§ 86. Газомоторные компрессоры и газотурбинные установки

Газомоторные компрессоры. Газомоторный компрессор пред­ставляет собой агрегат, состоящий из компрессорных цилиндров и газового двигателя внутреннего сгорания, соединенных общим ко­ленчатым валом и рамой. В газовом двигателе используют в ка­честве топлива природный, светильный, генераторный или домен­ный газ.

Большие газовые двигатели чаще всего выполняют четырех­тактными. Цилиндры такого газового двигателя могут быть распо­ложены по отношению к цилиндрам компрессора последователь­но— по одной оси, параллельно — в два ряда: ряд силовых ци­линдров и параллельно ему ряд компрессорных цилиндров. В по­следнее время наиболее распространены газомоторные компрессоры с горизонтальным расположением компрессорных цилиндров и V-образным или вертикальным расположением цилиндров четы­рехтактного или двухтактного двигателя. В агрегатах с двухтакт­ными силовыми цилиндрами на каждый компрессорный цилиндр приходится один силовой, с четырехтактными силовыми цилиндра­ми— два.

Мощность и частоту вращения газовых двигателей регулируют по качественной схеме, при которой количество воздуха, поступаю­щего в силовой цилиндр, остается неизменным, изменяется толь­ко количество поступающего газа. Для такого регулирования на двигателях обычно установлены центробежные регуляторы.

Производительность компрессора регулируют изменением час­тоты вращения вала двигателя.

Газомоторные компрессоры имеют от одного до десяти цилинд­ров двигателя. На рис. 105 изображен газомоторный компрессор с четырехтактными силовыми цилиндрами 9, расположенными V-об-разно, и с компрессорными цилиндрами 10 двойного действия — го­ризонтально. Шатуны 4 силовых цилиндров пальцами 3 непосред­ственно соединены с шатунами компрессорных цилиндров 10, бла­годаря чему достигается компактность агрегата. Клапаны 7 нахо­дятся вне цилиндров, в специальных клапанных полостях. В го­ловке цилиндра расположены пусковой клапан 5 и запальная све­ча 6. Коленчатый вал 1 агрегата уложен в станине 2. Распредели­тельный валик 8, частота вращения которого в два раза меньше частоты вращения коленчатого вала, имеет кулачки соответствую­щего профиля. Под действием этих кулачков в нужный момент поднимается тот или другой клапан соответствующего цилиндра, пропуская в него рабочую смесь или выпуская выхлопные газы.

Газовую смесь подготовляют в системе питания, состоящей из чувствительного регулятора давления, емкости для топливного га­за, смесительного клапана и центробежного регулятора частоты вращения. Центробежный регулятор, воздействуя на смесительный клапан, автоматически регулирует качество смеси. Количество по­даваемой смеси регулируют вручную.

Агрегат оснащен тремя смазочными системами. Цилиндры дви­гателя, подшипники распределительного вала и направляющие крейцкопфов смазывают маслом, разбрызгиваемым коленчатым валом из картера. Остальные сборочные единицы механизма дви­жения — с помощью шестеренных насосов по циркуляционной си­стеме. Лубрикатор подает смазку в цилиндры и сальники компрес­сора.

Газотурбинные установки. Для привода центробежных ком­прессоров часто применяют газовые турбины. Это особенно удоб­но, когда компрессорная установка предназначена для нагнетания природного газа, который используют в качестве дешевого топли­ва для газовой турбины. В установку помимо центробежных на­гнетателей входят также центробежные компрессоры, обслуживаю­щие газовую турбину, и электрогенераторы, используемые для по­лучения электроэнергии.

Например, газотурбинная установка ГТ-700-4, предназначенная для нагнетания природного газа, состоит из газовой турбины, осе­вого компрессора, нагнетателя, редуктора, генератора и камеры сгорания.

Во многих производствах выбрасываемые газы, если они имеют достаточное давление, используют в турбинах, соединенных с цент­робежными компрессорами. В установках по производству слабой

азотной кислоты под повышенным давлением применяют комплек­сный машинный агрегат ГТТ-12. Агрегат состоит из двух механи­чески несвязанных между собой газовых турбин ГТТ-12 (высокого и низкого давления), осевого воздушного компрессора, нагнетате­ля нитрозного газа 1150-41-1, пусковой паровой турбины П-2/45, а также смазочной системы, систем регулирования, защиты управ­ления и контроля.

Газовая турбина высокого давления служит для привода нагне­тателя нитрозного газа с частотой вращения 5000 мин-1.

Газовую турбину низкого давления с частотой вращения 5200 мин-1 используют для привода осевого воздушного компрессо­ра производительностью 200 000 м3/ч.

Воздух из атмосферы засасывается через фильтры в осевой компрессор / (рис. 106), где сжимается до давления 0,42 МПа и по трубопроводам направляется на смешивание с газообразным аммиаком. Образовавшаяся аммиачно-воздушная смесь в контакт­ных аппаратах на сеточных катализаторах превращается в нитроз-ные газы, которые под давлением около 0,22 МПа поступают в на­гнетатель 3. Газы, сжатые в нагнетателе до 1,1 МПа, поступают в абсорбционные колонны для получения слабой азотной кислоты. Хвостовые газы, образовавшиеся в процессе производства кислоты, после колонн направляются в реактор каталитической очистки, где разлагаются на нейтральные элементы. Реакция идет с выделени­ем теплоты.

Горючие газы с температурой около 760°С и давлением 0,95 МПа после реактора поступают в турбину высокого давления 5, а затем проходят турбину низкого давления 6 и выбрасываются в атмосфе­ру. Для запуска агрегата предусмотрена паровая турбина 4.

Турбины высокого и низкого давлений располагают в общем корпусе 2, имеющем внутреннюю тепловую изоляцию. Ротор турби­ны высокого давления состоит из одновенечного диска, укреплен­ного на консоли вала.

Вал вращается в двух подшипниках, из которых один — опор­ный, второй — опорно-упорный. Подшипники смонтированы в од­ном общем корпусе. Ротор турбины высокого давления и нагнета­тель соединяют специальной зубчатой муфтой. Два диска турби­ны низкого давления укреплены на консоли ротора осевого ком­прессора с помощью горизонтальных стяжных болтов. Ротор осе­вого компрессора барабанного типа вращается в двух подшипни­ках, расположенных в корпусе осевого компрессора. Воздушный осевой компрессор имеет 10 ступеней.

Направляющие лопатки укреплены в чугунном корпусе. Рабочие лопатки крепятся к барабану ласточкиным хвостом.

Вся турбогруппа смонтирована на общей сварной раме, кото­рая одновременно служит и маслобаком.

Масляная система агрегата состоит из главного масляного на­соса, пускового и резервного электронасосов, маслобака (рама турбогруппы), маслопроводов с арматурой.

Системы регулирования, управления и защиты агрегата обеспе­чивают: поддержание заданного давления в нагнетании воздушно­го компрессора с неравномерностью 5—10% за счет выпуска не­большого количества воздуха в атмосферу; дистанционное управ­ление сборочными единицами агрегата с местного щита в процес­се пуска и эксплуатации; защиту агрегата от недопустимых режи­мов работы путем его аварийной остановки.

Система контроля позволяет измерять основные эксплуатацион­ные параметры.

Контрольные вопросы. 1. Какие приводы используют для насосных и комп­рессорных установок? 2. Назовите основные сборочные единицы четырехтакт­ного двигателя внутреннего сгорания. 3. По какому признаку классифицируют газовые и паровые турбины? 4. В каких случаях применяют зубчатые редук­торы? 5. Какие установки называют газотурбинными? 6. Для чего в газотур» бинную установку включен осевой воздушный компрессор?