Компресорна станція

Компрессорная станция, включающая турбокомпрессорные агрегаты с приводными электродвигателями и системой управления, всасывающие и нагнетательные магистрали с дроссельными заслонками и обратными клапанами, выхлоп 28482 компрессор, переведенный в режим пневматической турбины. Реализация данного решения не требует значительных затрат. Возможность работы турбокомпрессорного агрегата в режиме силовой установки известно из аварийных случаев непроизвольного раскручивания ротора неработающей машины при поступлении в нее сжатого воздуха из напорной магистрали через запавший обратный клапан. Однако в таких случаях вращение ротора происходит в обратном направлении поскольку, как показывает анализ, преобладает крутящий момент от парусного эффекта воздействия закрученного направляющим аппаратом потока на верхнюю часть лопаток рабочего колеса. Задачей изобретения является усовершенствование компрессорной станции путем создания условий для многократного и облегченного запуска приводных электродвигателей компрессорных агрегатов за счет предварительного раскручивания ротора электродвигателя сжатым воздухом смежно работающих компрессорных агрегатов (или аккумулированным воздухом). В отличие от прототипа в предлагаемой компрессорной станции многократный запуск турбокомпрессорных агрегатов выполняется с предварительным раскручиванием ротора электродвигателя, что устраняет отмеченные выше негативные последствия, связанные с операцией запуска турбокомпрессорного агрегата по известной схеме. Поставленная задача достигается тем, что на компрессорной станции, включающей турбокомпрессорные агрегаты с приводными электродвигателями и системой управления, напорный коллектор, всасывающие и нагнетательные магистрали с дроссельными заслонками и обратными клапанами, выхлопные трубы думмисов, напорный коллектор связан трубопроводами, которые снабжены дистанционно управляемыми задвижками, со всасывающими магистралями турбокомпрессорных агрегатов и выхлопными трубами думмисов, а в напорных магистралях турбокомпрессорных агрегатов до обратного клапана выполнены отводы в атмосферу с дистанционно управляемыми задвижками, при этом трубопроводы подключены к всасывающим магистралям после дроссельных заслонок и система управления приводными электродвигателями снабжена датчиками частоты вращения ротора двигателя. На фигуре схематически изображена компрессорная станция. Обычно на современных компрессорных станциях установлено большое количество агрегатов. Для простоты на фигуре изображено 3 агрегата. Турбокомпрсссорный агрегат состоит из турбокомпрессора 1, приводного электродвигателя 2 и вспомогательных устройств (ускоряющий редуктор, муфты, система смазки и др.). На компрессорной станции имеется напорный коллектор 3, по которому сжатый воздух подается потребителям, всасывающие магистрали 4 турбокомпрессорных агрегатов с регулируемой дроссельной заслонкой 5. Напорный коллектор 3 связан трубопроводами 6 через дистанционно управляемые задвижки 7 со всасывающими магистралями 4 турбокомпрессорных агрегатов. Кроме того, напорный коллектор связан трубопроводами 8 через дистанционно управляемую задвижку 9 с выхлопными трубами 10 думмиса. В напорных магистралях 11 до обратного клапана 12 установлены отводы 13 в атмосферу с дистанционно управляемой задвижкой 14. Компрессорная станция работает следующим образом. Первый запуск турбокомпрессорного агрегата выполняется по штатной схеме, т.е. от приводного электродвигателя. При этом соответствующая дроссельная заслонка 5 прикрыта, задвижка 7 закрыта, задвижка 9 установлена в положение, когда выхлопная труба 10 думмиса сообщена с атмосферой а задвижка 14 закрыта, и напорная магистраль 11 отключена от отвода 13. Воздух из атмосферы через дроссельную заслонку 5 засасывается в компрессор и после сжатия выталкивается через обратный клапан 12 в напорный коллектор 3. Из полости думмиса воздух выходит по трубе 10 в атмосферу, и происходит соответствующая разгрузка от осевого смещения ротора компрессора. Постепенно полностью открывается дроссельная заслонка 5, и компрессор выходит на паспортный режим работы. По такой схеме достаточно запустить один компрессорный агрегат. Остальные агрегаты целесообразно запускать по схеме предлагаемой заявки, т.е. с предварительным раскручиванием ротора приводного электродвигателя сжатым воздухом смежно работающих агрегатов. В процессе пневмозапуска турбокомпрессорного агрегата задвижка 7 ставится в положение, обеспечивающее поступление сжатого воздуха из напорного коллектора 3 во всасывающую магистраль 4 запускаемого агрегата. Предварительно полностью прикрывается дроссельная заслонка 5. Одновременно заслонка 14 ставится в положение, когда напорная магистраль 11 через отвод 13 соединена с атмосферой, а заслонка 9 ставится в положение, когда напорный коллектор 3 соединен с выхлопной трубой думмиса. При таких положениях заслонок компрессор переводится в турбинный режим, т.е. сжатый воздух из напорного коллектора 3 поступает во всасывающую магистраль 4 запускаемого агрегата и далее на рабочие колеса компрессора. В центробежных компрессорах колеса выполнены с лопастями, загнутыми назад, а вход воздуха происходит в радиальном направлении, и ротор компрессора в турбинном режиме начинает раскручиваться в штатном направлении. Пройдя все ступени компрессора, воздух свободно выбрасывается в атмосферу через отвод 13. Когда частота вращения ротора приводного двигателя 2 достигнет подсинхронной частоты, системой управления от команды датчика частоты производится подключение двигателя к электрической сети, и переводится работа агрегата в компрессорный режим. При этом постепенно открывается дроссельная заслонка 5. При переводе компрессора на штатный режим задвижки 7, 9, 14 закрываются. При этом прекращается подача во всасывающую магистраль 4 компрессорного агрегата сжатого воздуха из напорного коллектора 3, а из компрессора сжатый воздух выталкивается через обратный клапан 12 в напорный коллектор компрессорной станции. 2 28482 В турбокомпрессорных агрегатах с односторонним всасом воздуха в процессе турбинного раскручивания ротора появляется неуравновешенная сила, стремящаяся сдвинуть ротор в сторону последней ступени, то есть в противоположную сторону по сравнению со штатным режимом работы агрегата. Чтобы избежать отрицательных последствий, связанных с нарушением лабиринтных уплотнений, в процессе турбинного раскручивания ротора одновременно с подачей сжатого воздуха во всасывающую магистраль агрегата подается сжатый воздух через задвижку 9 и трубу 10 в полость думмиса, которая в штатном режиме соединена с атмосферой. В качестве примера практической реализации предложения выполнены расчеты по компрессорной станции, оборудованной турбокомпрессорными агрегатами типа К-500. В данном агрегате три ступени сжатия и шесть рабочих колес с лопатками загнутыми назад. Расчет крутящего момента при турбинном режиме работы компрессора выполнялся по известной формуле Эйлера для турбомашин. В расчете использовались конкретные геометрические параметры рабочих колес. Начальное давление воздуха при входе в компрессор принималось равным (1...2)х105 Па. Варьировалось значение расхода воздуха, подаваемого из напорного коллектора компрессорной станции в запускаемый компрессорный агрегат. В таблице приведены полученные расчетные данные. По паспортным данным турбокомпрессора К-500 начальный момент трогания ротора составляет 400 Нм. То есть, при расходе воздуха в пределах 200..250 м3/мин, что составляет 40...50% номинального расхода воздуха одного компрессорного агрегата, реальным является раскручивание ротора приводного двигателя до подсинхронной скорости вращения. Проведены также лабораторные исследования на модели, подтверждающие возможность предварительного раскручивания ротора приводного электродвигателя турбокомпрессорного агрегата. Приведен также расчет необходимого давления воздуха, который подается из напорного коллектора в полость думмиса запускаемого агрегата для компенсации неуравновешенной силы, возникающей в процессе турбинного раскручивания ротора приводного электродвигателя. Это давление находится в пределах (2...8)х105 Па, что вполне осуществимо так как не превышает давления в напорном коллекторе компрессорной станции. Предлагаемое техническое решение компрессорной станции по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества: создаются условия для многократного и облегченного запуска турбокомпрессорных агрегатов без отрицательных последствий, влияющих на их срок службы; путем отключения компрессорных агрегатов при снижении потребности в сжатом воздухе экономится большое количество энергии (до 60% от номинальной мощности агрегата); снижаются расходы на ремонтные работы. Таблица Расход воздуха, м3/мин Крутящий момент на роторе компрессора, Нм 250 200 150 750 526 302 Фиг. 3 28482 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4