ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НОВЕЙШИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ СОЗДАНИИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ОАО «КОМПРЕССОРНЫЙ КОМПЛЕКС»

ОАО «Компрессорный комплекс» специализируется на проектировании, изготовлении, шеф-монтаже и пуско-наладке турбокомпрессорного и редукторного оборудования, используемого практически во всех отраслях промышленности.

Однако, основным заказчиком в настоящее время являются предприятия ОАО «Газпром», для которых поставляются более 80 % нашей продукции. Только за последние 8 лет для ОАО «Газпром» изготовлено более 70 центробежных нагнетателей, которые успешно эксплуатируются в системе газоперекачивающих агрегатов на линейных и дожимных компрессорных станциях. Поэтому-то собственная хотя и немногочисленная, но хорошо оснащенная конструкторская служба специализируется на проектировании нагнетателей для ГПА.

Значительные объемы работ и сжатые сроки их выполнения обусловили необходимость применения системы автоматизированного проектирования, которая функционирует на фирме с самого начала (с 1995г.). Каждый конструктор, расчетчик газодинамик, прочнист оснащен компьютером с программным обеспечением «Автокад». Кроме этого имеются 8 станций типа САDDS-5, которые дают возможность не только оперативно выполнять расчеты и разрабатывать конструкторскую документацию, но и осуществлять сквозное проектирование узлов и деталей: от рабочего места конструктора (где создаются компьютерные модели деталей) до рабочего места технолога, оснащенного теми же САDDS-5 (где устанавливается последовательность технологических операций, и задаются базовые координаты), и до станков с числовым программным управлением (где осуществляется изготовление детали по программе, генерируемой системой САDDS).

Такое оснащение конструкторов и внедренное последовательно-параллельное проектирование и изготовление изделий (т.е. при полностью не завершенном проектировании, ведется технологическая подготовка производства, и выполняются подготовка и закупки наиболее трудоемких поковок и литья) позволило уменьшить цикл от начала проектирования до окончания изготовления с 1,52 лет до 9 мес.1 года.

Такому сокращению цикла создания новых изделий способствует внедряемая на фирме Корпоративная информационная система Sуte Line, охватывающая все сферы деятельности предприятия.

Качественное изготовление турбокомпрессорного оборудования, подтвержденное сертификатом соответствия ИСО-9001, выданным Бюро Веритас и JQNet, обеспечивается за счет современного технологического оборудования (250 ед.), в основном импортного станочного парка, и высокой квалификацией персонала. Кстати, станочный парк на фирме постоянно обновляется и модернизируется.

При создании современного турбокомпрессорного оборудования широко используется богатый 70-летний опыт Невских машиностроителей, накопленный в процессе проектирования, изготовления, исследований и доводки агрегатов.

При проектировании машин, прежде всего, обеспечивается необходимый запас прочности всех элементов конструкции, надежность их в работе, расчетные газодинамические характеристики, отстройка от критических (резонансных) чисел оборотов валопровода, низкий уровень вибрации и безопасность эксплуатации.

В частности, при разработке машин в их конструкцию закладываются следующие прогрессивные решения:

1) Масштабная унификация проточных частей, когда в один корпус нагнетателя в зависимости от изменяемых в процессе эксплуатации параметров газа устанавливаются различные сменные проточные части (СПЧ) с различным количеством рабочих колес. Например, нагнетатели типа Н-498 с СПЧ разработан на различные степени повышения давления от 1,25 до 3,0, (рис.1) типа Н-108 с СПЧ на степени повышения давления от 1,7 до 3,0;

2) Проточные части нагнетателей и СПЧ, как правило, не имеют горизонтального разъема, что существенно улучшает надежность и газодинамические характеристики нагнетателей (КПД) за счет исключения перетечек по разъему, одновременно снижается их себестоимость и цикл изготовления;

Кроме того, неподвижные элементы проточной части обеспечивают полную взаимозаменяемость обойм уплотнений (валовых и покрышечных). Все линейные и дожимные нагнетатели, выпускаемые ОАО «Компрессорный комплекс», и содержащие от одной до четырех ступеней сжатия, имеют неподвижные элементы проточной части без горизонтального разъема.

3) В последнее время, наряду с лопаточными диффузорами в нагнетателях стали широко применяться безлопаточные диффузоры. Данные работы проводятся совместно с кафедрой компрессоростроения СПГПУ.

Ввиду того, что установкой лопаток в диффузоре возможно получить необходимое замедление потока при меньших радиальных габаритах и согласовать оптимальные режимы рабочего колеса и диффузора, проточная часть с лопаточными диффузорами обеспечивает машине более высокий (~ на1 %) политропный КПД в расчетной точке в сравнении с машиной, в которой применены безлопаточные диффузоры. Однако, лопаточная решетка диффузора более чувствительна к изменению условий течения газа при изменении его расхода, и характеристики ступеней с лопаточными диффузорами значительно уже, чем с безлопаточными диффузорами. Нагнетатель с БЛД имеет широкую зону устойчивой работы с запасом по помпажу более 40 % и характеристика КПД имеет более пологую зависимость от расхода (рис. 2). При этом высокая экономичность КПД сохраняется в широком диапазоне расходов ( 0,65 - 1,0 от номинала). Как показывает практика, работа нагнетателей в процессе эксплуатации чаще всего происходит на нерасчетных режимах, поэтому пологая характеристика КПД обеспечивает высокую среднеэксплуатационную экономичность машины. Кроме того рабочие колеса, за которыми установлены безлопаточные диффузоры, не испытывают нестационароности потока, а следовательно, менее подвержены усталостным разрушениям от динамических нагрузок.

Для отработки проточных частей на фирме создана установка для продувки моделей рабочих колес воздухом;

4) Наряду с масляными уплотнениями в последнее время был изготовлен ряд нагнетателей с сухими уплотнениями фирмы «Грейс» (Сумы). Такие нагнетатели типа Н-48, и Н-498 уже успешно эксплуатируются на линейных и дожимных компрессорных станциях (максимальная наработка на ДКС «Ямсовейская» составялет более 10 000 час). Сухие уплотнения позволяют значительно сократить безвозвратные потери масла;

5) Изготовлены 2 нагнетателя типа Н-398 с сухими уплотнениями и магнитным подвесом, которые успешно прошли стендовые испытания и поставлены на КС «Шатровская» (рис.3). Один из этих нагнетателей впервые в России оснащен цифровой системой управления магнитным подвесом. Применение сухих уплотнений и магнитного подвеса позволяет существенно сократить эксплуатационные расходы (отсутствие маслосистемы).

В настоящее время осуществляется проектирование электроприводных газоперекачивающих агрегатов (ЭГПА) с нагнетателями мощностью 6,3 и 4 МВт с сухими уплотнениями и магнитным подвесом. Причем магнитный подвес ротора осуществляется не только в нагнетателе, но и в электродвигателе. ЭГПА будет поставляться в виде комплексных сборочных блоков в полной заводской готовности. Блок нагнетателя размещается на существующем фундаменте мультипликатора и нагнетателя типа 280, электродвигатель мощностью 6,3 МВт или 4 МВт устанавливается на место прежнего электродвигателя СТД 4000. Межблочный монтаж производится в станционных условиях.

На место бывшей масляной станции планируется установка полупроводникового преобразователя частоты с системой управления, регулирования и защиты. Агрегат может эксплуатироваться без постоянного присутствия эксплуатационного персонала.

6) На фирме отработана технология сварки рабочих колес из специальных сталей с шириной каналов на выходе более 25 мм. Для узких рабочих колес ( < 25 мм.) разработана технология изготовления и сварки через пазы в покрывающих дисках (рис.4 ). Сварка в этом случае проводится с наружной стороны колеса и из-за ее удобства выполнения обеспечивается гарантированное качество шва. После сварки колес выполняется их термообработка для снятия напряжений;

7) Важным моментом контроля качественной сварки и клепки рабочих колес нагнетателя или СПЧ являются стендовые газодинамические и механические испытания машин со штатными приборами контроля вибрации и температуры с обеспечением рабочих, а в ряде случаев и разгонных (на 20 % выше рабочих) частот вращения ротора. Кстати, на фирме имеются корпуса практически всех нагнетателей природного газа, изготовленных по проектам ОАО «Компрессорный комплекс», ОАО «Невский завод», ОАО «СМНПО» им. Фрунзе (г. Сумы), в которых проводятся стендовые газодинамические и механические испытания СПЧ.

8) Особенностью большинства нагнетателей природного газа ОАО «Компрессорного комплекса» является применение «жестких» роторов, работающих до первой критической скорости, что позволяет обеспечить высокую их виброустойчивость и надежность даже при наличии большой разбалансировки ротора из-за эрозионного износа, возникающего в процессе эксплуатации агрегатов.

9) В качестве опорных и упорных подшипников ротора в настоящее время применяются жидкостные подшипники (масло турбинное Тп 22) или магнитные опоры.

На ОАО «Компрессорный комплекс» в качестве жидкостного упорного подшипника применяют общепринятый виброустойчивый пятиколодочный вкладыш с выравнивающим устройством типа «Кингсбери». Подшипники типа «Кингсбери» обладают наибольшей несущей способностью по сравнению с другими типами жидкостных упорных подшипников и наиболее предпочтительны к применению в нагнетателях природного газа, хотя и более трудоемки по сравнению с другими типами подшипников. На СПЧ-650 и нагнетателях типа Н-108 фирмой применены жидкостные подшипники типа «Кингсбери» с уменьшенными тепловыми потерями.

10) Сменные проточные части, поставляемые ОАО «Компрессорный комплекс», предназначены в том числе и для проведения модернизации нагнетателей ГПА, выработавших свой ресурс. В настоящее время фирмой выпускаются СПЧ с приводами от газотурбинных двигателей производства ГП НПКГ «Зоря-Машпроект» (16 МВт), ОАО «Пермские моторы» (12 и 16 МВт), ОАО «УМПО» (16 МВт), ОАО «Авиадвигатель» и ОАО «Моторостроитель» (25 МВт), ОАО «Невский завод» (10 и 16 МВт). Поставляемые СПЧ обеспечивают соответствие модернизированного нагнетателя новому приводу по мощности и частоте вращения ротора. Все СПЧ сконструированы по единому принципу: от старого нагнетателя остается только цилиндр нагнетателя, соединенный с технологическим трубопроводом, а вся «начинка» заменяется. Заменяется также вся система маслоснабжения нагнетателя.

На примере СПЧ 370 мощностью 16 МВт в двухступенчатом исполнении покажем суть проводимых изменений.

Нагнетатели типа 370-18-1 ( рис.5 ) выполнены одноступенчатыми с консольным расположением рабочих колес. Все уплотнения и подшипники сосредоточены со стороны привода. Нагнетатели имеют привод от ГТК-10 (производство ОАО «Невский завод») мощностью 10 МВт и расчитаны на степень сжатия 1,23. Для получения необходимой степени сжатия на КС работа цехов с такими агрегатами производится группами по схеме последовательного включения 2-х, 3-х нагнетателей.

При модернизации нагнетателей, например, с применением СПЧ 370 1,4/76-16/5300 (рис.) в циилиндр вставляется полнонапорная проточная часть, включающая: крышку цилиндра, ротор с двумя рабочими колесами, статорные элементы, подшипники и уплотнения, стыковую часть с турбиной и навесной масляный насос (главный), который обеспечивает снабжение маслом уплотнения и смазку подшипников модернизированного нагнетателя при его работе.

Все поставляемые СПЧ 370 имеют двухопорное исполнение (с опорами по сторонам машины), что значительно улучшает вибрационное состояние машины, освобождает упорный подшипник от высоких осевых нагрузок при пусковых режимах, дает возможность установить главный масляный насос с приводом от вала нагнетателя, применить двухколесные роторы для обеспечения степени сжатия нагнетателя до 1,5.

11) Из новых разработок хотелось бы отметить электроприводной компрессорный агрегат предназначенный для сжатия попутного нефтяного газа на конечное давление 5,9 МПа и объемной производительностью (отнесенной к начальным условиям) 50 м/ мин.

Агрегат состоит из редуктора и нагнетателя, сжимающего попутный газ с 0,8 МПа до 5,9 МПа и электродвигателя мощностью 3,2 МВт. Редуктор и нагнетатель установлены на единой раме-маслобаке.

12) Также хотелось бы отметить спроектированный, но не изготовленный (в связи с закупкой нагнетателей фирмы «Термодин») нагнетатель подземного хранения газа для ГПА-10ПХГ «Урал». Все необходимые режимы при параллельно-последовательной работе обеспечиваются одной проточной частью, состоящей из 2-х секций, устанавливаемых в корпусе. Конструктивно нагнетатель разработан на базе нагнетателя типа Н-108 с сохранением основных габаритных и присоединительных размеров корпуса и рамы. Корпус компрессора имеет только 2 дополнительных патрубка для параллельной работы секций. Проточные части секций спроектированы для последовательной работы с обеспечением режима закачки на номинальную степень сжатия 3,0. При полной загрузке привода (9800 КВт) коммерческая производительность на номинальном режиме составит порядка 5 млн. м/сутки.

13) На фирме достаточно много выполняется работ (проектирование и изготовление) по замене проточных частей импортных компрессоров (без изменения газодинамических параметров), с использованием отечественных материалов и технологий. Как примеры, можно назвать выполненные замены проточных частей для компрессоров фирм «Крезо-Луар», «Мицубиси», «Демаг», «ЧКД» и др.

Таким образом, ОАО «Компрессорный комплекс» стало одним из ведущих в России разработчиком и изготовителем турбокомпрессорного оборудования получившего высокую оценку его потребителей и в первую очередь нефтегазовых отраслей.

Труды XIII международной научно-технической конференции по компрессоростроению. Сумы 2004