Диссертация (1143937), страница 6
Текст из файла (страница 6)
За эксплуатационные показатели ответственна применяемая в ДГА турбина.В текущем разделе сделан обзор имеющихся на сегодняшний день установокмощностью до 100 кВт для анализа применяемых компоновочных решений, типов турбин игенераторов.26В части определения оптимального конструктивного облика сделан акцент на частотувращения установки как ключевой параметр, определяющий КПД и компоновку ДГА. В частитурбины делается акцент на количестве ступеней, эксплуатационных показателях лопаточных ибезлопаточных турбин, а также их эффективности.В заключении делается вывод о предпочтительном конструктивном облике и типетурбины ДГА.1.4.1. Обзор установок ДГА малой мощностиКоличество установок ДГА, работающих в диапазоне мощностей до 100 кВт невелико.Это агрегаты, разработанные как институтами группы «Газпром», так и стороннимипроизводителями. В указанном диапазоне мощностей в качестве расширительной машиныиспользуются, преимущественно, турбины, один из агрегатов использует шестеренныйрасширитель.
Характеристики ДГА малой мощности приведены в таблице 1.1.Таблица 1.1 – Характеристики ДГА малой мощностиМощность, типтока инапряжение2,5 кВтПостоянный24ВТип расширительноймашины, частотавращенияШестереннаярасширительная машина,5 000 об/мин2БУГЭ-ГРСООО «Газоснабжение»,ООО «ВНИИГАЗ» иОАО «КонцернЭнергомера» [43]5 кВтПеременный400ВТурбина, осевая активная,1-ступенчатая,3 000 об/минНет3ТДЭАООО «ВНИИГАЗ» [43]15-30 кВтПеременный400ВТурбина, осевая,2-ступенчатая,3 000 об/минНет4ТДА (серия агрегатовразной мощности)НПП«ГазЭлектроПрибор»,Украина [30]0,01 – 30 кВт,Пост./перем.24В/100-380ВТурбина, осевая активная,1-ступенчатая,8000 об/мин/ 3000 об/минНет5ДГАОАО «ТУРБОХОЛОД»[27]0,3; 10; 300 кВтПост./перем.Турбина, осевая,высокооборотная(20 000 – 25 000 об/мин)Нет(Высокооборотныйгенератор)6ДГУ-8, ДГУ-3,5ПАО «ТУРБОГАЗ» [43]8кВт; 3,5кВтПостоянный24ВОсевая турбина,3 000 об/мин7ТДА-СРТFluitech Systems,Украина [29]15…500 кВтПеременныйСтруйно-реактивнаятурбина,3000…24 000 об/мин№Модель,производитель1ДЭА-1ООО «ВНИИГАЗ» [43]НаличиередуктораНетНетДа, длявысокооборотныхмашин27№89Модель,производительМДГ-20ООО НТЦ«Микротурбинныетехнологии»; СанктПетербургскийПолитехническийуниверситетTuroexpanderGASCONTROLGASCONTROL,Czech Republic [28]Мощность, типтока инапряжениеТип расширительноймашины, частотавращенияНаличиередуктора20 кВтПеременныйТурбина, осевая активная,1-ступенчатая,36 000 об/минНет(Высокооборотныйгенератор)11…15кВтПеременный400ВТурбина, осевая,1-ступенчатая,3 000 об/минНет данных1.4.2.
Общая компоновка ДГА, частота вращения турбины и электрогенератораОбщая компоновка ДГА определяется типами применяемых турбины и генератора и ихчастотами вращения. Частоты вращения, в свою очередь, определяются типом генерируемоготока и проектной эффективностью турбины.Для машин, генерирующих постоянный ток, привязки к определенной частоте вращениянет. Постоянный ток обычно используется для питания систем КИП, имеющих малуюпотребляемую мощность. Для установок большей мощности, являющихся предметомрассмотрения данной работы, требуется обеспечение выходной частоты тока 50Гц.
Это можетпроизводиться как путем применения высокооборотного генератора с инвертором, так исинхронного генератора с частотой вращения 3000 об/мин.Рассмотримвопросвыборачастотывращениятурбиныизсоображенийееэффективности.Как известно из теории турбомашин [19], ключевыми в балансе потерь турбиныявляются потери с выходной скоростью. Располагаемую работу турбины принято обозначатьH0, окружную работу – работу, совершаемую турбиной за вычетом потерь с выходнойскоростью – Hu. Окружная Hu несколько превышает действительную работу турбины Hв, но вцелом характеризует работу турбины, а окружной КПД турбины ηu, определяемый всоответствии с формулой 1.3, является одной из основных ее характеристик. Для определенияоптимальной окружной скорости турбины принято строить зависимости окружного КПДтурбины ηu от характеристического числа u/C0.u Hu,H0(1.3)где H0 – располагаемый перепад на турбину, Дж/кг; Hu – окружная работа турбины,Дж/кг.28С0 2 H 0 .(1.4)Малые числа показателя u/C0 характеризуются низкими значениями окружного КПДтурбины.
Затем эффективность растет с ростом характеристического числа до некоторогомаксимума, после чего снижается с ростом характеристического числа, как показано на рисунке1.11.Рисунок 1.11 – Окружной КПД ηu=f(u/С0) [19]Поскольку располагаемая скорость C0 достигает существенных значений для турбинДГА ввиду большого перепада давлений, достижение максимального окружного КПДвозможно лишь при высоких окружных скоростях турбины. Окружная скорость связана сосредним диаметром рабочего колеса и его частотой вращения следующим образом:uDср n60.(1.5)На основании вышеизложенного, рассмотрим возможные компоновки ДГА.Высокооборотная турбина и высокооборотный электрогенератор, далее по текстуКомпоновка1Такая схема позволяет сделать установку наиболее эффективной и компактной,поскольку турбина имеет малый диаметр и высокую частоту вращения, а редуктор отсутствует.Тем не менее, схема имеет ряд недостатков.
Для генераторов переменного тока требуются29специальные устройства-инверторы, преобразующие генерируемый переменный ток высокойчастоты в постоянный ток, а затем в переменный ток стандартной сетевой частоты 50Гц. Дляувеличениянадежностивысокооборотныйгенераторвыполняютбесконтактным,свозбуждением от постоянных магнитов, без использования щеток. Высокооборотныегенераторы с постоянными магнитами в настоящее время не производятся серийно и малопредставлены на рынке ввиду объективной технологической сложности. Эти факторы приводятк увеличению стоимости ДГА.
Также, применение ДГА с турбинами высокой эффективностисвязано с низкими температурами газа в конце процесса расширения, что требуетзначительного подогрева газа.Применение высокооборотной турбины и редуктора, далее по тексту Компоновка2,позволяет использовать синхронные генераторы с частотой вращения 3 000 об/мин. Однако,такие установки обладают менее удачными массогабаритными характеристиками вследствиеиспользования редуктора. Высокооборотный редуктор также снижает надежность установки иимеет повышенные требования к обслуживанию. Как видно из таблицы 1.1, применениередуктора реализуется крайне редко в машинах подобного типа.Наконец, установки с частотой вращения 3 000 об/мин, далее по тексту Компоновка3,используют низкооборотный генератор и турбину, соединенные валом напрямую.
ДГА этоготипа работают в области малых значений характеристического числа u/C0. Достоинством такихмашин является их простота и низкая стоимость, однако, ввиду низкой окружной скороститурбины, эффективность находится на низком уровне. С целью увеличения окружной скоростии, соответственно, эффективности, турбины в рассматриваемой компоновке необходимовыполнять с большими диаметрами.
Обычно, в диапазоне малых мощностей требуемыедиаметрынеявляютсяреализуемымисточкизренияразумныхмассогабаритныххарактеристик, а также ввиду необходимости реализации критически малых степенейпарциальности. Вынужденное ограничение диаметров отрицательным образом сказывается наэффективности установок. Несмотря на имеющиеся недостатки, именно простота ДГА являетсярешающим фактором при выборе схемы машины. Шесть из девяти ДГА, указанных в таблице1.1 и вырабатывающих переменный ток, имеют частоту вращения 3 000 об/мин и прямоесоединение с генератором.Итак,могутбытьсформулированыследующиеположения,определяющиепредпочтительный конструктивный облик установки ДГА малой мощности:1.Применяются схемы с высокооборотными турбиной и генератором.
Ониобеспечивают высокую эффективность, но определяют высокую стоимостьустановки;302.СточкизренияобеспеченияминимальнойстоимостиустановокДГАпредпочтительно применение схем с турбиной и генератором, соединенныминапрямую валом и имеющими частоту вращения 3000 об/мин.3.Схемы с высокооборотной турбиной, синхронным генератором и редуктором ненаходят широкого применения в ДГА. Их применение может быть оправдано принеобходимости получения более высокой эффективности установки, в случае, еслиэто целесообразно экономически;Окончательный выбор конструктивного облика установки определяется параметрамиработы в составе конкретной ГРС и экономическими показателями.1.4.3.
Оптимальное количество ступеней турбины ДГА малой мощностиМалая вырабатываемая мощность ДГА вносит ограничения по стоимости и сложноститакой установки для получения разумных сроков окупаемости. Как следствие, применениемногоступенчатой турбины в ДГА нежелательно, и большинство установок выполняютсяодноступенчатыми, как видно из таблицы 1.1.Втожевремя,перепаддавлениягаза,используемыйвДГАнаобъектахгазотранспортной системы, обычно превышает π=2,5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
