Κεφάλαιο 11 Χαρακτηριστικά της εκκίνησης GTU
Μετατροπέας στατικής συχνότητας (SFC)
Γενικές πληροφορίες
Ένας μετατροπέας στατικής συχνότητας (SFC) χρησιμοποιείται για την περιστροφή του άξονα του αεριοστροβίλου τροφοδοτώντας τη γεννήτρια με μεταβλητή συχνότητα, μειωμένη τάση και μειωμένη ισχύ διέγερσης.
Η διαδικασία εκκίνησης του αεριοστροβίλου είναι πλήρως αυτόματη. Η γεννήτρια χρησιμοποιείται σε λειτουργία "μοτέρ" και κατά τη διάρκεια του κύκλου εκκίνησης επιταχύνει τον άξονα σε ένα ορισμένο ποσοστό της ονομαστικής ταχύτητας.
Αφού επιτευχθεί αυτό το συγκεκριμένο ποσοστό της ονομαστικής ταχύτητας, το CFC απενεργοποιείται και ο αεριοστρόβιλος επιταχύνεται από μόνος του στο 100% της ονομαστικής ταχύτητας.
Σε 100% ονομαστική ταχύτητα, η γεννήτρια παράγει ονομαστική τάση και είναι έτοιμη για την ακολουθία συγχρονισμού του δικτύου ισχύος.
Εκτός από τη λειτουργία εκκίνησης, το CFC χρησιμοποιείται επίσης για την επιτάχυνση της μονάδας σε μια συγκεκριμένη ταχύτητα κατά τη διάρκεια του κύκλου έκπλυσης.
Εκκίνηση εξοπλισμού συστήματος
Ο εξοπλισμός του συστήματος εκκίνησης στεγάζεται σε ένα περίβλημα, το οποίο συνήθως βρίσκεται δίπλα στο διαμέρισμα της γεννήτριας. Το περίβλημα είναι κατάλληλο για εγκατάσταση σε εξωτερικό χώρο κάτω από συγκεκριμένες κλιματικές συνθήκες. Παρέχονται θέρμανση, κλιματισμός, φωτισμός και βοηθητικές πρίζες για την προστασία του εξοπλισμού που βρίσκεται στο εσωτερικό του πλαισίου.
Τα κύρια στοιχεία αυτού του συστήματος παρατίθενται παρακάτω:
Ένα (1) διαμέρισμα παρακολούθησης και ελέγχου
Ένας (1) αντιδραστήρας ζεύξης συνεχούς ρεύματος
Ένας (1) διακόπτης off-base στην πλευρά της μονάδας
Συσκευές μέτρησης και προστασίας (μετασχηματιστές τάσης VT και μετασχηματιστές ρεύματος CT)
Ένας (1) διακόπτης κυκλώματος στην πλευρά του μετασχηματιστή
Βασική αρχή λειτουργίας
Ο μετατροπέας στατικής τάσης εκκίνησης τροφοδοτείται από έναν μετασχηματιστή μετατροπής τάσης.
Η εκκίνηση FFC είναι ένας έμμεσος μετατροπέας συχνότητας που λειτουργεί ως φυσικός μετατροπέας μεταγωγής, αποτελείται από τρία κύρια στοιχεία:
· Μία (1) ανορθωτική γέφυρα θυρίστορ (γέφυρα δικτύου) που τροφοδοτείται από μετασχηματιστή μετατροπής τάσης.
· Μία (1) γέφυρα μετατροπέα θυρίστορ (unit bridge) συνδεδεμένη στη γεννήτρια μέσω διακόπτη αποσύνδεσης.
· Ένα (1) κύκλωμα ενδιάμεσης ζεύξης DC του οποίου ο αντιδραστήρας παρέχει αποσύνδεση μεταξύ του δικτύου και των γεφυρών της μονάδας.
Το προτεινόμενο σύστημα περιλαμβάνει μια γεννήτρια παλμών για εκκίνηση. Ο ασύγχρονος έλεγχος πραγματοποιείται εξ ολοκλήρου με την επεξεργασία των σημάτων που λαμβάνονται από τον σύγχρονο κινητήρα εκκίνησης χρησιμοποιώντας μετασχηματιστές τάσης.
Όταν λειτουργεί σε λειτουργία κινητήρα, παρέχεται συνεχές ρεύμα στην περιέλιξη του ρότορα της γεννήτριας από ένα σύστημα που περιλαμβάνει:
Γέφυρα θυρίστορ που χρησιμοποιείται για τη λειτουργία της γεννήτριας
· Ένα αυτόματο σύστημα που παρέχει συνεχές ρεύμα στην περιέλιξη διέγερσης του ρότορα χρησιμοποιώντας δακτυλίους ολίσθησης και βούρτσες. Οι βούρτσες πιέζουν τους δακτυλίους στην αρχή της σειράς έναρξης ή του κύκλου πλύσης και ανεβαίνουν πάνω από τους δακτυλίους στο τέλος της σειράς ή του κύκλου.
Λειτουργίες
Το HRC εκκίνησης έχει σχεδιαστεί για να εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες:
· Εκκίνηση στροβίλου: Η διάταξη περιστροφής δημιουργεί μια αρχική ροπή στροφής στον άξονα του άξονα. τότε το HRC επιταχύνει τον άξονα του αεριοστροβίλου στην αυτοκινούμενη ταχύτητα.
· Καθαρισμός (με αποσυναρμολόγηση συμπιεστή): Κατά τη διάρκεια αυτής της σειράς, το CFC περιστρέφει τον αεριοστρόβιλο με χαμηλή σταθερή ταχύτητα.
Στοιχεία περιγραφής και σχεδίασης
Ένα πλήρες σετ εξοπλισμού τοποθετείται μέσα σε ένα κλιματιζόμενο ντουλάπι (ντουλάπι) κατάλληλο για εξωτερική εγκατάσταση.
Μέσα στο ντουλάπι, δύο διαφορετικές ομάδες εξοπλισμού μπορούν να διακριθούν υπό όρους:
Εξοπλισμός ισχύος
Βοηθητικός εξοπλισμός και εξοπλισμός ελέγχου
Εξουσίαεξοπλισμός
Ο αντιδραστήρας εξομάλυνσης του συνδέσμου DC και η μονάδα ισχύος θυρίστορ είναι οι μονάδες "ισχύς" του SFS.
Η μονάδα ισχύος θυρίστορ δικτύου/μονάδας περιλαμβάνει βραχίονες θυρίστορ της γέφυρας, τα προστατευτικά τους συστήματα, τις συνδέσεις και τις συσκευές μέτρησης (μετασχηματιστές ρεύματος, μετασχηματιστές τάσης).
Ο αντιδραστήρας εξομάλυνσης DC ζεύξης κατασκευάζεται συνήθως με αερόψυκτο σιδερένιο πυρήνα εξοπλισμένο με αισθητήρα μέγιστης θερμοκρασίας. Ο αντιδραστήρας εκτελεί τη λειτουργία περιορισμού των κυμάτων ρεύματος στο κύκλωμα ενδιάμεσου συνεχούς ρεύματος.
Υπάρχει ένας τριπολικός διακόπτης αποσύνδεσης που λειτουργεί με κινητήρα για τη σύνδεση του κυκλώματος FSC και του στάτορα της γεννήτριας. Ο αποζεύκτης είναι εξοπλισμένος με συσκευή γείωσης στην πλευρά HRC.
Ένας τριπολικός διακόπτης κυκλώματος είναι εγκατεστημένος μέσα στον πίνακα εξοπλισμού για τη σύνδεση του κυκλώματος FSC με τον μετασχηματιστή FSC.
Βοηθητικός εξοπλισμός και εξοπλισμός ελέγχου
Οι λειτουργίες ελέγχου και προστασίας του HFS εκτελούνται χρησιμοποιώντας όλες τις απαραίτητες εντολές, σήματα, συναγερμούς, συσκευές και βοηθητικά κυκλώματα που παρέχονται στη μονάδα. Τα βοηθητικά κυκλώματα συναρμολογούνται από μετατροπείς, λογικά σκάλας, κυκλώματα PLC και πλακέτες διασύνδεσης.
Το σύστημα ελέγχου εκτελεί τις ακόλουθες κύριες λειτουργίες:
Μετατροπέας φάσης μετατροπέα σταθερής συχνότητας πλευράς δικτύου
Μετατροπέας φάσης μετατροπέα μεταβλητής συχνότητας από την πλευρά της μονάδας (σε δύο τρόπους λειτουργίας: λειτουργία παλμού και λειτουργία φυσικής εναλλαγής)
Ελεγκτής ταχύτητας με εσωτερικό κύκλωμα ρυθμιστή ρεύματος
・Έλεγχος γωνίας εκκίνησης μετατροπέα μεταβλητής συχνότητας
Λογική λειτουργίας (PLC)
Διεπαφή μετατροπέα (γεννήτρια παλμών ανοίγματος θυρίστορ, σήματα μέτρησης από μετασχηματιστές τάσης και ρεύματος)
Διεπαφή περιέλιξης διέγερσης
· Διαγνωστικά και διεπαφή χρήστη.
Τεχνικά χαρακτηριστικά HFS - γενικές παράμετροι
Ισχύοντα πρότυπα: IEC, IEEE
Ονομαστική ισχύς εκκίνησης: 2250 kW
Ανορθωτής:
Ποσότητα: 1
Τάση εισόδου στο ρελαντί: 1550 Volt
Αντιστροφέας:
Ποσότητα: 1
Τάση εξόδου: 0 - 1450 V
Εξομάλυνση αντιδραστήρα
Ποσότητα: 1
Τύπος: ξηρός αντιδραστήρας σιδήρου πυρήνα
Τύπος ελέγχου: Μικροεπεξεργαστής
Είδος εγκατάστασης: σε δοχείο
Η εφεύρεση σχετίζεται με τον τομέα της ενέργειας, ιδιαίτερα με μεθόδους εκκίνησης και τροφοδοσίας μονάδων συμπιεστών αερίου, και μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά την εκκίνηση οποιασδήποτε εγκατάστασης αεριοστροβίλου. Η μέθοδος εκκίνησης ενός σταθμού ηλεκτροπαραγωγής αεριοστροβίλου περιλαμβάνει τρία στάδια. Στο πρώτο και στο δεύτερο στάδιο, οι άκαμπτα συνδεδεμένοι ρότορες του υπερσυμπιεστή ξετυλίγονται από μια εξωτερική συσκευή εκκίνησης, για παράδειγμα, έναν διαστολέα, άκαμπτα συνδεδεμένο μέσω μιας αυτόματης σύζευξης στον άξονα του στροβιλοσυμπιεστή. Ο στροβιλοσυμπιεστής περιέχει έναν συμπιεστή, έναν στρόβιλο και έναν θάλαμο καύσης εξοπλισμένο με μια βαλβίδα ελέγχου καυσίμου κλειστή στο πρώτο στάδιο εκκίνησης και μισάνοιχτη στο δεύτερο. Επακόλουθη αποσύνδεση από τη συσκευή εκκίνησης των άκαμπτα συνδεδεμένων ρότορες του συμπιεστή και του στροβίλου όταν φτάσουν στην ταχύτητα σχεδιασμού και φέρνοντάς τους στην ταχύτητα λειτουργίας στο τρίτο στάδιο αυξάνοντας τον ρυθμό ροής και την πίεση του αερίου καυσίμου. Στην έξοδο του αξονικού συμπιεστή, τοποθετείται μια ανακουφιστική βαλβίδα, συνδεδεμένη με την είσοδο του θαλάμου καύσης. Η εκκίνηση της εγκατάστασης αεριοστροβίλου στο πρώτο και το δεύτερο στάδιο πραγματοποιείται με την ανακουφιστική βαλβίδα ανοιχτή και πριν από την αποσύνδεση της συσκευής εκκίνησης, η ανακουφιστική βαλβίδα είναι κλειστή. Η εφεύρεση στοχεύει στη μείωση της ανισορροπίας ισχύος που προκαλείται από την αστοχία της ταχύτητας του δρομέα του στροβίλου και το άλμα θερμοκρασίας μπροστά του, τη στιγμή που η συσκευή εκκίνησης απενεργοποιείται κατά την εκκίνηση της εγκατάστασης αεριοστροβίλου. 2 άρρωστος.
Η εφεύρεση σχετίζεται με το πεδίο της ενέργειας, και πιο συγκεκριμένα με μεθόδους για την εκκίνηση και την παροχή μονάδων αεριοστροβίλου (GTP) με αέριο καύσιμο.
Η εκκίνηση ενός αεριοστρόβιλου είναι το πιο σημαντικό στάδιο στην οργάνωση της λειτουργίας ενός σταθμού συμπίεσης. Κατά τη διαδικασία εκκίνησης των ρότορων του αεριοστρόβιλου, τα δυναμικά φορτία αρχίζουν να αυξάνονται, οι θερμικές τάσεις προκύπτουν στους κόμβους και τα μέρη από τη θέρμανση του αεριοστρόβιλου. Η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε αλλαγή στις γραμμικές διαστάσεις των πτερυγίων, των δίσκων, σε αλλαγή στα διάκενα στη διαδρομή ροής και σε θερμική διαστολή των σωληνώσεων. Κατά την εκκίνηση του ρότορα την πρώτη στιγμή, δεν παρέχεται σταθερή υδραυλική σφήνα στο σύστημα λίπανσης. Υπάρχει μια διαδικασία μετάβασης των ρότορων από τα τακάκια εργασίας στα τακάκια εγκατάστασης. Ο συμπιεστής αεριοστροβίλου βρίσκεται κοντά στη λειτουργία στη ζώνη υπερχείλισης. Ο υπερσυμπιεστής εκτελεί μεγάλη ροή αερίου σε χαμηλή αναλογία συμπίεσης, η οποία οδηγεί σε υψηλές ταχύτητες, ειδικά στους αγωγούς ανακυκλοφορίας, γεγονός που προκαλεί δόνηση. Κατά τη διαδικασία εκκίνησης, πριν εισέλθουν στη λειτουργία "ρελαντί αερίου", οι γραμμές άξονα ορισμένων τύπων αεριοστροβίλων περνούν από περιστροφές που συμπίπτουν με τη συχνότητα των φυσικών δονήσεων, δηλ. μέσω ηχητικών στροφών.
Η εκκίνηση του GTU πραγματοποιείται με τη βοήθεια συσκευών εκκίνησης. Για τις μονάδες άντλησης αερίου (GCU), χρησιμοποιούνται στροβιλοδιαστολείς, οι οποίοι λειτουργούν κυρίως στην πτώση πίεσης του φυσικού αερίου, η οποία καθαρίζεται προκαταρκτικά και μειώνεται στην απαιτούμενη πίεση. Οι επεκτάσεις Turbo είναι εγκατεστημένοι στις περισσότερες σταθερές και σε ορισμένες μονάδες GPU αεροσκαφών. Μερικές φορές ο πεπιεσμένος αέρας χρησιμοποιείται ως ρευστό εργασίας.
Εκτός από τον turbo-expander, ευρεία εφαρμογή έχουν βρει οι ηλεκτρικοί εκκινητήρες, που χρησιμοποιούνται στις GPU πλοίων. Ορισμένες μονάδες είναι εξοπλισμένες με υδραυλικό σύστημα εκκίνησης. Η ισχύς των συσκευών εκκίνησης είναι 0,3-3,0% της ισχύος της GPU, ανάλογα με τον τύπο της GPU - αεροπορίας ή σταθερής.
Εξετάστε έναν τυπικό αλγόριθμο για την αυτόματη εκκίνηση μιας σταθερής GPU. Τρία στάδια μπορούν να διακριθούν κατά την εκκίνηση της GPU. Στο πρώτο στάδιο, η περιστροφή του ρότορα του αξονικού συμπιεστή και του στροβίλου υψηλής πίεσης συμβαίνει μόνο λόγω της λειτουργίας της συσκευής εκκίνησης.
Στο δεύτερο στάδιο, ο ρότορας του υπερσυμπιεστή περιστρέφεται από κοινού από τον στροβιλοδιαστολέα και τον στρόβιλο. Όταν επιτευχθεί η ταχύτητα του στροβιλοσυμπιεστή, επαρκής για την ανάφλεξη του μείγματος των 400-1000 σ.α.λ., το σύστημα ανάφλεξης ενεργοποιείται και τροφοδοτείται αέριο στον πιλότο καυστήρα. Ένας αισθητήρας - ένα φωτορελέ σηματοδοτεί μια κανονική ανάφλεξη. Περίπου 1–2 λεπτά αφού η θερμοκρασία φτάσει περίπου τους 150–200°C, το πρώτο στάδιο θέρμανσης τελειώνει, η βαλβίδα ελέγχου ανοίγει κατά περίπου 5% και ξεκινά το δεύτερο στάδιο θέρμανσης, το οποίο διαρκεί 10 λεπτά. Στη συνέχεια, υπάρχει μια σταδιακή αύξηση της ταχύτητας του στροβίλου υψηλής πίεσης λόγω του ανοίγματος της βαλβίδας ελέγχου αερίου. Όταν η ταχύτητα φτάσει περίπου το 50% της ονομαστικής τιμής, ο στρόβιλος εισέρχεται στη λειτουργία "αυτοπροωθούμενη". Όταν ο συμπλέκτης του στροβιλοδιαστολέα αποδεσμευτεί, τελειώνει το δεύτερο στάδιο της περιστροφής του ρότορα. Αυτή τη στιγμή, για να αποφευχθεί η αστοχία στην ταχύτητα του ρότορα του στροβιλοσυμπιεστή, πραγματοποιείται απότομο άνοιγμα της βαλβίδας ελέγχου καυσίμου κατά 2-3%.
Στο τρίτο στάδιο, λαμβάνει χώρα περαιτέρω επιτάχυνση του ρότορα του στροβιλοσυμπιεστή αυξάνοντας σταδιακά την παροχή αερίου στον θάλαμο καύσης. Ταυτόχρονα, οι βαλβίδες κατά των υπερτάσεων του αξονικού συμπιεστή κλείνουν, η μονάδα στροβίλου μεταβαίνει σε λειτουργία από τις αντλίες εκκίνησης στις κύριες αντλίες, οι οποίες ήδη κινούνται από τους ρότορες της μονάδας. (A.N. Kozachenko. Λειτουργία σταθμών συμπίεσης κεντρικών αγωγών αερίου. - M.: Oil and Gas Publishing House, 1999, σελ. 459).
Τα μειονεκτήματα της γνωστής τεχνικής λύσης είναι το άλμα στη θερμοκρασία των προϊόντων καύσης στον στρόβιλο στο τέλος του δεύτερου σταδίου εκκίνησης. Αυτό οδηγεί σε σημαντικές θερμικές καταπονήσεις στις μονάδες του στροβίλου, σε τρίψιμο των πτερυγίων του ρότορα στα στοιχεία στεγανοποίησης των ακτινικών διακένων και, ως αποτέλεσμα, σε μείωση του πόρου ισχύος και της απόδοσης του αεριοστροβίλου.
Γνωστές μέθοδοι εκκίνησης αεριοστρόβιλου με τουρμπίνα ελεύθερης ισχύος περιστρέφοντας τον ρότορα του στροβιλοσυμπιεστή του αεριοστροβίλου με τη βοήθεια εξωτερικών κινητήρων εκκίνησης (ηλεκτρικοί κινητήρες, ατμοστρόβιλοι, πνευμονοκινητήρες, μονάδες αεριοστροβίλου). (Stationary gas turbine units: a Handbook. / Under the editorship of L.V. Arseniev and V.G. Tyryshkin. - L .: Mashinostroyeniye, 1989, σελ. 376-377).
Η πλησιέστερη τεχνική λύση στην προτεινόμενη εφεύρεση είναι μια μέθοδος εκκίνησης και τροφοδοσίας ενός σταθμού ηλεκτροπαραγωγής σύμφωνα με το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας RF αρ. ).
Αφού οι σχετικοί ρότορες του συμπιεστή ενισχυτή και του στροβιλοσυμπιεστή φτάσουν στην ταχύτητα εκκίνησης, ανοίγει η βαλβίδα ελέγχου αερίου καυσίμου, τροφοδοτείται αέριο καυσίμου στον θάλαμο καύσης και αναφλέγεται με ένα αναφλεκτήρα. Τα προϊόντα καύσης περνούν μέσω του αεριοστρόβιλου GTU, περιστρέφοντας τους προαναφερθέντες σχετικούς ρότορες. Καθώς οι συνδεδεμένοι ρότορες περιστρέφονται προς τα πάνω, όταν επιτευχθεί η λεγόμενη «αυτοπροωθούμενη» λειτουργία, οι άκαμπτα συνδεδεμένοι ρότορες του στροβιλοσυμπιεστή και του συμπιεστή ενισχυτή αερίου καυσίμου αποσυνδέονται από τον κινητήρα εκκίνησης όταν φτάσουν στην ταχύτητα σχεδιασμού (δεύτερο στάδιο) , και ο βαθμός ανοίγματος της βαλβίδας ελέγχου αερίου καυσίμου αυξάνεται, γεγονός που αυξάνει την ταχύτητα του στροβιλοσυμπιεστή του ρότορα. Περαιτέρω απόδοση στην ταχύτητα λειτουργίας επιτυγχάνεται αυξάνοντας τον ρυθμό ροής και την πίεση του αερίου καυσίμου (τρίτο στάδιο).
Αυτή η τεχνική λύση έχει επίσης τα προαναφερθέντα μειονεκτήματα που σχετίζονται με ένα άλμα θερμοκρασίας όταν αποσυνδέεται η συσκευή εκκίνησης.
Ο τεχνικός στόχος της εφεύρεσης είναι να αναπτύξει μια μέθοδο για την εκκίνηση μιας εγκατάστασης αεριοστροβίλου, η οποία επιτρέπει τη μείωση της ανισορροπίας ισχύος όταν η συσκευή εκκίνησης είναι απενεργοποιημένη, όχι λόγω αύξησης της κατανάλωσης καυσίμου κατά την εκκίνηση του αεριοστροβίλου. Αυτή η ανισορροπία ισχύος εκδηλώνεται με την αστοχία της ταχύτητας του άξονα του στροβίλου με ταυτόχρονο σημαντικό άλμα θερμοκρασίας μπροστά του.
Το τεχνικό αποτέλεσμα επιτυγχάνεται λόγω του γεγονότος ότι σε μια γνωστή συσκευή που περιέχει μια εξωτερική συσκευή εκκίνησης (turbo expander), άκαμπτα συνδεδεμένη μέσω αυτόματης σύζευξης στον άξονα ενός στροβιλοσυμπιεστή, που περιλαμβάνει έναν συμπιεστή, έναν στρόβιλο και έναν θάλαμο καύσης, εξοπλισμένο με μια βαλβίδα ελέγχου καυσίμου, η οποία είναι κλειστή στο πρώτο στάδιο εκκίνησης και στο δεύτερο ανοίγει λίγο, με αύξηση του βαθμού ανοίγματός της στο τρίτο στάδιο εκκίνησης, έχουν γίνει αλλαγές για την αλλαγή του αλγόριθμου για εκκίνηση του αεριοστρόβιλου, συγκεκριμένα·
Στην έξοδο του αξονικού συμπιεστή, είναι εγκατεστημένη μια ανακουφιστική βαλβίδα, συνδεδεμένη με την είσοδο του θαλάμου καύσης:
Η εκκίνηση του αεριοστρόβιλου στο πρώτο και το δεύτερο στάδιο πραγματοποιείται με την ανακουφιστική βαλβίδα ανοιχτή.
Όταν επιτευχθεί η λειτουργία "αυτοπροωθούμενα", η ανακουφιστική βαλβίδα κλείνει πριν απενεργοποιηθεί ο διαστολέας.
Ως αποτέλεσμα της πρόσθετης ροής αέρα μέσω του στροβίλου που εμφανίζεται σε αυτή την περίπτωση, η ανισορροπία ισχύος που εμφανίζεται όταν ο διαστολέας είναι απενεργοποιημένος μειώνεται, ενώ μια αύξηση της ροής αέρα μέσω του θαλάμου καύσης όταν η βαλβίδα ελέγχου καυσίμου (FRC) φουσκώσει προς τα πάνω οδηγεί σε σημαντική μείωση του άλματος θερμοκρασίας μπροστά από τον turbo κινητήρα.
Το σχήμα 1 δείχνει ένα διάγραμμα που υλοποιεί την προτεινόμενη μέθοδο εκκίνησης ενός αεριοστρόβιλου και το σχήμα 2 δείχνει ένα χρονοδιάγραμμα εκκίνησης ενός αεριοστρόβιλου σύμφωνα με το πρωτότυπο και σύμφωνα με την προτεινόμενη εφεύρεση.
Τα κύρια στοιχεία του κυκλώματος είναι: 1 - εξωτερική μηχανή εκκίνησης (διαστολέας). 2 - συμπλέκτης απεμπλοκής. 3 - αξονικός συμπιεστής. 4 - βαλβίδα ελέγχου αερίου καυσίμου. 5 - κινητήριος αεριοστρόβιλος. 6 - ανακουφιστική βαλβίδα. 7 - θάλαμος καύσης. 8 - αεριοστρόβιλος ισχύος. 9 - φορτίο? 10 - αυτόματο σύστημα ελέγχου (ACS).
Η προτεινόμενη μέθοδος εκκίνησης του αεριοστρόβιλου εκτελείται αυτόματα από τις εντολές ACS ως εξής. Ο εξωτερικός κινητήρας εκκίνησης 1 περιστρέφει τους άκαμπτα συνδεδεμένους άξονες του αξονικού συμπιεστή 3 και του αεριοστρόβιλου μετάδοσης κίνησης 5 μέσω του συμπλέκτη αποσύνδεσης 2. Η βαλβίδα ελέγχου αερίου καυσίμου 4 είναι κλειστή και η ανακουφιστική βαλβίδα 6 είναι ανοιχτή. Ο αέρας που διέρχεται από την καύση Ο θάλαμος 7 εισέρχεται στον κινητήριο στρόβιλο, περιστρέφοντας τους προαναφερθέντες συνδεδεμένους άξονες λόγω της διαστολής αερίου. Όταν οι σχετικοί ρότορες φτάσουν στην ταχύτητα εκκίνησης, η βαλβίδα ελέγχου καυσίμου 4 ανοίγει ελαφρά και όταν επιτευχθεί η λειτουργία "αυτοπροωθούμενα", η ανακουφιστική βαλβίδα είναι κλειστή, ενώ ο συμπλέκτης απεμπλοκής 2 αποσυνδέει αυτόματα τον ρότορα της μηχανής εκκίνησης 1 από τους σχετικούς ρότορες του αξονικού συμπιεστή 3 και του αεριοστρόβιλου μετάδοσης κίνησης 5, και ο βαθμός ανοίγματος αυξάνει τη βαλβίδα ελέγχου καυσίμου.
Η εξεταζόμενη μέθοδος εκκίνησης μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιονδήποτε αεριοστρόβιλο όπου χρησιμοποιείται στροβιλοδιαστολέας εκκίνησης.
Το σχήμα 2 δείχνει τα χαρακτηριστικά εκκίνησης της μονάδας αεριοστροβίλου GTK-10 με τον αλγόριθμο εκκίνησης σύμφωνα με το πρωτότυπο (γνωστό) και σύμφωνα με τον προτεινόμενο αλγόριθμο.
Από την ανάλυση των γραφημάτων στο σχήμα 2, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι μετά την απενεργοποίηση του στροβιλοσυμπιεστή εκκίνησης (με ταχύτητα 2600-2800 rpm - η λειτουργία "αυτοπροωθούμενα"), η αστοχία της ταχύτητας του ρότορα του στροβιλοσυμπιεστή μειώθηκε από τις 300 rpm έως τις 50 σ.α.λ., δηλ. 6 φορές και το άλμα στη θερμοκρασία των προϊόντων καύσης μειώθηκε κατά 50°C, δηλ. εις διπλούν.
Έτσι, ο προτεινόμενος αλγόριθμος εκκίνησης GTU καθιστά δυνατή τη σημαντική μείωση των βυθίσεων ταχύτητας του άξονα του στροβιλοσυμπιεστή και του άλματος θερμοκρασίας των προϊόντων καύσης στον στρόβιλο, το οποίο, με τη σειρά του, εξασφαλίζει αύξηση του πόρου GTU και μείωση της κατανάλωσης καυσίμου.
Η εισαγωγή του προτεινόμενου αλγορίθμου για την εκκίνηση του αεριοστρόβιλου πραγματοποιήθηκε τον Ιούλιο του 2007 στη μονάδα συμπιεστή αερίου (GCU) GTNR-16 και σχεδιάζεται να εισαχθεί στη μονάδα συμπιεστή αερίου GTK-10.
Μια μέθοδος για την εκκίνηση μιας μονάδας αεριοστροβίλου ισχύος, η οποία περιλαμβάνει τρία στάδια, ταυτόχρονα, στο πρώτο και στο δεύτερο στάδιο, οι άκαμπτα συνδεδεμένοι ρότορες του στροβιλοσυμπιεστή περιστρέφονται από μια εξωτερική συσκευή εκκίνησης, για παράδειγμα, έναν διαστολέα άκαμπτα συνδεδεμένο μέσω αυτόματης σύζευξης στον άξονα του στροβιλοσυμπιεστή, ο οποίος περιλαμβάνει έναν συμπιεστή, έναν στρόβιλο και έναν θάλαμο καύσης που τροφοδοτείται με καύσιμο - μια βαλβίδα ελέγχου κλειστή στο πρώτο στάδιο εκκίνησης και μισάνοιχτη στο δεύτερο, αποσυνδέοντας τους άκαμπτα συνδεδεμένους ρότορες του συμπιεστή στροβίλου από τη διάταξη εκκίνησης όταν φτάσουν την ταχύτητα σχεδιασμού και φέρνοντάς τους στην ταχύτητα λειτουργίας στο τρίτο στάδιο λόγω της αύξησης του ρυθμού ροής και της πίεσης του αερίου καυσίμου, που χαρακτηρίζεται από το ότι είναι εγκατεστημένη μια ανακουφιστική βαλβίδα στην έξοδο του αξονικός συμπιεστής, συνδεδεμένος στην είσοδο του θαλάμου καύσης και η εκκίνηση της εγκατάστασης αεριοστροβίλου στο πρώτο και το δεύτερο στάδιο πραγματοποιείται με την ανακουφιστική βαλβίδα ανοιχτή και πριν αποσυνδέσετε τη συσκευή εκκίνησης, η ανακουφιστική βαλβίδα είναι κλειστή.
Οι μονάδες αεριοστροβίλου (GTP) είναι μια ενιαία, σχετικά συμπαγής μονάδα στην οποία ένας στρόβιλος ισχύος και μια γεννήτρια λειτουργούν σε ζεύγη. Το σύστημα έχει γίνει ευρέως διαδεδομένο στη λεγόμενη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας μικρής κλίμακας. Ιδανικό για παροχή ρεύματος και θερμότητας μεγάλων επιχειρήσεων, απομακρυσμένων οικισμών και άλλων καταναλωτών. Κατά κανόνα, οι αεριοστρόβιλοι λειτουργούν με υγρό καύσιμο ή αέριο.
Στην αιχμή της προόδου
Στην αύξηση της ενεργειακής ικανότητας των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, ο πρωταγωνιστικός ρόλος μεταφέρεται στις μονάδες αεριοστροβίλου και στην περαιτέρω εξέλιξή τους - μονάδες συνδυασμένου κύκλου (CCGT). Έτσι, στους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής των ΗΠΑ από τις αρχές της δεκαετίας του 1990, περισσότερο από το 60% της δυναμικότητας που τέθηκε σε λειτουργία και εκσυγχρονίστηκε ήταν ήδη αεριοστρόβιλοι και σταθμοί συνδυασμένου κύκλου, και σε ορισμένες χώρες το μερίδιό τους σε μερικά χρόνια έφτασε το 90%.
Απλές GTU κατασκευάζονται επίσης σε μεγάλους αριθμούς. Το εργοστάσιο αεριοστροβίλου - κινητό, οικονομικό στη λειτουργία και εύκολο στην επισκευή - αποδείχθηκε η βέλτιστη λύση για την κάλυψη φορτίων αιχμής. Στο γύρισμα του αιώνα (1999-2000), η συνολική ισχύς των μονάδων αεριοστροβίλου έφτασε τα 120.000 MW. Για σύγκριση: τη δεκαετία του 1980, η συνολική ισχύς συστημάτων αυτού του τύπου ήταν 8.000-10.000 MW. Ένα σημαντικό μέρος των αεριοστροβίλων (πάνω από 60%) προοριζόταν για λειτουργία ως μέρος μεγάλων μονάδων δυαδικού συνδυασμένου κύκλου με μέση ισχύ περίπου 350 MW.
Ιστορική αναφορά
Οι θεωρητικές βάσεις για τη χρήση τεχνολογιών συνδυασμένου κύκλου μελετήθηκαν με αρκετή λεπτομέρεια στη χώρα μας στις αρχές της δεκαετίας του '60. Ήδη εκείνη την εποχή, έγινε σαφές ότι η γενική πορεία για την ανάπτυξη της μηχανικής θερμικής ενέργειας συνδέεται ακριβώς με τις τεχνολογίες συνδυασμένου κύκλου. Ωστόσο, η επιτυχής εφαρμογή τους απαιτούσε αξιόπιστες και υψηλής απόδοσης εγκαταστάσεις αεριοστροβίλων.
Είναι η σημαντική πρόοδος στην κατασκευή αεριοστροβίλων που καθόρισε το σύγχρονο ποιοτικό άλμα στη θερμοηλεκτρική μηχανική. Ορισμένες ξένες εταιρείες έχουν επιλύσει με επιτυχία το πρόβλημα της δημιουργίας αποδοτικών σταθερών αεριοστροβίλων σε μια εποχή που εγχώριοι κορυφαίοι οργανισμοί σε μια οικονομία διοίκησης προωθούσαν τις λιγότερο υποσχόμενες τεχνολογίες ατμοστροβίλων (STP).
Εάν στη δεκαετία του '60 των εγκαταστάσεων αεριοστροβίλων ήταν στο επίπεδο του 24-32%, τότε στα τέλη της δεκαετίας του '80 οι καλύτεροι σταθεροί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής αεριοστροβίλων είχαν ήδη συντελεστή απόδοσης (σε αυτόνομη χρήση) 36-37%. Αυτό κατέστησε δυνατή τη δημιουργία CCGT στη βάση τους, η απόδοση των οποίων έφτασε το 50%. Στις αρχές του νέου αιώνα, αυτός ο δείκτης ήταν ίσος με 40%, και σε συνδυασμό με φυτά συνδυασμένου κύκλου - ακόμη και 60%.
Σύγκριση ατμοστροβίλου και μονάδων συνδυασμένου κύκλου
Σε μονάδες συνδυασμένου κύκλου που βασίζονται σε αεριοστρόβιλους, η άμεση και πραγματική προοπτική ήταν να επιτευχθεί απόδοση 65% ή περισσότερο. Ταυτόχρονα, για τις εγκαταστάσεις ατμοστροβίλων (που αναπτύχθηκαν στην ΕΣΣΔ), μόνο εάν μια σειρά από πολύπλοκα επιστημονικά προβλήματα που σχετίζονται με την παραγωγή και τη χρήση υπερκρίσιμου ατμού μπορούν να επιλυθούν επιτυχώς, μπορεί κανείς να ελπίζει σε απόδοση όχι μεγαλύτερη από 46- 49%. Έτσι, όσον αφορά την απόδοση, τα συστήματα ατμοστροβίλων είναι απελπιστικά κατώτερα από τα συστήματα συνδυασμένου κύκλου.
Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής ατμοστροβίλων είναι επίσης σημαντικά κατώτεροι από άποψη κόστους και χρόνου κατασκευής. Το 2005, στην παγκόσμια αγορά ενέργειας, η τιμή του 1 kW για μια μονάδα CCGT με ισχύ 200 MW και άνω ήταν 500-600 $/kW. Για CCGT μικρότερης ισχύος, το κόστος ήταν της τάξης των 600-900 $/kW. Οι ισχυρές εγκαταστάσεις αεριοστροβίλων αντιστοιχούν σε τιμές 200-250 $/kW. Με μείωση της ισχύος μονάδας, η τιμή τους αυξάνεται, αλλά συνήθως δεν υπερβαίνει τα 500 $ / kW. Αυτές οι τιμές είναι αρκετές φορές μικρότερες από το κόστος ενός κιλοβάτ ηλεκτρικής ενέργειας σε συστήματα ατμοστροβίλων. Για παράδειγμα, η τιμή ενός εγκατεστημένου κιλοβάτ για σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής ατμοστροβίλων συμπύκνωσης κυμαίνεται από 2000-3000 $/kW.
Η εγκατάσταση περιλαμβάνει τρεις βασικές μονάδες: έναν θάλαμο καύσης και έναν αεροσυμπιεστή. Επιπλέον, όλες οι μονάδες στεγάζονται σε ένα προκατασκευασμένο ενιαίο κτίριο. Οι ρότορες του συμπιεστή και του στροβίλου συνδέονται άκαμπτα μεταξύ τους, υποστηρίζονται από ρουλεμάν.
Θάλαμοι καύσης (για παράδειγμα, 14 τεμάχια) τοποθετούνται γύρω από τον συμπιεστή, ο καθένας στο δικό του ξεχωριστό περίβλημα. Ο σωλήνας εισόδου χρησιμοποιείται για την είσοδο στον αεροσυμπιεστή και ο αέρας φεύγει από τον αεριοστρόβιλο μέσω του σωλήνα εξαγωγής. Το σώμα του αεριοστροβίλου βασίζεται σε ισχυρά στηρίγματα τοποθετημένα συμμετρικά σε ένα μόνο πλαίσιο.
Αρχή λειτουργίας
Οι περισσότερες εγκαταστάσεις αεριοστροβίλων χρησιμοποιούν την αρχή της συνεχούς καύσης ή ενός ανοιχτού κύκλου:
- Αρχικά, το ρευστό εργασίας (αέρας) αντλείται σε ατμοσφαιρική πίεση από κατάλληλο συμπιεστή.
- Στη συνέχεια, ο αέρας συμπιέζεται σε υψηλότερη πίεση και στέλνεται στον θάλαμο καύσης.
- Τροφοδοτείται με καύσιμο, το οποίο καίγεται με σταθερή πίεση, παρέχοντας σταθερή παροχή θερμότητας. Λόγω της καύσης του καυσίμου, η θερμοκρασία του ρευστού εργασίας αυξάνεται.
- Περαιτέρω, το ρευστό εργασίας (τώρα είναι ήδη ένα αέριο, το οποίο είναι ένα μείγμα αέρα και προϊόντων καύσης) εισέρχεται στον αεριοστρόβιλο, όπου, εκτονούμενος στην ατμοσφαιρική πίεση, κάνει χρήσιμη εργασία (γυρίζει τον στρόβιλο που παράγει ηλεκτρική ενέργεια).
- Μετά τον στρόβιλο, τα αέρια εκκενώνονται στην ατμόσφαιρα, μέσω της οποίας κλείνει ο κύκλος εργασίας.
- Η διαφορά μεταξύ της λειτουργίας του στροβίλου και του συμπιεστή γίνεται αντιληπτή από μια ηλεκτρική γεννήτρια που βρίσκεται σε έναν κοινό άξονα με τον στρόβιλο και τον συμπιεστή.
Εγκαταστάσεις διαλείπουσας καύσης
Σε αντίθεση με τον προηγούμενο σχεδιασμό, οι μονάδες διαλείπουσας καύσης χρησιμοποιούν δύο βαλβίδες αντί για μία.
- Ο συμπιεστής ωθεί τον αέρα στον θάλαμο καύσης μέσω της πρώτης βαλβίδας ενώ η δεύτερη βαλβίδα είναι κλειστή.
- Όταν η πίεση στον θάλαμο καύσης αυξάνεται, η πρώτη βαλβίδα κλείνει. Ως αποτέλεσμα, ο όγκος του θαλάμου είναι κλειστός.
- Όταν οι βαλβίδες είναι κλειστές, το καύσιμο καίγεται στον θάλαμο, φυσικά, η καύση του γίνεται σε σταθερό όγκο. Ως αποτέλεσμα, η πίεση του ρευστού εργασίας αυξάνεται περαιτέρω.
- Στη συνέχεια, η δεύτερη βαλβίδα ανοίγει και το υγρό εργασίας εισέρχεται στον αεριοστρόβιλο. Σε αυτή την περίπτωση, η πίεση μπροστά από τον στρόβιλο θα μειωθεί σταδιακά. Όταν πλησιάζει η ατμοσφαιρική, η δεύτερη βαλβίδα πρέπει να είναι κλειστή και η πρώτη πρέπει να ανοίξει και να επαναληφθεί η σειρά των ενεργειών.
Όσον αφορά την πρακτική εφαρμογή του ενός ή του άλλου θερμοδυναμικού κύκλου, οι σχεδιαστές πρέπει να αντιμετωπίσουν πολλά ανυπέρβλητα τεχνικά εμπόδια. Το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα: όταν η υγρασία του ατμού είναι μεγαλύτερη από 8-12%, οι απώλειες στη διαδρομή ροής αυξάνονται απότομα, τα δυναμικά φορτία αυξάνονται και εμφανίζεται διάβρωση. Αυτό οδηγεί τελικά στην καταστροφή της διαδρομής ροής του στροβίλου.
Ως αποτέλεσμα αυτών των περιορισμών στον ενεργειακό τομέα (για την απόκτηση εργασίας), μέχρι στιγμής χρησιμοποιούνται ευρέως μόνο δύο βασικοί θερμοδυναμικοί κύκλοι Rankine και ο κύκλος Brayton. Οι περισσότεροι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής βασίζονται σε συνδυασμό στοιχείων αυτών των κύκλων.
Ο κύκλος Rankine χρησιμοποιείται για υγρά εργασίας που, κατά τη διαδικασία υλοποίησης του κύκλου, εκτελούν ατμοηλεκτρικούς σταθμούς σε έναν τέτοιο κύκλο. Για λειτουργικά ρευστά που δεν μπορούν να συμπυκνωθούν υπό πραγματικές συνθήκες και τα οποία ονομάζουμε αέρια, χρησιμοποιείται ο κύκλος Brayton. Οι εγκαταστάσεις αεριοστροβίλων και οι κινητήρες εσωτερικής καύσης λειτουργούν σύμφωνα με αυτόν τον κύκλο.
Καύσιμο που χρησιμοποιείται
Η συντριπτική πλειοψηφία των αεριοστροβίλων έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί με φυσικό αέριο. Μερικές φορές υγρό καύσιμο χρησιμοποιείται σε συστήματα χαμηλής ισχύος (λιγότερο συχνά - μεσαία, πολύ σπάνια - υψηλή ισχύς). Μια νέα τάση είναι η μετάβαση των συμπαγών συστημάτων αεριοστροβίλων στη χρήση στερεών εύφλεκτων υλικών (άνθρακας, λιγότερο συχνά τύρφη και ξύλο). Αυτές οι τάσεις σχετίζονται με το γεγονός ότι το αέριο είναι μια πολύτιμη τεχνολογική πρώτη ύλη για τη χημική βιομηχανία, όπου η χρήση του είναι συχνά πιο επικερδής από ό,τι στον ενεργειακό τομέα. Η παραγωγή σταθμών αεριοστροβίλων ικανών να λειτουργούν αποτελεσματικά με στερεά καύσιμα κερδίζει ενεργά δυναμική.
Η διαφορά μεταξύ κινητήρα εσωτερικής καύσης και αεριοστροβίλου
Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ των συμπλεγμάτων αεριοστροβίλων είναι η εξής. Σε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης, οι διαδικασίες συμπίεσης αέρα, καύσης καυσίμου και διαστολής των προϊόντων καύσης συμβαίνουν μέσα σε ένα μόνο δομικό στοιχείο που ονομάζεται κύλινδρος κινητήρα. Στους αεριοστρόβιλους, αυτές οι διεργασίες χωρίζονται σε ξεχωριστές δομικές μονάδες:
- Η συμπίεση πραγματοποιείται στον συμπιεστή.
- καύση καυσίμου, αντίστοιχα, σε ειδικό θάλαμο.
- η διαστολή πραγματοποιείται σε αεριοστρόβιλο.
Ως αποτέλεσμα, δομικά, οι αεριοστρόβιλοι και οι κινητήρες εσωτερικής καύσης έχουν μικρή ομοιότητα, αν και λειτουργούν σύμφωνα με παρόμοιους θερμοδυναμικούς κύκλους.
συμπέρασμα
Με την ανάπτυξη της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μικρής κλίμακας και την αύξηση της απόδοσής της, τα συστήματα GTP και STP καταλαμβάνουν ένα αυξανόμενο μερίδιο στο συνολικό ενεργειακό σύστημα του κόσμου. Αντίστοιχα, ο χειριστής εγκαταστάσεων αεριοστροβίλων έχει ολοένα και μεγαλύτερη ζήτηση. Ακολουθώντας τους δυτικούς εταίρους, ορισμένοι Ρώσοι κατασκευαστές έχουν κατακτήσει την παραγωγή οικονομικών μονάδων αεριοστροβίλων. Το πρώτο εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας συνδυασμένου κύκλου νέας γενιάς στη Ρωσική Ομοσπονδία ήταν το Severo-Zapadnaya CHPP στην Αγία Πετρούπολη.
Για να ξεκινήσει η ανεξάρτητη λειτουργία, πρέπει να δοθεί στον στροβιλοσυμπιεστή GTU μια συγκεκριμένη ταχύτητα περιστροφής. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση κάποιου είδους κινητήρα εκκίνησης που επιταχύνει τον ρότορα του στροβιλοσυμπιεστή. Κατά τη διαδικασία εκκίνησης στις 2700-2900 rpm, η παροχή καυσίμου ανοίγει και το καύσιμο αναφλέγεται στις 2900-3200 rpm. Μετά την ανάφλεξη του καυσίμου, η ανάφλεξη σβήνει και η καύση στους θαλάμους διατηρείται συνεχώς. Καθώς η θερμοκρασία του αερίου αυξάνεται και ο αριθμός των στροφών αυξάνεται, η ισχύς που παράγεται από τον στρόβιλο αυξάνεται και η ισχύς του κινητήρα εκκίνησης μειώνεται ανάλογα. Όταν φτάσει περίπου στις 5600 σ.α.λ., η μίζα απενεργοποιείται και ο στροβιλοσυμπιεστής βρίσκεται σε ανεξάρτητη λειτουργία, στην οποία η ισχύς του στροβίλου παρέχει πλήρως την ισχύ που καταναλώνει ο συμπιεστής.
Οι ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες AC έχουν ένα δυσμενές χαρακτηριστικό αλλαγής ροπής ως συνάρτηση της ταχύτητας, επομένως η εγκατεστημένη ισχύς τους πρέπει να είναι υψηλότερη από την ισχύ που καταναλώνει ο στροβιλοσυμπιεστής κατά την περίοδο εκκίνησης. Οι κινητήρες AC με δακτυλίους φάσης έχουν τα καλύτερα χαρακτηριστικά εκκίνησης. Η μείωση της ισχύος ενός επαγωγικού κινητήρα μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας ένα συνεχώς μεταβαλλόμενο κιβώτιο ταχυτήτων μεταξύ του κινητήρα και του υπερσυμπιεστή. Η συνεχής μεταβλητή μετάδοση μπορεί να είναι υδραυλική ή με αντλίες θετικού εκτοπίσματος και υδραυλικούς κινητήρες ή με συνδέσμους υγρών και υδροδυναμικούς μετασχηματιστές.
Σε πολύ μεγάλους αεριοστρόβιλους με βαρείς ρότορες, η ισχύς και το μέγεθος των κινητήρων εκκίνησης AC φθάνουν σε απαράδεκτες τιμές, με αποτέλεσμα να απαιτείται η χρήση κινητήρων συνεχούς ρεύματος για εκκίνηση, οι οποίοι έχουν ευνοϊκότερα χαρακτηριστικά. Κατά κανόνα, οι σταθμοί δεν έχουν πηγές συνεχούς ρεύματος υψηλής ισχύος, επομένως, σε τέτοιες περιπτώσεις, το σύστημα εκκίνησης περιλαμβάνει μια ξεχωριστή μονάδα γεννήτριας-μοτέρ που μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα σε συνεχές ρεύμα. Ένα επιπλέον πλεονέκτημα ενός τέτοιου συστήματος είναι η δυνατότητα παρατεταμένης λειτουργίας στροβιλοσυμπιεστών σε οποιαδήποτε ταχύτητα εντός της επιτρεπόμενης ισχύος του ηλεκτρικού συστήματος, η οποία είναι πολύ πολύτιμη κατά την προσαρμογή του πρωτοτύπου της εγκατάστασης και κατά την ακρόαση στροβιλοσυμπιεστών μετά τις επισκευές.
Για να μειωθεί το μέγεθος των κινητήρων εκκίνησης, συνήθως προβλέπουν τη σημαντική υπερφόρτωσή τους. Επομένως, για να αποφευχθεί η απαράδεκτη υπερθέρμανση των κινητήρων εκκίνησης, ο αριθμός των διαδοχικών εκκινήσεων σε περίπτωση ανεπιτυχών εκκινήσεων περιορίζεται συνήθως σε τρεις. Πριν από την επόμενη ενεργοποίηση, είναι απαραίτητο να κρυώσουν για 20-30 λεπτά.
Η ταχύτητα λειτουργίας του κινητήρα εκκίνησης αντιστοιχεί στον αριθμό των στροφών του άξονα του συμπιεστή τη στιγμή που το GTP ξεκινά ανεξάρτητη λειτουργία, επομένως, προκειμένου να αποφευχθεί μια απαράδεκτη υπέρβαση της ταχύτητας του κινητήρα εκκίνησης, τοποθετούνται συμπλέκτες αποσύνδεσης τύπου υπέρβασης μεταξύ αυτό και το GTU.
Η ηλεκτρική εκκίνηση τροφοδοτείται από AC 380 V, 50 Hz. Χρησιμοποιείται ένας ασύγχρονος κινητήρας με σταθερή ταχύτητα ή ένας σύγχρονος κινητήρας BDPT-1966.
Η εκκίνηση της GPU είναι το πιο σημαντικό στάδιο στην οργάνωση της λειτουργίας του σταθμού συμπίεσης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι κατά την εκκίνηση της GPU, τίθεται σε λειτουργία ταυτόχρονα ένας πολύ μεγάλος αριθμός συστημάτων τόσο της ίδιας της μονάδας όσο και των βοηθητικών συστημάτων του σταθμού συμπίεσης, η προετοιμασία και η σωστή ρύθμιση των οποίων καθορίζουν πόσο αξιόπιστη είναι αυτή η εκτόξευση διεξάγεται.
Κατά τη διαδικασία εκκίνησης των ρότορων GTP, τα δυναμικά φορτία αρχίζουν να αυξάνονται, οι θερμικές τάσεις προκύπτουν στους κόμβους και τα μέρη από την υπερθέρμανση του GTP. Η αύξηση της θερμικής κατάστασης οδηγεί σε αλλαγή στις γραμμικές διαστάσεις των πτερυγίων, των δίσκων, μια αλλαγή στα κενά στη διαδρομή ροής και στη θερμική διαστολή των αγωγών. Κατά την εκκίνηση του ρότορα την πρώτη στιγμή, δεν παρέχεται σταθερή υδραυλική σφήνα στο σύστημα λίπανσης. Υπάρχει μια διαδικασία μετάβασης των ρότορων από τα τακάκια εργασίας στα τακάκια εγκατάστασης. Ο συμπιεστής GPU είναι κοντά στο να λειτουργεί στη ζώνη υπέρτασης. Ο ανεμιστήρας εκτελεί μεγάλη ροή αερίου με χαμηλή αναλογία συμπίεσης, η οποία οδηγεί σε υψηλές ταχύτητες, ειδικά για αγωγούς ανακυκλοφορίας, και προκαλεί δόνηση.
Η GPU ξεκινά χρησιμοποιώντας συσκευές εκκίνησης. Ως κύριες συσκευές χρησιμοποιούνται στροβιλοδιαστολείς, οι οποίοι λειτουργούν κυρίως λόγω της πίεσης του φυσικού αερίου, το οποίο καθαρίζεται προκαταρκτικά και μειώνεται στην απαιτούμενη πίεση.
Το σχέδιο σύνδεσης της συσκευής εκκίνησης και του αερίου καυσίμου φαίνεται στο Σχήμα 6.9
.
Ρύζι. 6.9 Σχηματικό διάγραμμα του συστήματος καυσίμου και αερίου εκκίνησης:
TG – καύσιμο αέριο; PG - αέριο εκκίνησης. VZK - θάλαμος εισαγωγής αέρα.
TD - turbo expander. ΟΚ - αξονικός συμπιεστής. CS - θάλαμος καύσης.
HPT - στρόβιλος υψηλής πίεσης. LPT - στρόβιλος χαμηλής πίεσης.
H - υπερσυμπιεστής; REG - αναγεννητής. RK - βαλβίδα ελέγχου
Η εκκίνηση της GPU περιλαμβάνει διάφορα στάδια.
Πρώτο στάδιο– προπαρασκευαστική, όταν η εξωτερική επιθεώρηση του εξοπλισμού πραγματοποιείται για τον αποκλεισμό ξένων αντικειμένων, ελέγχεται η στερέωση του εξοπλισμού που υπόκειται σε κραδασμούς, ελέγχεται η θέση των βαλβίδων: οι βαλβίδες 1, 2, 4, 6 είναι κλειστές, η βαλβίδα 5 είναι ανοιχτές, οι βαλβίδες στις γραμμές παροχής αερίου εκκίνησης προς τον στροβιλοδιαστολέα είναι κλειστές και το αέριο καυσίμου εισέρχεται στον θάλαμο καύσης.
Δεύτερη φάση- με απομίμηση ελέγχεται η προστασία και η σηματοδότηση της μονάδας συμπιεστή αερίου. Σε αυτή την περίπτωση, οι προστασίες χωρίζονται σε δύο ομάδες: την προστασία του COP και την προστασία της GPU.
Προστασία COP- αυτή είναι η προστασία του συνεργείου από μόλυνση αερίου, πυρκαγιά, προστασία πίεσης στην έξοδο του σταθμού, προστασία από καταστάσεις έκτακτης ανάγκης στη διαδρομή, προστασία της θερμοκρασίας αερίου στην είσοδο του MGP κ.λπ.
Προστασία GPU- πρόκειται για προστασία για την πίεση λαδιού σε συστήματα λαδιού (τουλάχιστον
0,2 kg/cm2), προστασία πυρόσβεσης φλόγας στο θάλαμο καύσης, προστασία έναντι υπερβολικής ταχύτητας του άξονα διαστολής, HPT, LPT, προστασία από τη θερμοκρασία ρουλεμάν, προστασία από κραδασμούς κ.λπ.
Τρίτο στάδιο– άμεση εκκίνηση της GPU.
Εξετάστε έναν τυπικό αλγόριθμο για την εκκίνηση μιας σταθερής GPU με έναν υπερσυμπιεστή πλήρους πίεσης. Στο πρώτο στάδιο, η περιστροφή του ρότορα του αξονικού συμπιεστή και του στροβίλου υψηλής πίεσης συμβαίνει μόνο λόγω της λειτουργίας της συσκευής εκκίνησης και ο ίδιος ο αλγόριθμος προχωρά ως εξής. Αφού πατήσετε το κουμπί "Έναρξη", η αντλία λιπαντικού εκκίνησης και η αντλία στεγανοποίησης λαδιού ενεργοποιούνται. Η βαλβίδα Νο. 4 ανοίγει και με τη βαλβίδα Νο. 5 ανοιχτή, το κύκλωμα του ανεμιστήρα καθαρίζεται για 15-20 δευτερόλεπτα. Αφού κλείσει η βαλβίδα Νο. 5 και η πίεση στον υπερσυμπιεστή ανέλθει σε μια διαφορά 0,1 MPa, η βαλβίδα Νο. 1 ανοίγει στη βαλβίδα Νο. 1, η βαλβίδα Νο. 4 κλείνει και η βαλβίδα αδρανούς αρ. 6 ανοίγει. Σε αυτήν την περίπτωση, το κύκλωμα του συμπιεστή γεμίζει και μια τέτοια εκκίνηση ονομάζεται εκκίνηση της GPU με γεμάτο περίγραμμα.
Στη συνέχεια, η διάταξη φραγής ενεργοποιείται, το γρανάζι του στροβιλοδιαστολέα είναι ενεργοποιημένο, ανοίγει η υδραυλική βαλβίδα Νο. 13. Στη συνέχεια ανοίγει η βαλβίδα Νο. 11, η βαλβίδα αρ. Η μονάδα αρχίζει να περιστρέφεται από τον διαστολέα turbo.
Το πρώτο στάδιο της προώθησης ολοκληρώνεται με το άνοιγμα της βρύσης Νο. 12 και το κλείσιμο της βρύσης Νο. 9.
Στο δεύτερο στάδιο πραγματοποιείται το spin-up των ρότορων μαζί με τον στροβιλο-διαστολέα και τον στρόβιλο. Όταν η ταχύτητα του υπερσυμπιεστή φτάσει τις 400÷1000 rpm, το σύστημα ανάφλεξης ανοίγει και η βαλβίδα ανοίγει, τροφοδοτώντας με αέριο τη συσκευή ανάφλεξης του θαλάμου καύσης. Μετά την ανάφλεξη, μετά από 2-3 δευτερόλεπτα, ανοίγει η βαλβίδα Νο. 14 και τροφοδοτείται αέριο στον πιλοτικό καυστήρα. Μετά από 1-3 λεπτά. αφού η θερμοκρασία φτάσει τους ~ 150-200 °C, τελειώνει το πρώτο στάδιο θέρμανσης, η βαλβίδα ελέγχου RK ανοίγει κατά 1,5-2 mm και ξεκινά το δεύτερο στάδιο θέρμανσης, το οποίο διαρκεί ~ 40 δευτερόλεπτα. Στη συνέχεια, υπάρχει μια σταδιακή αύξηση της ταχύτητας του στροβίλου υψηλής πίεσης λόγω του ανοίγματος της βαλβίδας ελέγχου RK. Όταν η ταχύτητα φτάσει στο ~ 40÷45% της ονομαστικής τιμής, ο στρόβιλος μπαίνει στη λειτουργία. Οι βαλβίδες Νο. 13 και 11 είναι κλειστές, η βαλβίδα Νο. 10 είναι ανοιχτή. Όταν ο συμπλέκτης του στροβιλοδιαστολέα αποδεσμευτεί, τελειώνει το δεύτερο στάδιο της περιστροφής του ρότορα.
Στο τρίτο στάδιο, λαμβάνει χώρα περαιτέρω επιτάχυνση του ρότορα του στροβιλοσυμπιεστή αυξάνοντας σταδιακά την παροχή αερίου στον θάλαμο καύσης. Ταυτόχρονα, οι βαλβίδες κατά της υπέρτασης του αξονικού συμπιεστή είναι κλειστές, η μονάδα στροβίλου μεταβαίνει σε λειτουργία από τις αντλίες λαδιού εκκίνησης στις κύριες, ήδη κινούμενες από τους ρότορες της μονάδας.
Όταν η ταχύτητα αυξάνεται σε τιμή ίση με την ταχύτητα άλλων υπερσυμπιεστών του συνεργείου, ανοίγει η βαλβίδα Νο. 2 και κλείνει η βαλβίδα αδρανών αδρανών, η ένδειξη "Μονάδα σε λειτουργία" ανάβει.
Η μονάδα δεν πρέπει να ξεκινήσει:
Σε περίπτωση δυσλειτουργίας οποιασδήποτε, τουλάχιστον μίας προστασίας στη GPU.
Με ατελώς συναρμολογημένα μέρη και σωληνώσεις της μονάδας.
Με αυξημένη πτώση λαδιού στα φίλτρα, κακή ποιότητα λαδιού, διαρροές λαδιού λίπανσης και λαδιού στεγανοποίησης.
Εάν τα ελαττώματα που εντοπίστηκαν στη μονάδα συμπιεστή αερίου δεν εξαλειφθούν πριν από τη μεταφορά τους για επισκευή.
Σε περίπτωση αναγκαστικών και έκτακτων στάσεων μέχρι να εξαλειφθεί η αιτία της διακοπής.
Σε περίπτωση δυσλειτουργίας του συστήματος πυρόσβεσης και ελέγχου της ρύπανσης αερίων, καθώς και σε περίπτωση ανίχνευσης ελαιωμένων περιοχών αεραγωγών και αεραγωγών.