремонтированные и переоборудованные для работы на таких станциях. Для обеспечения бесперебойной работы ГТД на ПКС в течение десятков и сотен часов и ресурса, измеряемого десятками тысяч часов необходимы несколько меньшие обороты и температура газа перед турбиной по сравнению с крейсерским режимом этого ГТД на самолете. Это достигается большим запасом располагаемой мощности ГТД по отношению к потребляемой мощности компрессора и мощности затрачиваемой на сжатие и нагрев отбираемого воздуха в ГТД.

Применение ГТД, имеющих больший, чем поршневой дизель удельный расход топлива выгодно в тех случаях, когда производительность компрессорной станции имеет первостепенное значение, чем расход топлива. Расчеты показывают, что относительный расход топлива станцией с ГТД первых поколений (расход топлива на один кубометр сжимаемого газа) незначительно превышает такой же показатель традиционной станции с дизельным двигателем, а на режимах подачи СВ низкого давления более чем в два раза экономичнее. Применение современных ГТД, имеющих высокую степень сжатия компрессора (20 и более) и высокую температуру газа перед турбиной позволяет создать ПКС экономичнее дизельной, намного уменьшить размеры и массу компрессора и станции в целом. Применение в качестве топлива природного газа широко применяется в ГТД на различного рода наземных установках.

Из перечисленных выше типов компрессоров их применение в высокопроизводительной ПКС необходимо рассматривать, сравнивая, прежде всего, удельные параметры - удельные массу и габариты (отношение массы и габаритного объема компрессора к его производительности по условиям всасывания при стандартных атмосферных условиях) и диапазоны их рабочих давлений.

ПК имеет наибольшую удельные массу и габариты при всасывании из атмосферы в связи с большими размерами его первых ступеней. Указанные удельные параметры многоступенчатого ПК выгодно снижаются при давлении всасывания более 1 мПа и конечном давлении более 10 мПа при оптимальной степени повышения давления в каждой ступени около трех единиц.

В газопроводе, особенно в зимний период и в районах крайнего севера накапливается водяной конденсат, который, превращаясь в иней и лед, нарушает его нормальную работу. Применение ГТД позволяет использовать

ПКС для выполнения работ по отогреву и осушке газопровода интенсивным продувом через него сухого горячего воздуха.

На фиг.1 представлена схема передвижной компрессорной станции.

На фиг.2 представлена схема эжектора устройства охлаждения воздуха.

На фиг.3.представлен разрез А-А на фиг.2

Передвижная компрессорная станция (ПКС), включает размещенные в кузове газотурбинный двигатель 1, имеющий компрессор 2, выходное устройство 3 и выходной вал 4, соединенный через устройство сцепления 5 с валом 6 компрессора 7 ПКС. В качестве газотурбинного двигателя используют турбовинтовой двигатель (ТВД) или турбовальный двигатель (ТВаД), как доработанные для увеличения отбора воздуха, так и не подвергаемые доработке.

ПКС также включает влагоотделитель 8, устройство 9 охлаждения сжатого воздуха (СВ), содержащее холодильник 10 и устройство его обдува 11 охлаждающим воздухом. Вход компрессора 2 ГТД 1 соединен с атмосферой через воздушный фильтр 12. ПКС снабжена заборником 13 СВ, установленным за компрессором 2 ГТД 1, распределителем 14 СВ, регулятором 15 расхода и перепуска воздуха, системой 16 осушки и нагрева СВ, содержащей последовательно соединенные трубопроводами турбину 17 турбохолодильника 18, влагоотделитель 19, нагнетатель 20 турбохолодильника 18, теплообменник 21, нагреватель 22. Нагреватель 22 установлен в газовом канале 23, соединяющим выходное устройство 3 ГТД 1 с устройством 9 охлаждения СВ. Выход нагревателя 22 соединен с трубопроводом 24 выхода сухого горячего СВ. Заборник 13 СВ последовательно соединен трубопроводами с теплообменником 21, холодильником 10, регулятором 15 расхода и перепуска воздуха, влагоотделителем 8 и входом распределителя 14 СВ, который имеет три выхода: первый выход соединен с трубопроводом 25

выхода СВ низкого давления, второй выход соединен трубопроводом с входом компрессора 7 ПКС, выход которого соединен с трубопроводом 26 выхода СВ высокого давления, третий выход соединен трубопроводом с входом в турбину 17 турбохолодильника 18 системы 16 осушки и нагрева СВ. Устройство 9 охлаждения СВ размещено в верхней части кузова, при этом устройство обдува 11 холодильника 10 охлаждающим воздухом выполнено в виде эжектора 11, установленного над холодильником 10. Эжектор 11 имеет горизонтально расположенный газоход 27, соединенный газовым каналом 23 с выходным устройством 3 ГТД 1. От газохода 27 в обе стороны отходят боковые газоходы 28 (фиг.2, фиг.3), имеющие эллипсовидную или другую обтекаемую по направлению воздушного потока форму поперечного сечения, которые в верхней части по всей длине имеют щелевое сопло 29. Сопло бокового газохода 28 может быть выполнено в виде ряда отверстий. Над боковыми газоходами 28 параллельно им установлены дефлекторы 30 по форме поперечного сечения подобные боковым газоходам 28. При этом дефлекторы 30 и боковые газоходы 28 расположены в шахматном порядке таким образом, что промежутки между дефлекторами 30 находятся над щелевыми соплами 29.

В устройстве 9 охлаждения СВ предусмотрены, по меньшей мере, четыре вертикальные створки 31, установленные над эжектором, по его периметру для увеличения эффективности работы эжектора 11. В качестве компрессора 7 ПКС используют, по меньшей мере, один многоступенчатый поршневой компрессор (ПК).

Устройство сцепления 5 выполнено с возможностью передачи скорости вращения выходного вала 4 ГТД 1 в передаточном отношении равном отношению скорости вращения выходного вала 4 ГТД 1 к скорости вращения вала 6 ПК 7.

При равенстве скоростей вращения вала 4ГТД 1 и вала 6 ПК 7 устройство сцепления 5 выполнено с возможностью передавать скорость вращения выходного вала ГТД в отношении 1:1

Устройство сцепления 5 выполнено разъемным.

На трубопроводах 24, 25, 26 выхода сухого горячего СВ, СВ низкого давления и СВ высокого давления, установлены обратные клапаны соответственно 32, 33, 34.

Межступенчатые и конечные холодильники и влагоотделители компрессора 1 на фиг.1 не показаны.

Передвижная компрессорная станция работает следующим образом.

ГТД 1 приводит в действие компрессор 7 с помощью разъемного устройства сцепления 5, соединяющего выходной вал 4 ГТД 1 и вал 6 ПК 7.

Воздух из атмосферы через воздушный фильтр 12 поступает в компрессор 2 ГТД 1. Часть сжатого в компрессоре 2 ГТД 1 воздуха отбирается заборником 13 и подается по трубопроводу в теплообменник 21, далее в холодильник 10, регулятор 15 расхода и перепуска воздуха во влагоотделитель 8, в котором задерживается сконденсировавшаяся при охлаждении СВ влага. Охлажденный и очищенный от капельной влаги воздух подается на вход в распределитель 14 СВ, при переключении которого СВ подается через один из трех его выходов. Из первого выхода распределителя 14 СВ поступает в трубопровод 25 выхода СВ низкого давления (например, при продувке газопровода или на первом этапе его наполнения для опрессовки). Через второй выход распределителя 14 СВ поступает в ПК 7, который обеспечивает дальнейшее повышение давления в трубопроводе 26 выхода СВ высокого давления, который соединен с указанным выше газопроводом. Третий выход распределителя 14 направляет СВ в систему 16 осушки и нагрева СВ: в турбину турбохолодильника 17, на вращение которой он расходует свою внутреннюю энергию и при этом охлаждается до

температуры -30...-70°С, затем поступает во влагоотделитель 19, в котором влага осаждается в виде инея. Для обеспечения непрерывной работы станции может быть установлено два влагоотделителя 19 (на фигуре 1 для упрощения схемы показан один влагоотделитель 19), которые работают поочередно: в одном осаждается влага, второй продувается горячими газами от ГТД 1. Далее воздух сжимается и нагревается в нагнетателе 20 турбохолодильника 18, подогревается в теплообменнике 21 СВ, отбираемым заборником 13 СВ из-за компрессора 2 ГТД 1, а также в нагревателе 22 выходящими из ГТД 1 газами и подается через трубопровод 24 выхода сухого горячего СВ в отогреваемый и осушаемый газопровод. Обратные клапаны 32, 33 34, установленные на трубопроводах 24, 25, 26 предотвращают обратное поступление СВ в ПКС при остановке ГТД 1 и (или) компрессора 7. Выходы 24, 25, 26 могут быть объединены одним трубопроводом (на схеме не показан), соединенным с трубопроводом потребителя СВ.

Поступающие в выходное устройство 3 газы из ГТД 1 подаются по газовому каналу 23 в газоход 27 и в боковые газоходы 28. Выходя вверх со скоростью около 100 м/с через щелевые сопла 29 боковых газоходов 28 газы 35 увлекают (эжектируют) воздух 36 в промежутках между дефлекторами 30 и окружающий станцию воздух через открытые боковые створки кузова (на схеме не показаны) и холодильник 10. Работе эжектора 11 способствует естественное движение вверх горячих газов 35 и подогретого воздуха 36 в вертикальном канале 37, образованном установленными по периметру эжектора 11 створками 31. По окончании работы станции створки 31 закрывают. Эжектор 11 одновременно выполняет функции глушителя, охладителя и искрогасителя газов ГТД 1, а также вентилирует станцию.

В качестве регулятора 15 расхода и перепуска воздуха, используют идентичный по конструкции и применяемый в системах отбора СВ от ВСУ [5] и УБЭ, обеспечивающий устойчивую работу ГТД 1 на рабочем режиме,

поддерживая постоянными давление и расход отбираемого воздуха, что исключает срыв потока с рабочих лопаток и возникновение помпажа при уменьшении осевой скорости воздуха в проточной части компрессора 2 ГТД 1 из-за резкого падения количества отбираемого воздуха при переключении распределителя 14 СВ, случайном перекрытии трубопроводов 24, 25, остановке ПК 7. Помпаж приводит к нарушению нормальной работы газотурбинного двигателя, превышению допустимой температуры газа перед турбиной, перегреву, разрушению лопаток турбины и деталей камеры сгорания. В период запуска ГТД 1 и при уменьшении количества отбираемого за компрессором 2 ГТД 1 воздуха по вышеуказанным причинам регулятор 15 перепускает избыточное количество воздуха в атмосферу.

Наполнение газопровода производят в два этапа Увеличение производительности станции на первом этапе при небольшом давлении в трубопроводе 25 обеспечивается работой ГТД 1 без включения компрессора 7, при разъединенном устройстве сцепления 5.

На первом этапе через распределитель 14 СВ и трубопровод 25 подается максимальное количество охлажденного и очищенного от капельной влаги СВ из-за компрессора 2 ГТД 1, которое он отдает без отбора механической мощности с выходного вала и без превышения допустимой температуры газа в ГТД 1. На втором этапе при подъеме давления в трубопроводе 26, подключенному к наполняемому участку газопровода, примерно до давления равного половине давления СВ за компрессором ГТД 1 перед заборником 13, с помощью распределителя 14 переключают подачу СВ от ГТД 1 к ПК 7 и одновременно включают его соединением выходного вала 4 ГТД 1 и вала 6 ПК7 устройством сцепления 5, что обеспечивает дальнейшее повышение давления в наполняемом газопроводе. После сжатия в каждой ступени ПК 7 воздух охлаждается и очищается в межступенчатых холодильниках и водомаслоотделителях, которые на схеме не показаны.

Для обслуживания станции в зимних условиях кузов с учетом предельных габаритов транспортного средства позволяет сделать доступ персонала ко всем агрегатам при закрытых боковых створках. Пульт контроля и управления станцией размещают в месте, защищающем оператора от неблагоприятных погодных условий и воздействий от работающей станции. Выносной пульт размещается в кабине автошасси или отдельной кабине для дистанционного контроля и управления станцией.

Аэромобильный вариант станции выполняется в виде автономного модуля с конструкцией кузова из легких материалов и панелей, который может транспортироваться различными видами транспорта и устанавливаться на автомобильном шасси.

Заявляемая передвижная компрессорная станция имеет следующие преимущества:

1. Увеличение производительности при одновременном снижении массы и габаритов за счет применения ГТД, от которого можно отбирать значительно большее количество воздуха (сотни м ³/мин) чем обеспечивает винтовой компрессор в прототипе (67 м³/мин) при значительно меньшей массе и габаритах ГТД (около 1000 кг, 1×1×3 м), являющегося и приводом и источником СВ по сравнению с суммарной массой и общими габаритами приводного дизеля и винтового компрессора в прототипе (около 3000 кг, 1,2×1,5×3 м).

Увеличение производительности дополнительно на 20...30% отбором от ГТД большего количества воздуха, что возможно при его работе без отбора механической мощности на привод ПК при сохранении общего энергетического баланса ГТД отключением ПК устройством сцепления при подаче воздуха с давлением не превышающем половины давления за компрессором ГТД перед заборником СВ. Это применяют при выполнении

технологических операций продувки, осушки и на первом этапе наполнения газопровода для опрессовки.

2. Время наполнения газопровода СВ до давления опрессовки снижается примерно в три раза за счет увеличения производительности ПКС по сравнению с прототипом.

3. Расширение эксплуатационных возможностей ПКС за счет использования энергетического потенциала ГТД, измеряемого тысячами кВт в виде отбираемого от него СВ и выходящих из ГТД газов высокой температуры для выполнения работ по отогреву и осушке участков газопровода и входных коллекторов газоперекачивающих станций от конденсата в виде воды, инея и льда продувом сухого горячего воздуха небольшого давления от установленной на станцию системы осушки и нагрева подаваемого воздуха.

4. Использование кинетической энергии выбрасываемых в атмосферу газов ГТД для эжекции охлаждающего воздуха через холодильник СВ и вентиляции станции проще, дешевле и надежнее вентиляторов с гидравлической системой их привода на прототипе, не требует дополнительных энергозатрат для работы устройства охлаждения СВ.

5. Увеличение мобильности ПКС за счет выполнения ее в виде автономного модуля с конструкцией кузова из легких материалов и панелей, который может транспортироваться вертолетом в труднодоступное место.

6. Применение ГТД уменьшает в несколько раз время подготовки ПКС к работе, по сравнению с известными ПКС, что особенно важно в зимнее время и в условиях крайнего севера.

В таблице 1 приведены основные данные мобильной компрессорной установки LMF 67-150, принятой в качестве прототипа, а также основные расчетные данные заявляемой ПКС с приводом от ГТД типа турбовинтового

авиационного двигателя АИ-20, доработанного для отбора воздуха за его компрессором.

Примечания:

1. - на режиме максимальной производительности.

2. Относительный расход топлива - количество топлива, затраченного двигателем на сжатие в приводимом им компрессоре 1 м ³ атмосферного воздуха.

Список литературы

1. Станция передвижная компрессорная ПКС-16/101. Руководство по эксплуатации. ОАО «Уральский компрессорный завод». 2004 г.

2. Компрессорная установка LMF 47/20-250 D. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 1999 г.

3. Компрессорная установка LMF 67-150. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 2001 г.

4. А.М.Крюков. Конструкция и летная эксплуатация двигателя АИ-20М. Машиностроение. 1977 г.

5. А.М.Поляков и др. Авиационные газотурбинные вспомогательные силовые установки. Машиностроение. 1978.

6. Ю.Н.Нечаев. Р.М.Федоров. Теория авиационных газотурбинных двигателей. Том 1, 2. Машиностроение. 1978 г.

1. Передвижная компрессорная станция (ПКС), включающая, размещенные в кузове двигатель и приводимый им в действие компрессор, влагоотделитель, устройство охлаждения сжатого воздуха (СВ), содержащее холодильник и устройство его обдува охлаждающим воздухом, отличающаяся тем, что в качестве двигателя используют газотурбинный двигатель (ГТД), имеющий компрессор, выходное устройство и выходной вал, соединенный с валом компрессора передвижной компрессорной станции, а ПКС снабжена заборником СВ, установленным за компрессором ГТД, распределителем СВ, регулятором расхода и перепуска воздуха и системой осушки и нагрева СВ, содержащей последовательно соединенные трубопроводами турбину турбохолодильника, влагоотделитель, нагнетатель турбохолодильника, теплообменник, нагреватель, и трубопровод выхода сухого горячего СВ, при этом заборник СВ соединен трубопроводами через теплообменник, холодильник, регулятор расхода и перепуска воздуха, влагоотделитель с входом распределителя СВ, который имеет три выхода: первый выход соединен с трубопроводом выхода СВ низкого давления, второй выход соединен трубопроводом с входом компрессора, выход которого соединен с трубопроводом выхода СВ высокого давления, третий выход соединен трубопроводом с входом в турбину турбохолодильника системы осушки и нагрева СВ; устройство обдува холодильника охлаждающим воздухом выполнено в виде эжектора.

2. ПКС по п.1, отличающаяся тем, что устройство охлаждения сжатого воздуха размещено в верхней части кузова.

3. ПКС по п.1, отличающаяся тем, что эжектор, установлен над холодильником.

4. ПКС по п.1, отличающаяся тем, что эжектор имеет соединенный газовым каналом с выходным устройством ГТД горизонтально расположенный газоход, с отходящими от него в обе стороны боковыми газоходами.

5. ПКС по п.4, отличающаяся тем, что над боковыми газоходами в шахматном порядке с ними и параллельно им установлены дефлекторы.

6. ПКС по п.4, отличающаяся тем, что каждый боковой газоход в верхней части по всей длине имеет щелевое сопло.

7. ПКС по п.4, отличающаяся тем, что каждый боковой газоход в верхней части по всей длине имеет ряд отверстий.

8. ПКС по п.1, отличающаяся тем, что в качестве компрессора используют, по меньшей мере, один многоступенчатый поршневой компрессор (ПК).

9. ПКС по п.8, отличающаяся тем, что вал поршневого компрессора (ПК) соединен с выходным валом ГТД с помощью устройства сцепления.

10. ПКС по п.9, отличающаяся тем, что устройство сцепления выполнено с возможностью передачи скорости вращения выходного вала ГТД в передаточном отношении равном отношению скорости вращения выходного вала ГТД к скорости вращения вала ПК.

11. ПКС по п.9, отличающаяся тем, что устройство сцепления выполнено разъемным.

12. ПКС по п.9, отличающаяся тем, что устройство сцепления, выполнено с возможностью передачи скорости вращения выходного вала ГТД в передаточном отношении 1:1.

13. ПКС по п.1, отличающаяся тем, что в устройстве охлаждения СВ предусмотрены вертикальные створки, установленные над эжектором, по его периметру.

14. ПКС по п.1, отличающаяся тем, что нагреватель системы осушки и нагрева СВ установлен в газовом канале.

15. ПКС по п.1, отличающаяся тем, что вход компрессора ГТД соединен с атмосферой через воздушный фильтр.

16. ПКС по п.1, отличающаяся тем, что на трубопроводах выхода СВ низкого давления, СВ высокого давления, сухого горячего СВ установлены обратные клапаны.